Устройство для измерения температуры

 

Использование: для измерения температуры . Сущность: устройство для измерениятемпературы содержит термочувствительный элемент 1, дифференциальный усилитель 2, дифференцирующую цепочку 3, диод 4, коммутирующее устройство 5, резистор-подогреватель 6, источник постоянного напряжения 7, генератор прямоугольных импульсов И, резисторы 9 и 10, переменный резистор 11 и вторичный прибор 12. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 К 7/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4944927/10 (22) 08.04.91 (46) 23.04.93. Бюл. М 15 (71) Уральский государственный университет им..А.M.Ãîðüêîãî (72) С.Ф.Горланов и В,Б.Злоказов (73) Уральский государственный университет им, А.M.Ãîðüêîãî (56) Авторское свидетельство СССР

N 565221(кл. G 01 К TJ36, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 972261, кл. G 01 К 7/16, 1986.

50 1811594 АЗ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫРЫ (57) Использование: для измерения температуры. Сущность; устройство для измерения температуры содержит термочувствительный элемент 1, дифференциальный усилитель 2, дифференцирующую цепочку 3, диод 4, коммутирующее устройство.5, резистор-подогреватель 6, источник постоянного напряжения 7, генератор прямоугольных имйульсов 8, резисторы 9 и

10, переменный резистор 11 и вторичный прибор 12. 1 ил.

1811594

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, предназначенным для измерения температуры.

Цель изобретения — повышение быстродействия и снижение энергопотребления путем применения кратковременного подогрева ТЧЭ импульсным током до температуры испытуемого объекта.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства, Устройство содержит ТЧЭ 1, дифференциальный усилитель 2, дифференцирующую

10

RC-цепь 3, диод 4, коммутирующее устройство 5, резистор — подогреватель 6, находящийся в тепловом контакте с ТЧЭ, источник постоянного напряжения 7, генератор прямоугольных импульсов 8, резисторы 9 и 10, образующие делитель напряжения, включенный между разноименными полюсами источника 7, переменный резистор 11, последовательно соединенный с ТЧЗ 1, и вторичный прибор 12, подключенный к выходу

20 дифференциального усилителя 2. Причем

ТЧЭ 1 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 2, к неинвертирующему входу которого подключена средняя точка делителя, образованного резисторами 9 и 10, а к выходу дифференциального усилителя 2 подключена дифференцирующая RC-цепь 3, выход которой через диод 4 соединен с входом коммутирующего устройства 5, управляющий вход

30 которого соединен с генератором прямоугольных импульсов 8, а выход коммутирующего устройства 5 через резистор-подогреватель 6 соединен со

При приведении ТЧЭ 1 в тепловой контакт с испытуемым объектом (не показан), имеющем более. высокую температуру, происходит нагрев ТЧЭ потоком тепла от испытуемого объекта. Это приводит к уменьшению напряжения на нем, которое, обуславливает увеличение напряжения на выходе дифференциального усилителя 2.

Продифференцированный RC-цепью 3 сиг55 средним выводом источника напряжения 7, при этом между положительным полюсом источника напряжения 7 и его средним вы- 40 водам включены переменный резистор 11 и

ТЧЭ 1.

Устройство работает следующим образом.

C помощью делителя, состоящего из ре- 45 зисторов 9 и10, на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 2 установлено йапряжение, равное напряжению на ТЧЗ

1 при минимальной температуре рабочего диапазона устройства. ТЧЭ (полупроводни- 50 ковый диод) смещен в прямом направлении. нал проходит через диод 4 и коммутирующее устройство 5 в промежутки времени, когда коммутирующее устройство открыто импульсом, поступившим с генератора 8 нэ управляющий вход, и нагревает резисторподогреватель 6, находящийся в тепловом контакте с ТЧЭ 1. Тепло, выделяющееся в резисторе-подогревателе 6 и поступающее к ТЧЭ 1, обеспечивает ускорение нагрева

ТЧЭ 1. В промежутки времени, когда коммутирующее устройство 5 закрыто, ТЧЭ 1 нагревается только потоком тепла, поступающим от испытуемого объекта. В момент времени, когда температура ТЧЭ 1 в результате подогрева резистором-подогревателем 6, а также теплом, поступающим от испытуемого объекта, становится равной температуре испытуемого обьекта, на выходе дифференцирующей RC-цепи 3 устанавливается напряжение, равное нулю, и подогрев ТЧЭ 1 резистором-подогревателем 6 прекращается. В том случае, если в результате поступления тепла от резистораподогревателя 6 температура ТЧЗ 1 становится выше температуры испытуемого объекта, на выходе дифференцирующей RCцепи 3 устанавливается отрицательное напряжение, диод 4 закрывается и напряжение на входе коммутирующего устройства 5 (а соответственно, и на em выходе) становится равным нулю. Таким образом, при условии выравнивания температур ТЧЭ 1 и испытуемого объекта или при перегреве ТЧЭ 1 резистором-подогревателем 6 до более высокой температуры ток в цепи резистора-подогревателя 6 становится равным нулю, подогрев ТЧЭ 1 прекращается и дальнейшее установление теплового равновесия между ТЧЭ 1 и испытуемым объектом осуществляется только в результате теплообмена. Отсчет значения температуры производится с помощью вторичного прибора 12, отградуированного в единицах измерения температуры, после устайовления теплового равновесия между ТЧЭ 1 и испытуемым объектом и прекращения работы резистора-подогревателя {т,е. после установления неизменных показаний вторичного прибора 12).

На фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы изменения температуры ТЧЭ 1 {Т), напряжения на выходе дифференциального усилителя 2 (U»x.), напряжения на выходе генератора прямоугольных импульсов 8 (Ur) и падения напряжения на резисторе-подогревателе 6 (0 ), иллюстрирующие работу предлагаемого устройства.

Кривая 1 на фиг.2 показывает изменение температуры ТЧЗ со временем при приведении его в тепловой контакт с, 1811594 испытуемым объектом, имеющим более высокую температуру, при отключенном рези-, сторе-подогревателе. В этом случае нагрев

ТЧЭ происходит за счет передачи тепла от испытуемого объекта к ТЧЭ, Кривые 2 и 3 на фиг,2 показывают изменение температуры 5

ТЧЭ в том случае, когда осуществляется дополнительный подогрев ТЧЭ с помощью резистора-подогревателя. В случае кривой 2 подогрев ТЧЭ резистором-подогревателем прекратился при достижении теплового 10 равновесия между ТЧЭ и испытуемым объектом, т.е. при установлении на выходе дифференциальногого усилителя на и ряжения, близкого к нулю. Кривая 3 показывает изме- 15 нение температуры ТЧЭ при работе резистора-подогревателя в форсированном режиме (при увеличенном токе подогрева) и для случая, когда в результате подогрева произошел перегрев ТЧЗ выше температу- 20 ры испытуемого объекта, после чего установление теплового равновесия между ними происходит в процессе охлаждения

ТЧЭ за счет теплообмена с испытуемым объектом (и в соответствующих условиях с ок- 25 ружа ю щей средой).

Приведенная на фиг,3 временная диаграмма выходного напряжения дифференциального усилителя (О цх) показывает ход кривой 2, представленной на фиг.2, в более 30 крупном масштабе в промежутке времени

2 — 3 с. К этому же интервалу времени относятся и диаграммы выходного напряжения генератора прямоугольных импульсов (U ) и напряжения на резисторе-подогревателе 35 (U>). В промежутки времени, когда на выходе генератора прямоугольных импульсов имеется напряжение выходной сигнал дифференцирующей RC-цепи проходит через коммутирующее устройство и происходит 40 нагрев резистора-подогревателя и находящегося в тепловом контакте с ним ТЧЗ импульсом тока, в результате чего скорость изменения температуры (и напряжения на выходе дифференциального усилителя) уве- 45 личивается. В интервалы времени, когда напряжение на выходе генератора прямоугольных импульсов равно нулю, напряжение на выходе коммутирующего устройства равно нулю независимо от 50 напряжения на его входе, ток через резистор-подогреватель не протекает и увеличение температуры ТЧЗ происходит только за счет передачи тепла от испытуемого объекта. Поэтому нагрев ТЧЭ в этой фазе работы 55 устройства протекает с меньшей скоростью.

Сравнение зависимости 1 с зависимостями 2 и 3 показывает, что импульсный нагрев ТЧЗ резистором-подогревателем в соответствии с описанным принципом работы предлагаемого устройства приводит к существенному уменьшению промежутка времени, необходимого для установления теплового равновесия между ТЧЭ и испытуемым объектом (т.е. к снижению тепловой инерционности устройства).

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства подогрев ТЧЭ с помощью резистора-подогревателя осуществляется импульсным током кратковременно, только в течение промежутка времени, когда протекает установление теплового равновесия между ТЧЭ и испытуемым объектом, В дальнейшем поддержание теплового равновесия между ТЧЗ и испытуемым обьектом осуществляется в результате теплообмена между ними, а ток через резисторподогреватель равен нулю. Это позволяет уменьшить затраты энергии, расходуемой на подогрев ТЧЗ, а также снизить тепловую инерционность устройства, т.е. уменьшить время, необходимое для выравнивания температуры ТЧЭ и испытуемого объекта, а следовательно, и время установления показаний вторичного прибора.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее источник постоянного напряжения с включенным параллельно его полюсам резистивным делителем напряжения, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и вторичный прибор, резистор-подогреватель, соединен-. ный первым выводом с общей шиной устройства, последовательно соединенные резистор, подключенный первым выводом к положительному полюсу источника постоянного напряжения, и термочувствительный элемент, подключенный вторым выводом к общей шине устройства и находящийся в тепловом контакте с резисгором подогревателем, о т л и ч а ю щ е е с я . тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения энергопотребления, в него введены последовательно соединенные дифференцирующая RC-цепочка, подключенная входом к выходу дифференциального усилителя, диод и коммутатор, соединенный выходом с вторым выводом резистора-подогревателя, а также генератор прямоугольных импульсов, подключенный выходом к второму входу коммутатора, при этом средний вывод резистивного делителя и второй вывод резистора подкл ючен ы соответственно к неинвертирующему и инвертирую цему входам дифференциального усилителя, а резистор выполнен переменным.

Фиг. 2

Составитель М. Ярыч

Техред М.Моргентал Корректор С. Юско

Редактор А. Купрякова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 1466 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5