Способ измерения температуры нагревательного элемента и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области измерения температуры и может быть использовано для измерения температуры нагревательных элементов. Сущность: нагревательный элемент включают в разрыв соединения концов термопроводов термопары, образующих рабочий спай. Нагревают рабочий спай термопары пропусканием электрического тока. Регистрируют значения термоЭДС термопары. Вычисляют температуру нагревательного элемента по разности температур нагретого и холодного концов термопары. Технический результат: упрощение и повышение надежности измерений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры нагревательных элементов в различных отраслях.

Известен способ измерения температуры нагревательного элемента с помощью термопары, заключающийся во внесении рабочего спая термопары в контролируемую среду и регистрации показания термопары, соответствующего температуре контролируемой среды [1]. Недостатком известного способа является отсутствие контроля состояния нагревателя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения температуры, заключающийся в нагреве спая термопары, помещенной в исследуемую среду пропусканием тока соответствующей полярности и регистрации показаний термопары [2].

Недостатками известного способа является сложность процесса измерения т.к. необходимо несколько раз регистрировать показания термопары и осуществлять нагрев и охлаждение рабочего спая.

Задачей изобретения является упрощение способа измерения и повышение надежности устройства.

Сущность изобретения состоит в нагреве рабочего спая термопары, помещаемого в зону нагрева, пропусканием электрического тока и регистрации значения термоЭДС термопары, причем нагревательный элемент включают в разрыв соединения концов термопары, образующих рабочий спай, а вычисление температуры нагревательного элемента производят по разности температур нагретого и холодного концов термопары.

Устройство для осуществления способа включает нагревательный элемент, термопровода, концы которых, образующие холодный спай посредством подводящих проводов, подключены через коммутатор к источнику питающего напряжения и входам измерительного устройства, третий вход которого соединен с датчиком температуры холодного спая, а выход подключен к устройству управления, причем нагревательный элемент включен в разрыв соединения концов термопроводов, образующих рабочий спай термопары.

За счет того, что нагревательный элемент включают в разрыв соединения концов термопроводов термопары, обеспечивается совмещение процесса измерения температуры нагревательного элемента и его нагрев. В результате упрощается способ измерения и уменьшается число соединительных проводов между нагревательным элементом, блоком питания и измерительным устройством, что повышает надежность устройства в целом. Кроме того, так как нагревательный элемент и измерительная термопара образуют единую последовательную цепь, исключается перегрев нагревателя вследствие нарушений в цепи измерения температуры и разрыва тепловой связи между нагревателем и измерителем.

На чертеже приведена схема устройства для осуществления способа.

Устройство для измерения температуры содержит нагревательный элемент 1, соединенный с концами термопроводов 2 и образующий рабочий спай термопары, помещаемый в зону нагрева 3. Другие концы термопроводов 2 посредством подводящих проводов 4 подключены через коммутатор 5 к источнику 6 питающего напряжения и входам измерительного устройства 7, третий вход которого соединен с датчиком 8 температуры холодного спая, а выход - подключен к устройству 9 управления. В месте соединения термопроводов 2 и подводящих проводов 4 образуется зона 10 холодного спая.

Измерение температуры осуществляют следующим образом.

По сигналу устройства 9 управления коммутатор 5 подключает измерительную цепь, состоящую из последовательно соединенных нагревательного элемента 1, термопроводов 2, подводящих проводов 4 к измерительному устройству 7, которое регистрирует термоЭДС, возникающую на концах термопроводов 2 из-за разности температур в зоне 3 нагрева и зоне 10 холодного спая. Вычисление абсолютного значения температуры нагревательного элемента производят путем добавления к разностной термоЭДС поправки на величину температуры холодного спая, измеряемой датчиком 8 температуры холодного спая.

Так как, если два любых проводника А и В имеют по отношению к третьему С термоЭДС Е_AC и Е_BC, то термоЭДС термопары АВ .

Значение термоЭДС в нашем случае определится как:

где Q1 - температура горячего спая;

Q0 - температура холодного спая.

Вычисленное значение разности температур Т есть функция разностной термоЭДС Е_р.

Абсолютное значение температуры составит величину Т=Т+Тхс, где Тхс - абсолютное значение температуры холодного спая, измеряемое датчиком 8.

После измерения температуры нагревательного элемента 1 по сигналу устройства 9 управления коммутатор 5 подключает измерительную цепь, состоящую из нагревательного элемента 1, термопроводов 2 и подводящих проводов 4 к источнику 6 питающего напряжения, в результате за счет пропускания тока через нагревательный элемент 1 происходит его нагрев.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство позволяют совместить процесс измерения температуры нагревательного элемента и его нагрев. В результате повышается надежность устройства.

Источники информации

1. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 320 с.

2. Авт.св-во SU 1280338 А1, кл. G 01 К 7/02, 1986 г. - прототип.

1. Способ измерения температуры нагревательного элемента, заключающийся в нагреве рабочего спая термопары, помещаемого в зону нагрева, пропусканием электрического тока и регистрации значения термоЭДС термопары, отличающийся тем, что нагревательный элемент включают в разрыв соединения концов термопроводов термопары, образующих рабочий спай, а вычисление температуры нагревательного элемента производят по разности температур нагретого и холодного концов термопары.

2. Устройство для осуществления способа, включающее нагревательный элемент, термопровода, концы которых, образующие холодный спай, посредством подводящих проводов подключены через коммутатор к источнику питающего напряжения и входам измерительного устройства, третий вход которого соединен с датчиком температуры холодного спая, а выход подключен к устройству управления, отличающийся тем, что нагревательный элемент включен в разрыв соединения концов термопроводов, образующих рабочий спай термопары.