Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры относится к области информационно-измерительной техники. Заявлено устройство для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент в виде термопары и усилитель, введены микроволновый генератор с варакторной перестройкой частоты, источник постоянного тока, выпрямитель с регулируемым напряжением, измеритель частоты. Причем в качестве усилителя служит магнитный усилитель, а выход термопары подключен к обмотке управления магнитного усилителя. Рабочая обмотка магнитного усилителя соединена с источником переменного тока и входом выпрямителя с регулируемым напряжением. Выход последнего подключен к первому плечу (варактору) микроволнового генератора, а второе плечо микроволнового генератора соединено с выходом источника постоянного тока. Выход микроволнового генератора подключен к входу измерителя частоты. Технический результат - повышение точности измерения. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике измерения физических параметров, в частности, для измерения температуры объектов и может быть использовано для управления технологическими процессами в металлургической промышленности.

Известно устройство для измерения температуры вращающегося объекта с помощью объемного резонатора (см. В.А. Викторов, Б.В. Лункин, А.С. Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических параметров. - М.: Энегоатомиздат, 1989, 190 стр.). Чувствительным элементом в этом устройстве служит объемный СВЧ резонатор, изготовленный из материала с большим коэффициентом теплового расширения, например, алюминия. Резонатор размещается непосредственно на контролируемом объекте. Устройство помимо резонатора содержит передающую и приемную антенны, СВЧ генератор для возбуждения резонатора, усилитель, блок сравнения частот и регистратор. При изменении температуры объекта и резонатора изменяются геометрические размеры последнего и, следовательно, для изменения его резонансной частоты Δf можно записать

Δf=fα/(1-αt),

где α - коэффициент линейного расширения материала резонатора, t - температура объекта, f - резонансная частота резонатора. Отсюда видно, что по изменению резлнансной частоты резонатора можно судить об изменении температуры объекта.

К недостатку этого известного устройства можно отнести нестабильность электромагнитного сигнала при его распространении от предающей антенны до резонатора и от резонатора до приемной антенны из-за влияния внешних помех.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятый автором за прототип измеритель температуры непосредственных отсчетов (см. RU 2017088 С1, 30.07.1994), содержащий термопару, подключенную к входам первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом суммирующего усилителя. Второй вход суммирующего усилителя соединен с выходом второго дифференциального усилителя, один вход которого соединен с датчиком температуры, а второй - с выходом источника опорного напряжения, выполненного на транзисторах, резисторах и третьем дифференциальном усилителе. В этом устройстве по выходному напряжению суммирующего усилителя измеряют температуру контролируемой среды.

Недостатком этого известного устройства можно считать низку точность из-за нестабильности амплитуды выходного напряжения суммирующего усилителя, связанной с температурными влияниями на транзисторы и резисторы источника опорного напряжения.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения температуры.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент в виде термопары и усилитель, введены микроволновый генератор с варакторной перестройкой частоты, источник постоянного тока, выпрямитель с регулируемым напряжением, измеритель частоты, в качестве усилителя служит магнитный усилитель, причем выход термопары подключен к обмотке управления магнитного усилителя, рабочая обмотка магнитного усилителя соединена с источником переменного тока и входом выпрямителя с регулируемым напряжением, выход последнего подключен к первому плечу (варактору) микроволнового генератора, второе плечо микроволнового генератора соединено с выходом источника постоянного тока, выход микроволнового генератора подключен к входу измерителя частоты.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, определение изменения частоты микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты дает возможность измерить температуру объекта частотой.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу измерения температуры на основе определения частоты микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Данное устройство содержит чувствительный элемент 1, источник переменного тока 2, магнитный усилитель 3, выпрямитель с регулируемым напряжением 4, микроволновый генератор с варакторной перестройкой частоты 5, источник постоянного тока 6 и измеритель частоты 7.

Устройство работает следующим образом. Термопара 1 (чувствительный элемент) припаивается к объекту, температура которого измеряется (объект на рисунке не показан). При нагревании (охлаждении) объекта термопара вырабатывает термоЭДС, величина которой зависит от состава проводников, образующих термопару, и разности температур рабочего и свободного концов термопары. После этого сигнал (постоянный) термопары поступает на обмотку управления магнитного усилителя 3. В данном случае данный магнитный усилитель состоит из обмотки управления и рабочей обмотки, соединенной последовательно с нагрузкой (выпрямителем с регулируемым напряжением 4), и подведено к ней переменное напряжение от источника переменного тока 2. По принципу работы магнитного усилителя, представляющего собой дроссель насыщения, при протекании постоянного тока управления Iy в обмотке управления, реактивное индуктивное сопротивление рабочей обмотки за счет изменения магнитной проницаемости сердечника, резко уменьшается, что приведет к увеличению тока Iн, протекающего через рабочую обмотку и выпрямитель 4 (нагрузку). В рассматриваемом случае, так как нагрузка и рабочая обмотка магнитного усилителя питаются от источника переменного тока, то усиленный сигнал на нагрузке будет зависеть от тока Iy, величины выходного сигнала источника переменного тока Uc и активных сопротивлений и индуктивности соответственно нагрузки и дросселя. Отсюда можно заключить, что при постоянной величине Uc, изменением Iy в обмотке управления магнитного усилителя (изменение активных сопротивлений и индуктивности нагрузи и дросселя), можно обеспечить управление переменным напряжением на нагрузке, т.е. на входе выпрямителя. Следовательно, в данном случае получаем, что выходной сигнал выпрямителя с регулируемым напряжением, благодаря преобразованию магнитным усилителем термоЭДС термопары, может быть использован для последующего преобразования. В силу этого в данном техническом решении, с выхода выпрямителя с регулируемым напряжением сигнал подают на первое плечо (варактор) микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты 5. Предварительно для генерирования электромагнитных колебаний микроволновым генератором, его второе плечо подключают к выходу источника постоянного тока 6. Для фиксации электромагнитных колебаний выходной сигнал генератора подают на вход измерителя частоты 7.

При наличии температуры объекта контроля окружающей среды, с помощью выпрямителя с регулируемым напряжением, устанавливают на входе варактора микроволнового генератора нулевое напряжение и фиксируют частоту микроволнового генератора измерителем частоты. Обозначим эту частоту fo. При нагревании объекта величина термоЭДС чувствительного элемента увеличится. В данном случае пропорционально увеличится и напряжение на варакторе микроволнового генератора, что приведет в свою очередь перестройку по частоте генератора, т.е. увеличение его частоты. Обозначим эту частоту ft. В силу этого по разности частот ft-fo можно определить изменение температуры объекта при его нагревании от температуры окружающей среды до какого-нибудь ее значения. Здесь принимается, что ft>fo (увеличение напряжения на варакторе приводит к увеличению частоты генератора). При охлаждении объекта (уменьшение напряжения на варакторе), наоборот уменьшится частота генератора. Отсюда вытекает, что измерение частоты микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты при его перестройке, обусловливает произвести измерение текущего значения температуры объекта частотой микроволнового генератора.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении измерение частоты микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, при его частотной перестройке, дает возможность измерить температуру объекта с повышением точности измерения.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано в различных областях науки и техники в том числе, в металлургической промышленности. Преимуществом данного устройства по сравнению с аналогичными устройствами можно считать возможность передачи частотного сигнала о температуре на расстоянии.

Устройство для имерения температуры, содержащее чувствительный элемент в виде термопары и усилитель, отличающееся тем, что в него введены микроволновый генератор с варакторной перестройкой частоты, источник постоянного тока, выпрямитель с регулируемым напряжением, измеритель частоты, при этом усилитель выполнен магнитным, причем выход термопары подключен к обмотке управления магнитного усилителя, рабочая обмотка магнитного усилителя соединена с источником переменного тока и входом выпрямителя с регулируемым напряжением, выход последнего подключен к первому плечу (варактору) микроволнового генератора, второе плечо микроволнового генератора соединено с выходом источника постоянного тока, а выход микроволнового генератора подключен к входу измерителя частоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термометрии, а именно к способам измерения высокой температуры участков среды с неоднородным температурным полем, и может быть использовано в многоточечных измерительно-информационных системах при тепловых испытаниях конструкций для исследования температурных полей, в газодинамике и при построении систем автоматического регулирования высокотемпературными технологическими процессами.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга температуры электрического проводника. Предлагается система для мониторинга температуры электрического проводника (31), заключенного, по меньшей мере, в (полу) проводящий слой (13), содержащая пассивный индуктивный узел (20), узел (40) приемопередатчика и блок (50) управления.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения и мониторинга малых изменений температуры. Заявлен способ измерения температуры объекта с помощью чувствительного элемента (ЧЭ), представляющего собой стандартный двухвходовой резонатор на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для работы с термопреобразователями с импульсным выходным сигналом. Цифровой термометр содержит термопреобразователь с импульсным выходом, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик с прямыми динамическими входами, параллельный регистр с инверсным динамическим синхровходом, элемент И, элемент НЕ, преобразователь код-частота (ГТКЧ) и дополнительно введенное ПЗУ.

Изобретение относится к термометрии и предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом. Заявлен цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик с прямыми динамическими входами, параллельный регистр с инверсным динамическим синхровходом, преобразователь код-частота (ПКЧ) и дополнительно введенное ПЗУ.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля окружающей среды и управления технологическими процессами. Согласно заявленному предложению осуществляют измерение частоты генератора, зависящей от параметров терморезисторов, располагаемых равномерно по объему исследуемого поля и соединенных с внешними конденсаторами фазирующей RC-цепочки, образующих совместно с усилителем генератор, соединенный через преобразователь частота-код и микроконтроллер, программу которого снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от контролируемой температуры.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании и применении устройств и систем для измерения температуры поверхностей, находящихся под напряжением.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом и может быть использовано при измерениях температуры, например, в теплосчетчиках для повышения точности измерения температуры при одновременном упрощении устройства.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к цифровым термометрам, работающим с термопреобразователями, представляющими измерительную информацию в импульсной форме.

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам температуры, и может использоваться при измерении температуры с минимальной глубиной погружения датчика в нефтяной, химической промышленности и коммунальном хозяйстве, в частности, в трубах малого диаметра.

Устройство для измерения температуры относится к области информационно-измерительной техники. Заявлено устройство для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент в виде термопары и усилитель, введены микроволновый генератор с варакторной перестройкой частоты, источник постоянного тока, выпрямитель с регулируемым напряжением, измеритель частоты. Причем в качестве усилителя служит магнитный усилитель, а выход термопары подключен к обмотке управления магнитного усилителя. Рабочая обмотка магнитного усилителя соединена с источником переменного тока и входом выпрямителя с регулируемым напряжением. Выход последнего подключен к первому плечу микроволнового генератора, а второе плечо микроволнового генератора соединено с выходом источника постоянного тока. Выход микроволнового генератора подключен к входу измерителя частоты. Технический результат - повышение точности измерения. 1 ил.

Наверх