Устройство для измерения температуры

 

Сеиоз Советоьик

Социалистическими

Рвспу6пии

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)657272 (63) Дополнительное к авт. свих-ву (22) Заявлено 110576(21) 2359701/18-10 с присоединением заявки ¹ (S3) В. Кл. а 01 К 7/02

Государственный комитет ссср по делам изооретеннй и открытий (23) Приоритет (®) ИВ 5 36, 5 3 2 „ (088. 8) Опубликовано 150479. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 150479. (72) Автори

НаОбрЕтЕНИя И,N.т1илат, A.A.йщеулов и Н.K. ûïêo (71) ЗаяантЕЛЬ Черновицкий ордена Трудового Красного Знамени государственный университет (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ TE_#_HEPATVPbl

Изобретение относится к области термометрии.

Известны различные устройства для измерения температуры, содержащие термоэлектрический датчик температуры, подключенный к усилителю переменного тока через вибропреобразователь (1).

Однако известные устройства обладают недостатком, заключающимся в том, О что введение вибропреобразователя, содержащего разъемные электрические контакты, снижает надежность, устройства, кроме того, их применение затрудняет получение выходного сигнала синусои. дальной формы, что снижает точность 1 измерения.

Известно устройство, в котором термоэлектрический преобразователь температуры выполнен в виде первичной обмотки трансформатора (2);

Однако известное устройство нашло применение в качестве источника питания, так как обладает значительной тепловой инерционностью и недостаточной точностью измерения.

Известно также устройство, содержащее термоэлемент, трансформатор с магнитопроводом и двумя обмотками, первичная обмотка которого соединена с термоэлементом последовательно (3).

Однако известное устройствб содержит электромеханический вибропреобразователь, что снижает надежность устройства, а также точность измерения из-за отклонения формы сигнала от синусоидальной.

Для повьжяния надежности и точности измерения в предлагаемое устройство дополнительно введены сопротивления и конденсатор, который подключен параллельно первичной обмотке трансформатора, а сопротивление включено последовательно в электрическую цепь, состоящую из термоэлемента и первичной обмотки трансформатора, причем термоэлемент закреплен на магнитопроводе трансформатора; величина дифференци- . ального отрицательного сопротивления термоэлемента выбрана больше величины сопротивления смещения.

На фиг.1 показаны графики, поясняющие работу устройства; на фиг.2 принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.3 конструкция устройства.

На фиг.1 показана нагрузочная кривая 1 для термаэлемента, выполненного из монокрнсталлической пластины замкну ого на изменя:ощееся активное сопротиэ.-.ение при постоянном тепло.657272 реннего сопротивления монокристаллической пластины в зависимости от тока.

На кривой 2 показан участок отрицательного сопротивления 1-2. На фиг.

2 приняты обозначения: ТЭЭЛ вЂ” термоэлемент, Й вЂ” суммарный тепловой поток, попадающий на термоэлемент, Т и Т вЂ” температуры соответственно на горячей и холодной сторонах термоэлемента сопротивления, (г — сопротивле- lO ние, С вЂ” конденсатор, .Тр — трансформатор, U выходное переменное напряжение.

На фиг.3 обозначено 1 — термоэлемент, 2 — бериллиевая подложка термо- 15 элемента, 3 .- магнитопровод (сердечник) трансформатора, 4 — электрические выводы термоэлемента, 5 — выводы первичной обмотки трансформатора, б трансформатор 7 — конденсатор 8 — gp сопротивление смещения, 9 — монтажная плата, 10 — защитный металлический экран, 11 — электрическая изоляция.

Устройство работает следующим образом.

Термозлемент 1 выполнен из монокристаллической пластины, изготовлен30

35 выводы 4 термоэлемента и выводы 5 перничной обмотки трансформатора. Метал- 4О вом потоке, и кривая 2 изменения ннут ой,из анизотропного материала, например сурьмянистого кадмия. Ориентация монокристаллической пластины выбрана с учетом получения максимальной термо-ЭДС, Термоэлемент 1 закреплен на магнитопроноде 3 трансформатора б через электрическую изоляцию 11 и бериллиевую подложку 2, что позволяет использонать магнитопровод 3 в качестне теплопровода. Конденсатор 7 и сопротивление смещения 8 расположены на монтажной плате 9, к которой подходят лический экран 10, снабженный входным окном, обеспечивает защиту термоэлемента 1 от конвентивных тепловых потоков и внешних магнитных полей, Конденсатор 7 и первичная обмотка трансформатора б образуют колебательный контур, подключенный через сопротивление смещения 8 к термоэлементу 1, При прохождении потока тепла через термоэлемент 1, выполненный н виде пластины, между ее рабочими гранями„ расположенными перпендикулярно тепловому потоку, возникает разность температуры дТ, а на двух других гранях, перпендикулярных к рабочим, воз,никает термо — ЭДС, знак которой зависит от взаимной ориентации градиента температуры и кристаллической ориентации осей пластины. При возникновении термо — ЭДС через сопротивление смещения 8 и колебательный контур пойдет электрический ток 3, величина которого определяется следующим соотно шением. гдеьс(.„б,Ж вЂ” коэФфициенты попереч45

60 ной термо — ЭДС, электропроводности, теплопронодности материала монокристаллической пластины соответственно; а и в — длина и высота пластины соответственно. т — коэффициент пропорциональности, определяемый из .оотношения (т

lYL т с где Р— внутреннее сопротивление

Т термоэлемента, R — величина сопротивления смещения.

При некотором значении тока, зависящем от величины сопротивления и количества тепла () происходит перераспределение носителей тока в материале пластины, определяемое зонной структурой материала пластины (в нашем случае сурьмянистый кадмий). Перераспределение носителей тока вызынает появление участка отрицательного сопротивления, показанного на фиг.

1, которое используется для создания термодатчика переменного тока.

Выбором сопротивления смещения поместим рабочую точку в положение 1 кривой П, рис.1. Конденсатор С при этом будет заряжен до значения

Ьо

1™12мс У где кп, — коэффициент пропорциональности для точки 1 на Кривой П. Увеличение электрического тока вызывает смещение рабочей точки на участок отрицательного сопротивления, при этом она попадает в положение 2. Напряжение на выходе монокристаллической пластины падает до значения

bA г 2XC где m — коэффициент пропорциональ2 ности для точки 2 на кривой П. Конденсатор С начинает разряжаться на первичную обмотку трансформатора до значения U2 . Возникающий при этом ток самоиндукции напранлен против тока монокристаллической пластины и уменьшает его значение, что приводит к смещению рабочей точки из положения 2 н положение 1, где разрядиншийся ранее конденсатор снова заряжается до напряжения V . Таким образом, процесс повторяется сначала, то есть устанавливается периодический процесс.

На вторичной обмотке трансформатора возникает напряжение

V=m к 4с Q """ гжС где U — напряжение на выходе трансформатора;

K — коэффициент трансформации; у= — — круговая частота, опредеБ С ляемая емкостью и индуктивностью контура;

re - т

ltl

2 ! с — ширина пластины.

Антоколебательный процесс находится в устойчивом состоянии, если отри657272

Формула изобретения

R„, EDM Цательное сопротивление монокристаллической пластины и сопротивление смещения связаны следующим соотношением ц ест

Увеличение сопротивления смещения вызывает срыв генерации, при этом значение сопротивления Р, при котором наступает срыв, однозначно определяется тепловым потоком Ц .

Например, при геометрических размерах пластинки а =10 мм, в 1 мм, с 0,01 мм, изготовленной из сурьмянистого кадмия с 50L =- 200 MKB/град, -I

Ж = 0,01 Вт/см град, б = 1 Ом см коэффициента трансформации К = 10 и параметрах схемы R = 2 кОм С = 104 пФ, L= 9.10 Гн и разйости температур на рабочих гранях пластинки аТ = 10 C получаем напряжение, амплитудное значение которого равно U = 25 В, Температурная чувствительность дат-20 чика U — 2,5 B/ãðàä т аТ

Вольтная чувствительность датчика

S = = 2,5 10 В/Вт A

Q, Частота ЭДС генерируемой на выходе датчика 1 = 5 кГц.

Постоянная времени термодатчика

2 определяется температу- 30 2 q ропроводностью сурьмянистогo кадмия = 0,01 см2/с, а также высотой пластинки 3 и в нашем случае C ъ О, 1 с.

Такйм образом, изменяя геометри- 35 ческие размеры монокристаллической пластины (а,в,с), коэффицент трансформации К трансформатора, значение емкости С и индуктивности L легко получаем переменное напряжение требуемой 40 амплитуды и частоты.

Таким образом, предложенное устройство позволяет греобразовать сигнал термоэлемента в переменное напряжение бесконтактным методом, что обеспечивает повышение точности измерения температуры и одновременно надежность устройства.

1. Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлемент, трансформатор с магнитопроводом и двумя обмотками, первичная обмотка которогб соединена с термоэлементом последовательно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности устройства, в него дополнительно введень1 сопротивления смещения и конденсатор, который подключен параллельно первичной обмотке трансформатора, а сопротивление смещения включено в рассечку между термоэлементом и первичной обмоткой трансформатора, причем термоэлемент закреплен на магнитопроводе трансформатора.

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что величина дифференциального отрицательного сопротивления термоэлемента выбрана большей величины сопротивления смещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Бернштейн А.С., Термоэлектрические генераторы, Государственное энергетическое издательство, М.-Л., 1956, с.41.

2. Иорданишвили Е.К,, Термоэлектрические источники питания, М., Советское радио, 1968, с.110.

3. Поздняков Б.С., Термоэлектрическая энергетика, Атомиздат, М. 1974, с.43..657272

Составитель A. Tåðåêîâ

Техред И. Келемеш корректор О.Билак

Редактор И.Шубина с

Тираж 7б 5 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Эакав 1779/39

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4