Устройство для измерения температуры
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистических
Республик
G 01 К 7/34 (23) Приоритет—
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
t$3) УДК 536.532 (088, 8) Опубликовано 3Q10.82. Бюллетень Йо 40
Р
Дата опубликования описания 30. 10.82 (72) Авторы изобретения
П. Т. Харитонов и F3. Л. Спирчев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРИ
Изобретение относится к измерению интегрального з начения температуры сред и может быть использовано для измерения низких температур жидких и газообразных сред с повышенной точностью.
Известны термометры проточного типа, используемые для измерения температуры газов, паров и жидкостей 1), 1О
Недостатками известных устройств являются низкая чувствительность выходного параметра к температуре, значительная погрешность измерения эа счет влияния теплопроводности арматуры и малой площади соприкосновения датчика со средой, а также воэможность определения температуры только по одному параметру — термо-ЭДС или сопротивлению датчика. Для газообразных сред точность измерения температуры такими устройствами (например, платиновыми термометрами TCII} ограничена значением 1,5-2%.
Известен также цифровой термометр на базе керамического конден- 25 саторного датчика, содержащий емкостный датчик, преобразователь параметра датчика в Интервал времени и преобразователь интервала в код.
Это устройство предназначено для иэ- ЗО мерения криогенных температур и основано на использовании переходных процессов в RC-цепи. Оно обладает более высокой чувствительностью по сравнению с термометрами сопротивления (2).
Недостатками этого устройства являются невысокая помехоустойчивость и существенное влияние способа установки датчика в потоке и его обледенения на точность измерения.
Наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности емкостный термометр содержит колебательный
LC-контур, включенный в цепь автогенератора, трансформатор, измеритель частоты автогенератора и блок индикации температуры. Резонансная частота ЬС-контура зависит от температуры вследствие использования в качестве емкости конденсатора с боль" шим TKE ! реь=" < то-1 > где К вЂ” постоянный коэффициент;
То — начальная температура; Г1 — измеряемая температура (3j ., Температуру определяют путем измерения частоты автогенератора, задаваемой LC-контуром.
970136 Реъ т (2) в вычи слит еле .
Недостатками такого устройства являются малая площадь соприкосновения со средой, определяемой размерами емкостного датчика, невысокая точность измерения вследствие влияния способа установки датчика в среде, а также использование только одного информативного параметра — чао тоты LC-контура (зависящей от температуры из-эа наличия ТКЕ емкостного датчика).
Цель изобретения - повышение точности измерения интегральной температуры жидких и газообразных сред эа счет увеличения площади соприкосновения датчика температуры со средой и вычисления температуры по нескольким параметрам, датчика.
Указанная цель достигается тем,, что в устройство введены вычислитель, измеритель добротности LC-контура, а индуктивность ЬС-контура выполнена термозависимой, причем выход ЬС-контура подключен к входу измерителя добротности LC-контура, а его выход соединен с одним из входов вычисли. теля, к другому входу которого подсоединен выход измерителя частоты автогенератора, а выход вычислителя соединен с входом блока индикации.
Кроме того,LC-контур выполнен в виде плоской спирали, размещенной на основании иэ материала с термозависимой диэлектрической проницаемостью.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - вариант, выполнения датчика.
Устройство содержит образованный емкостью 1 и индуктивностью 2 датчик
3 в виде LC-контура, автогенератор 4, измеритель 5 частоты автогенератора, измеритель 6 добротности, вычислитель 7 и блок 8 индикации. . Устройство работает следующим образом.
Частота колебаний автогенератора определяется параметрами LC-контура и связана с температурой bT через емкость С датчика зависимостью е где 4 — индуктивность датчика;
Се — емкость датчика при температуре Т ; .4с - ТКЕ датчика.
В то же время добротность LC-контура зависит от температуры b,T через активное сопротивление г„ катушки 1 и емкость С„ где c(g — ТКС диэлектрика конденсатора.
Измеренные измерителями 5 и 6 соответственно частота Е е и добротность Q - подаются на вычислитель 7, который осуществляет расчет измеряемой температуры АТ по формулам
5 (4-6), полученным путем преобразования выражений (2 и 3)
EL (5)
30 к 1о " (с
Таким образом, измерение температуры среды осуществляют путем измере ниЯ Резонансной частоты f е и добрез
15 poTHocTH Qlc контура, которые однозначно связаны с температурой среды через емкость С и активное сопротивление r äàò÷èêà 3.
3а счет вычисления температуры щ по результатам измерения двух независимых параметров LC-контура обеспечивается более высокая достоверность измерения. Кроме того, при измерении температуры распределенных сред повышается точность измерения за счет увеличения площади соприкосновения среды с датчиком.
Датчик может быть выполнен (фиг. 2) в виде печатной катушки
9 индуктивности, находящейся на изоляционном основании 10 с термоэависимой диэлектрической проницаемостью. Дпя подключения датчика. к контуру служат контакты 11 и 12.
Яндуктивностью контура является печатная катушка 9, а емкостью— межвитковая емкость, в сильной степени. зависящая от диэлектрической проницаемости основания 10. Описанная вьаае.конструкция датчика поэво40 ляет обеспечить одновременное изменение резонансной частоты контура и его добротности от температуры за счет термозависимых диэлектрической проницаемости основания 10 и ак45 тивного сопротивления катушки 9 соответственно.
Измеритель позволяет обеспечить высокую чувствительность.
Так, при выборке величин С
5О = 10 9 ф „ $с = 1 5 10 1/F, ; Ь вЂ” 10; йо = 0,1 Ом; o(g, =. 4,3.10 1/К имеем при Т = 20 С f = 159,5 кГц, 2
9 = 10э. Тогда чувствительность по частоте составляет более 1000 Гц/К, а по добротности — 50-60 1/ Ñ. При этом относительная погрешность измерения с учетом влияния способа установки датчика в среде может быть снижена до 0,1-0,2% за счет алгоритмической обработки результатов иэме60 рения по двум параметрам одновременно. Кроме того, наличие двух термозависимых параметров позволяет вести контроль исправности датчика путем соответствующей обработки информации
970136
Применение предлагаемого устройства наиболее целесообразно для из:.мерения интегральной температуры жидких и газообразных сред с высокой точностью.
При измерении температуры энергоносителей может быть получен значительный экономический эффект за счет экономии энергии в результате более точного измерения температуры и снижения ее потерь при регулировании.
Формула изобретения
1. Устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры в виде ЬС-контура с термозависимой емкостью, подключенный на вход автоганератора, выход которого соединен с входом измерителя частоты
asòîãåíåðàòîðà, и блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения интегральной температуры жидких и газообразных сред, в него введены вычислитель, измеритель добротности
LC-контура, а индуктивность LC-контура выполнена термозависимой, причем выход ЬС-контура йодключен к входу измерителя добротности ЬС-контура, а его выход соединен с одним из входов вычислителя, к другому входу которого подсоединен выход измерителя частоты автогенератора, 5 а выход вычислителя соединен с входом блока индикации.
2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что LC-контур выполнен в виде плоской спирали, ip размещенной на основании из материала с термозависимой диэлектрической проницаемостью.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Линевеч Ф Измерение температур в технике. Справочник. Пер. с нем.
N. "Металлургия", 1980, разд. 8.
2. Попов Н. И., Гурьевич A. С.
Цифровой термометр на основе конденсаторного керамического датчика.
В сб.: Вычислительная техника, радиотехника, радиоизмерения, магнитные материалы, ч. 1. Красноярск, 1974, с. 152-155.
3. Takami К., Майзиига И .Capacitance Thermometer for Rotator .
Rev .Sci.; Instr. 1966, 37, Р 11, р. 1505-1510 (прототип).
970136
Составитель Н. Горыкова
Редактор А. Orap Техред З„Палий Корректор Г. Orap
Закаэ 8372/48 Тираж 887 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Рауиская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
