Устройство для измерения температуры

ОП И ИЗОБ РЕТЕНИЯ ОЛЕСКОМУ СВИДВТВЛЬСТ Дополнительное к авт. свид-ву 22) Заявлено 29,11.7 1) 2548293/18-10 51) М. Кл.601 К рисоединением заявкиГееударетеенный кемнтет ссср м делам нэеаретвнн з еткрытнйая вите логическии институтнского(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЬ бласти приойствам для реобразова ся к к ус путе Изобретение относит оборостроения, а именно тризмерения температуры мния ее в частоту.Известен вибрационный датчик температуры, содержащий в качестве термочувстви. тельного элемента камертон, изготовленный из материала с высоким температурным коэффициентом частоты, например никеля, помещенный в вакуум и соединенный через теплопровод с теплообменником, контактируемым с контролируемой средой 1.Этот датчик обладает низкой чувствительностью и малым выходным сигналом.Известен термометр 2, в котором термочувствительный стержень выполнен многослойным из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения, в результате этого в стержне возникают температурные напряжения, которые при нечетном числе слоев не вызывают деформацию самого стержня. Однако колебательная система в этом случае обладает низкой добротностью в связи со значительным рассеиванием энергии в месте закрепления термочувствительного стержня. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вибрационный датчик температуры 3, содержащий крепящийся к основанию термочувствительный элемент и систему возбуждения и съема сигнала.Недостатки указанного датчика заключаются в низкой добротности колебательной системы и недостаточной ее чувствительности.Целью изобретения является повышение чувствительности устройства.Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве основание выполнено в виде двух прямоугольных пластин, расположенных параллельно одна другой, а чувствительный элемент состоит из центральной и боковых перемычек, выполненных каждая в виде сдвоенного камертона, причем центральная перемычка изготовлена из одного материала и за одно целое с основанием, а боковые перемычки, изготовленные из материала, коэффициент температурного расширения которого превышает коэффициент температурного расширения материала центральной перемычки, прикреплены к концам пря= Е (ю,7+ 1),(2),моугольных пластин и расположены в параллельных плоскостях, перпендикулярныхплоскости центральной перемычки и прямоугольных пластин. Линеаризация характеристики устройства достигается тем, что центральная и боковые перемычки снабжены индивидуальными системами возбуждения колебаний, сигнал от которых подается в схему дифференциального типа.Увеличение чувствительности устройства достигается тем, что чувствительный элемент содержит две боковые перемычки, выполненные из материала с большим коэффициентом температурного расширения, чем центральная перемычка. При изменении температуры в такой конструкции происходит удлинение боковых перемычек (в случае увеличения температуры), которое превосходит удлинение центральной перемычки. В результате этого возникают напряжения в центральной перемычке, которые увеличивают частоту ее собственных колебаний согласно соотношению где К - коэффициент, зависящий от температурных напряжений; Е - модуль упругости материала сдвоенного камертона центральной перемычки. где Ь Т = ( - 1 о - температурный напор,равный разности начальной иизмеряемой температур;равный, разности начальной и измеряемой температур;Е+ модуль упругости материала, пластин и центральной перемычки при начальной температуре;а, е - температурный коэффициент изменения модуля упругости. Выполнение центральной и боковых перемычек в виде сдвоенного камертона обеспечивает уменьшение энергии рассеивания в местах перехода оснований камертонов в плоские прямоугольные параллельные пластины за счет близкого расположения этих мест к узлам колебаний и влечет за собой повышение добротности устройства. В связи с тем, что частота собственныхколебаний боковой перемычки изменяется 1 е 15 2 е и эе ЗЯ 4 е 43 зе также за счет изменения модуля Юнга, то разность частот между центральной и боковыми перемычками будет обусловлена главным образом температурным напряжением, возникающим как в цент,альной, так и в боковых перемычках. У4 ство для измерения температуры может содержать более двух боковых перемычек, при этом возрастает устойчивость работы датчика. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, содержащее основание в виде двух плоских прямоугольных пластин 1, расположенных параллельно одна другой, центральную перемычку 2, выполненную в виде сдвоенного камертона за одно целое с прямоугольными пластинами 1 из материала с низким коэффициентом температурного расширения, например инвара, и боковых перемычек 3, 4, выполненных в форме сдвоенного камертона из материала с большим коэффициентом температурного расширения, например никеля. Боковые перемычки 3, 4 приварены к концам прямоугольных пластин 1, симметрично относительно центральной перемычки 2. Для возбуждения автоколебаний центральной и боковых перемычек предусмотрены автоколебательные системы типа камертонного генератора, состоящие из датчиков колебаний 5, б электромагнитов 7, 8 и усилителей 9, 10. Боковые перемычки 3, 4 приварены к пластинам 1 так, чтобы плоскость, в которой происходитколебание ветвей камертонов перемычек 3, 4была перпендикулярной плоскости колебаний ветвей центральной перемычки 2. Устройство работает следующим образом: сигнал от датчика 5 колебаний центральной перемычки поступает на усилитель 9, с которого он усиленным и в противофазе подается на электромагнит 7, таким образом замыкается цепь положительной обратной связи электромеханического колебательного контура, Частота колебаний перемычки 2 зависит от температуры согласно зависимости (1). При возрастании температуры удлинение центральной перемычки 2 значительно меньше температурного расширения боковых перемычек 3, 4. При этом в перемычке 2 возникают температурные напряжения растяжения, которые приводят к увеличению частоты колебаний в цепи усилителя 9, а в перемычках 3, 4 возникают напряжения сжатия, которые приводят к снижению частоты электрических колебаний, возникающих в цепи усилителя 10. Так как добротность колебательных систем, образованных перемычками 2, 4, составляет порядка тысячи: то частота механических колебаний перемычек 2, 4 практически равна частоте электрических автоколебаний в цепи усилителя 9.(3),НИИПИ Заказ 8472/35 Тираж 713 Подписное илиад П П П с Патентэ, г. Ужгород, ул. Проектная,Что подтверждается следуюш им соотношением: гдето добротность колебательной системы;Ьр - сдвиг по фазе в цепи усилителя;1 а - резонансная частота колебаний системы;Ы - отклонение частоты автоколебанийот резонансной.Как видно из выражения (3), частота автоколебаний приближается к резонансной при увеличении добротности (,) и уменьшении сдвига по фазе Ьр. Напряжения сжатия в перемычке 4 приводит к уменьшению частоты ее колебаний, так как изменяется коэффициент К в выражении (1). Если сигналы от усилителей 9, 10 подать в схему дифференциального типа, то разностная частота, выделяемая в канале сравнения, будет линейно зависеть от измеряемой температуры.Благодаря выполнению чувствительного элемента в виде сдвоенных камертонов из материалов с различными коэффициентами температурного расширения повышается чувствительность устройства, при этом колебательная система обладает высокой доброт ностью. Устройство для измерения температуры,содержащее крепящийся к основанию термочувствнтельный элемент и систему возбуждения и съема сигнала, отличающееся тем,что, с целью повышения чувствительностиустройства, основание выполнено в видедвух прямоугольных пластин, расположенных параллельно одна другой, а чувствительный элемент состоит из центральной и боковых перемычек, выполненных каждая ввиде сдвоенного камертона, причем центральная перемычка изготовлена из одного материала и за одно целое с основанием, а боковые перемычки, изготовленные из мате 15 риала, коэффициент температурного расширения которого превышает коэффициент температурного расширения материала центральной перемычки, прикреплены к концампрямоугольных пластин и расположены впараллельных плоскостях, перпендикулярных плоскости центральной перемычки и прямоугольных пластин.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР25189178, кл. 6 О 1 К 7/00, 1965.2. Авторское свидетельство СССР346599, кл, б 01 К 5/56, 1970,3. Авторское свидетельство СССР540157, кл. б 01 К 7/32, 1973 (прототип).