Устройство для измерения температуры

(19) (11),а 1С О 1 К 7/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт технической тепло 4 изики АН УССР.и Львовский. ордена Ле"нина политехнический институтим. Ленинского комсомола(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее датчик теп"лового потока с нагревателем, контактирующим через теплопроводнуюпластину с чувствительным элементомдатчика теплового потока, соединенным с входом усилителя, усилительмощности, выход которого подключенк нагревателю, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышенияточности измерения, в него введеныблок извлечения квадратного корня,источник опорного напряжения и блоксравнения, входы которого соответственно соединены с выходами усили"теля и источника опорного напряже"ния, а выход через блок извлеченияквадратного корня - с входом усилителя мощностиИзобретение относится к областиизмерения температуры и может бытьиспользовано при построении высокоточных быстродействующих средствизмерения температуры поверхностейтруднодоступных объектов,Цель изобретения - повышение точности измерения при повышенном быстродействии.На фиг. 1 представлен датчглк теплового потока устройства, на фиг.2структурная схема устройства, нафиг. 3 - схема блока извлеченияквадратного корня,Устройство содержит датчик теплового потока, который состоит иэчувствительного элемента 1, в качестве которого, например, используются термоэлектрические преобразователи, контактирующего через образцовую теплопроводную пластину 2 снагревателем 3, которые размещеныв теплоизоляционном корпусе 4.Чувствительный элемент датчикаподключен к входу усилителя 5 постоянного тока, выход которого подключен к одному входу блока сравнения б, второй вход которого соединенс выходом источника опорного напряжения 7, который совместно с блоком сравнения служит для заданиянижнего предела измерения температуры. В частном случае в качествеопорного напряжения, подаваемого навторой вход блока сравнения б, может использоваться нулевой уровень,Выход блока сравнения связан свыходом устройства, а также черезблок извлечения квадратного корня8 и усилитель мощности 9 подключеик нагревателю 3 датчика.Устройство работает следующимобразом.После осуществления контактаисследуемого объекта и датчика теп"лового потока устройства на вьасодепоследнего появляется ЭДС, обуслов"ленная разностью температур обьектаи теплопроводной пластины 2, ЭтаЭДС усиливается усилителем постоянного тока 5, выходное напряжениекоторого сравнивается с опорным отисточника 7 опорного напряжения посредством блока сравнения б, выход"ной сигнал которого поступает черезблок 8 и усилитель мощности 9 к нагревателю 3. Выделяющееся при этомтепло обуславливает выравнивание температуры объекта и теплопроводнойпластины 2, Это приводит к уменьшению выходной ЭДС да.тчика тепловогопотока. При достижении равенства 5 преобразуемой температуры и температуры теплопроводной пластины 2,что обеспечивается большим значением коэффициента усиления усилителя 5, эта ЭДС стремится к нулю, а 1 О следовательно, стремится к,нулю ипогрешность статиэма устройства.Использование блока .извлеченияквадратного корня 8 в цепи отрицательной обратной связи обусловлено 15 необходимостью получения линейнойзависимости выходного напряженияот измеряемой температуры Т, При равенстве температуры объекта Т температуре, создаваемой на.гревателем 2 О Т она пропорциональна мощности,выделяемой нагревателем, т.е.ПгТ, = Т)( йН25 гдекоэффициент пропорциональности;Би К - соответственно напряжение на нагревателе иего сопротивление.ЗОДля получения линейной зависимости между вьгкодным напряжением устройства Б формируемым на выходе блока сравнения (входе блока извлечения квадратного кадрия), и темЗ 5 1 пературой Т необходимо, чтобы Пщ,в Б были связаны зависимостью(2)4 ОУсилитель мощности, 9 необходимдля усиления сигнала с выхода блока7 до уровня, достаточного для работы нагревателя, и может быть выполнен в виде повторителя напряжения 45с усилением по току (т,е, в общемс:лучае по мощности), Поскольку сопротивление нагревателя должнобыть неизменным во времени и независимым от температуры, то блоки 8и 9 могут быть объединены и тогдас:хема цепи отрицательной обратнойсвязи может быть выполнена в видеблока извлечения квадратного корняс усилителем мощности на, выходе,охваченных местной отрицательной обратной связью, один иэ вариантовреализации которого представлен нафиг, 3.. Блок извлечения квадратного корня (фиг. 3) содержит резисторы 10 и 11, соотношение которых задает значение коэффициента 1, операционный усилитель 12, коэффициент усиления которого при. разомкнутой обратной связи стремится к бесконечности; усилитель мощности 13 и квадратор 14. Усилитель мощности может .быть реализован на транзисторах по схеме двухтактного усилителя мощности, работающего в режиме эмиттерного повторителя.Поскольку датчик теплового потока выполняет роль нуль-индикатора теплового потока (равенство. нулю градиента температур по обе стороны чувствительного элемента датчика теплового потока), то нестабильность его параметров не влияет на погрешность измерения. Чувствительность датчика теплового потока к градиентной разности температур может достигать сотых долей градуса, дрейф эквивалентного напряжения смещения современных усилителей постоянного тока - десятые доли микровольта, что даже при выходных ЭДС чувствительного элемента датчика, рав" ных нескольким милливольтгм, составляет доли процента, а нестабиль 04967 4ность сопротивления нагревателейпри использовании для их созданияманганина или константана достигаетсотых долей процента при изменении 5 температуры нагревателя на сто градусов, т.е, результирующая погрешность устройства может быть менее0,12 при широком диапазоне измерений положительных температур. Погрешностью от рассеивания тепла вокружающее датчик пространствоможно пренебречь, так как при такойконструкции датчика теплового потока краевые эффекты незначительны.1 З Также пренебрежимо мала погрешностьот изменения коэффициента усиленияусилителя 5, поскольку он охваченглубокой отрицательной обратнойсвязью через элементы 6, 8 и 9,Погрешность блока извлеченияквадратного корня 8 может бытьнезначительной при достаточно высо-,ких уровнях выходного сигнала уси"лителя 5 и при реализации этогоустройства по схеме, изображеннойна фиг, 3, определяется погрешностью отношения резисторов 11 и 10,которая может быть ничтожно малой(сотые доли процента) и погрев ностью квадратора, которая можетбыть меньше 0,1 Е.1204967 Составитель Б, КуликовРедактор О. Колесникова Техред И,Асталош Корректор В, Синицка Подписно екав Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 8517/42 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москв