Способ определения температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОДИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК б 114001 К 7/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ из- веГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ(71) Институт электродинамики АНУССР и Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение м.б. использованодля повышения точности и эксплуатационных качеств полупроводниковыхрезистивных термометров. Цель изобретения - повышение точности опредепения температуры в условиях длительной эксплуатации. Через полуЯО 1364911 А 1 проводниковый терморезистор (ПТР)пропускают ток, который производитего нагрев. Температуру дополнительного нагрева контролируют сравнениемполученного сопротивления с первоначальным сопротивлением. Измеряютток нагрева, соответствуюр 1 ий сопротивлению ПТР, и определяют рассеиваемую на нем электрическую мощность.Определяют температуру нагрева изуравнения теплового баланса подогретого ПТР. Постепенно увеличиваюттемпературу нагрева ступенчатымименениями тока нагрева. Процесс уличения тока нагрева прекращают,если уменьшение сопротивления ПТР становится меньше 0,5-1)7 по сравнениюс предыдущим состоянием. По результатам измерения трех значений сопротивлений ПТР и по току нагрева вычисляется с помощью ЭВМ температураконтролируемой среды. 1 ил,Изобретение относится к технике измерения температуры различных сред с помощью полупроводниковых термо - резисторов и может быть использовано для повышения точности и эксплуатационных качеств полупроводниковых резистивных термометров,Цель изобретения - повышение точности определения температуры полу О проводниковыми терморезисторами в условиях длительной эксплуатации без дополнительных промежуточных калиброЗВ/1) где А - коэффициент, имеющий размерность сопротивления;В - коэфФициент, имеющий размерность температуры и определяющий чувствительность ПТР,Сопротивление Н, ПТР 2 преобразуется преобразователем 4 в напряжение, которое мультиплексором 6 подается на вход АЦП 7. Цифровой код, соответствующий сопротивлению терморезистора Р, при контролируемой температуре б, поступает в микро-ЭВМ 9, где запоминается. Пропускают через ПТР ток, который нагревает рабочее тело ПТР. В результате дополнительного нагрева ПТР его сопротивление уменьшается в соответствии с его температурной характеристикой. Температуру дополнительного нагрева повьппают увеличением тока до значения, при котором первоначальное сопротивление ПТР В, уменьшается на вок.На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующегопредложенный способ,Устройство содержит управляемыйисточник 1 тока, к которому подключены последовательно соединенные полупроводниковый терморезистор (ПТР)2 и низкоомный калиброванный резистор 3 с сопротивлением В , преобразователь 4 сопротивления в напряжение и преобразователь 5 тока в напряжение, мультиплексор 6, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 7,цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)8, микро-ЗВМ 9 с цифровым индикатором 1 О. ЗОСпособ осуществляется следующимобразом.ПТР 2 помещают в контролируемуюсреду с температурой В и измеряютего сопротивлениеЬН,=Ле5-07 Сопротивление дополнительнонагретого ПТР(2)где ьд, - температура дополнительного нагрева.Температуру дополнительного нагрева лВ, контролируют сравнением полученного сопротивления Нс первоначальным сопротивлением В, из условия:Оф 05 " В Бтс 0,1 В , (3)Измеряют ток нагрева 1 соответствующий сопротивлению ПТР Б , и определяют рассеиваемую на нем электрическую мощностьР, =1,В (4)Ток подогрева 1 протекающий через низкоомный калиброванный резистор 3, преобразуется преобразователем 5 в напряжение, которое через мультиплексор б поступает в АЦП 7, где кодируется и после этого запоминается в микро-ЭВМ 9. Определяют температуру дополнительного нагрева из уравнения теплового баланса подогретого ПТР(5)где Я - поверхность охлаждения ПТР;С - коэффициент рассеяния, учитывающий все виды распространения тепла от рабочего те-.ла ПТР (конвекция, теплопроводность и тепловое излучение).Нагрев терморезистора осуществляется по командам с микро-ЭВМ 9. На выходе ЦАП 8 вырабатывается ступенчатое управляющее напряжение, которое изменяет ток нагрева терморезистора источником 1.Для электрической развязки изме,рительного тока преобразователя 4, протекающего через ПТР 2, с током нагрева от источника 1 последний делают переменным с синусоидальной или прямоугольной формой кривой, Программой микро-ЭВМ предусмотрено сравнение каждого нового значения сопротивления ПТР с предыдущим и определение относительного приращения на каждую ступень нагрева. Количестпературы,Достижение слабой зависимости сопротивления ПТР от приращения тока нагрева означает выход на пологий участок температурной характеристики ПТР (6+ьд Ь), где экспоненциальный член уравнения (1) имеет следующий вид: 30(+ д 0 ) В этом режиме сопротивление ПТРприближается к своему минимальномузначению 40(7) которое измеряют с допустимой погрешностью,При этом мощность, рассеиваемаяна ПТР с учетом максимальной измеряемой температуры, не должна превышать предельно допустимого значениядля используемого типа терморезистора.По результатам измерения трехзначений сопротивления терморезистоРд Б Б , Би току нагрева вычисляется с помощью микропроцессора ЭВМтемпература контролируемой среды 6,которая индицируется в цифовой форме на индикаторе 10,1 пБ - 1 пБ, 1,Бт (8)1 пБ,-1 пБ С 8 45 50 55 во ступеней в нагревающем токе определяется достижением условия (3),Постепенно увеличивают температуру нагрева ПТР ступенчатыми изменениями тока нагрева1, фиксируя прикаждом увеличении тока уменьшениесопротивления ПТР. При этом приращение тока л 1 выбирают равными первоначальному значению тока подогрева 104 1=1 . В результате нагрева ПТР происходит уменьшение его сопротивления, причем с каждым приращением тока Л 1 уменьшается приращение сопротивления лБ из-за падающего характера температурной зависимости сопротивления ПТР,Процесс увеличения тока нагревапрекращают, если уменьшение сопротивления ПТР становится меньше 0,5-17.по сравнению с предыдущим состоянием. Установившийся ток нагрева 1==1, +пй 1, где п - число приращенийтока, обуславливает более высокуютемпературу нагрева ПТР ЛО ) ЛО, 25соответствующую области низкой чувствительности ПТР к изменениям темЗначения величин 8 и С хранятся в памяти микро-ЭВМ в качестве констант.При этом возможен учет зависимости коэффициента рассеяния от тепло- Физических свойств контролируемой среды и ее температуры заданием коэфФициента рассеяния массивом экспериментальных данных, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве ЭВМ.Иэ (8) следует, что результат вычисления температуры не зависит от коэффициентов терморезистора А и В, а определяется только измеряемыми сопротивлениями ББ и Б , током нагрева 1 поверхностью охлаждения Б и коэффициентом рассеяния С ПТР.Выбор первоначального нагрева ПТР иэ условия (3) и прекращение дальнейшего его нагрева исходя из достижения монотонного уменьшения сопротивления ПТР в пределах, меньших 0,5- 1 Е, сделан из следующих соображений. Для малоинерционных бусинковых ПТР, например типа СТ 1-18, СТ 1-19, СТЗи т.п., температурный коэффициент сопротивления, характеризующий чувствительность ПТР, изменяется от 3-8 Ж/К при д =20 С до 0,6-0,9 Х/К при 6=500-600 С, т,е. снижается примерно в 1 О раз.Первоначальный нагрев иэ условия(3) обеспечивает корректность применения формулы (5), которая справедлива для малых перепадов между нагретым телом и окружающей средой, В тоже время такой перегрев значительнопревьппает уровень тепловых флуктуацийПТР и контролируемой среды. Поэтомудесятикратное уменьшение чувствительности ПТР в процессе постепенногонагрева ПТР свидетельствует о достижении пологого участка его температурной характеристики,Таким образом, повьппение точности определения температуры терморезистивным термометром достигнуто эасчет исключения влияния нестабильности коэффициентов терморезисторов;определяющих его температурную характеристику и чувствительность, атакже непостоянстВа напряжения питания и чувствительности преобразователя сопротивления терморезисторав электрическое напряжение, измеряемое выходным прибором термореэистивного термометра,цесс увеличения тока нагрева приуменьшении сопротивления терморезистора относительно предшествующегозначения менее 0,5-17, измеряют минимальное сопротивление нагретоготерморезистора, а температуру О контролируемой среды определяют по формуле где Б1 Корректор В.Бутяга Заказ 6586/34 Тираж 607 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 13649ф о р м у л а изобретения Способ определения температуры, заключающийся в пропускании тока че 5 рез размещенный в контролируемой среде полупроводниковый терморезистор и измерении его сопротивления, дополнительном нагреве терморезистора относительно контролируемой среды то" 10 ком и измерении сопротивления дополнительно нагретого терморезистора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, температуру дополнительного нагрева терморезистора повышают до значения, при котором первоначальное сопротивление терморезистора уменьшается на 5-107., измеряют ток, создающий указанный нагрев терморезистора, постепенно увеличивают температуру нагрева терморезистора ступенчатйми изменениями тока нагрева, фиксируя при каждом увеличении тока величину уменьшения сопротивления терморезистора, при 2 этом приращения тока выбирают равны-, ми первоначальному значению тока нагрева терморезистора, прекращают проСоставитель В.ГолубевРедактор В.Данко Техред 11.Ходанич сопротивление терморезистора при температуре контролируемой среды;сонротивление терморезистора, дополнительно нагретоготоком;минимальное сопротивлениенагретого током терморезистора;ток дополнительного нагреватерморезистора;коэффициент рассеяния тепла нагретым терморезистором;поверхность охлаждения терморезистора.