Устройство для измерения температуры

(57) Использование: д ратуры. Сущность; уст ния темпе рату термочувствительный циальный усилитель 2, цепочку 3, диод 4, ком ство.5, резистор-под ник постоянного напр прямоугольных имйуль 10, переменный резис прибор 12. 1 ил,й универси ов й универсиСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР%565221) кл.601 К 7/36. 197Авторское свидетельство СМ 972261, кл, 6 01 К 7/16, 198 я)5 601 К 716 Я ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМ ля измерения темперойство для измереры содержит элемент 1, дифферендифференцирующую мутирующее устройогреватель 6, источяжения 7, генератор сов 8, резисторы 9 и тор 11 и вторичныйИзобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, предназначенным для измерения температуры.Цель изобретения - повышение быстродействия и снижение энергопотребления путем применения кратковременного подогрева ТЧЭ импульсным током до температуры испытуемого объекта.На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит ТЧЭ 1, дифференциальный усилитель 2, дифференцирующую 5 10 ВС-цепь 3, диод 4, коммутирующее устройство 5, резистор - подогреватель 6, находящийся в тепловом контакте с ТЧЭ, источник постоянного напряжения 7, генератор прямоугольных импульсов 8, резисторы 9 и 10, образующие делитель напряжения, включенный между разноименными полюсами источника 7, переменный резистор 11, последовательно соединенный с ТЧЗ 1, и вторичный прибор 12, подключенный к выходу 15 20 дифференциального усилителя 2. Причем ТЧЭ 1 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 2, к неинвертирующему входу которого подключена средняя точка делителя, образованного резисторами 9 и 10, а к выходу дифференциального усилителя 2 подключена дифференцирующая ВС-цепь 3, выход которой через диод 4 соединен с входом коммутирующего устройства 5, управляющий вход 25 30 которого соединен с генератором прямоугольных импульсов 8, а выход коммутирующего устройства 5 через резистор-подогреватель 6 соединен со При приведении ТЧЭ 1 в тепловой контакт с испытуемым объектом не показан), имеющем более. высокую температуру, происходит нагрев ТЧЭ потоком тепла от испытуемого объекта. Это приводит к уменьшению напряжения на нем, которое, обуславливает увеличение напряжения на выходе дифференциального усилителя 2. Продифференцированный ВС-цепью 3 сиг 55 средним выводом источника напряжения 7, при этом между положительным полюсом источника напряжения 7 и его средним вы водам включены переменный резистор 11 иТЧЭ 1.Устройство работает следующим образом.С помощью делителя, состоящего иэ ре зисторов 9 и 10, на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 2 установлено йапряжение, равное напряжению на ТЧЗ 1 при минимальной температуре рабочего диапазона устройства. ТЧЭ (полупроводни ковый диод) смещен в прямом направлении. нал проходит через диод 4 и коммутирующее устройство 5 в промежутки времени, когда коммутирующее устройство открыто импульсом, поступившим с генератора 8 нэ управляющий вход, и нагревает резистор- подогреватель 6, находящийся в тепловом контакте с ТЧЭ 1. Тепло, выделяющееся в резисторе-подогревателе 6 и поступающее к ТЧЭ 1, обеспечивает ускорение нагрева ТЧЭ 1. В промежутки времени, когда коммутирующееустройство 5 закрыто, ТЧЭ 1 нагревается только потоком тепла, поступающим от испытуемого объекта, В момент времени, когда температура ТЧЭ 1 в результате подогрева резистором-подогревателем 6, а также теплом, поступающим от испытуемого объекта, становится равной температуре испытуемого обьекта, на выходе дифференцирующей ВС-цепи 3 устанавливается напряжение, равное нулю, и подогрев ТЧЭ 1 резистором-подогревателем 6 прекращается. В том случае, если в результате поступления тепла от резистора- подогревателя 6 температура ТЧЭ 1 становится выше температуры испытуемого объекта, на выходе дифференцирующей ВС- цепи 3 устанавливается отрицательное напряжение, диод 4 закрывается и напряжение на входе коммутирующего устройства 5 (а соответственно, и на его выходе) становится равным нулю. Таким образом, при условии выравнивания температур ТЧЭ 1 и испытуемого объекта или при перегреве ТЧЭ 1 резистором-подогревателем 6 до более высокой температуры ток в цепи резистора-подогревателя 6 становится равным нулю, подогрев ТЧЭ 1 прекращается и дальнейшее установление теплового равновесия между ТЧЭ 1 и испытуемым объектом осуществляется только в результате теплообмена, Отсчет значения температуры производится с помощью вторичного прибора 12, отградуированного в единицах измерения температуры, после устайовления теплового равновесия между ТЧЭ 1 и испытуемым объектом и прекращения работы резистора-подогревателя т,е. после установления неизменных показаний вторичного прибора 12).На фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы изменения температуры ТЧЭ 1 Щ, напряжения на выходе дифференциального усилителя 2 (Овых.), напряжения на выходе генератора прямоугольных импульсов 8 (0) и падения напряжения на резисторе-подогревателе 6 (Он), иллюстрирующие работу предлагаемого устройства,Кривая 1 на фиг.2 показывает изменение температуры ТЧЗ со временем при приведении его в тепловой контакт с,испытуемым объектом, имеющим более высокую температуру, при отключенном рези-, сторе-подогревателе. В этом случае нагрев ТЧЭ происходит за счет передачи тепла от испытуемого объекта к ТЧЭ, Кривые 2 и 3 на фиг,2 показывают изменение температуры 5 ТЧЭ в том случае, когда осуществляется дополнительный подогрев ТЧЭ с помощью резистора-подогревателя. В случае кривой 2 подогрев ТЧЭ резистором-подогревателем прекратился при достижении теплового 10 равновесия между ТЧЭ и испытуемым объектом, т.е. при установлении на выходе дифференциальногого усилителя на и ряжения, близкого к нулю. Кривая 3 показывает изме нение температуры ТЧЭ при работе резистора-подогревателя в форсированном режиме (при увеличенном токе подогрева) и для случая, когда в результате подогрева произошел перегрев ТЧЗ выше температу ры испытуемого объекта, после чего установление теплового равновесия между ними происходит в процессе охлаждения ТЧЭ за счет теплообмена с испытуемым объектом (и в соответствующих условиях с ок ружа ющей средой).Приведенная на фиг,3 временная диаграмма выходного напряжения дифференциального усилителя (Оных) показывает ход кривой 2, представленной на фиг.2, в более 30 крупном масштабе в промежутке времени 2 - 3 с. К этому же интервалу времени относятся и диаграммы выходного напряжения генератора прямоугольных импульсов (0) и напряжения на резисторе-подогревателе 35 0). В промежутки времени, когда на выходе генератора прямоугольных импульсов имеется напряжение выходной сигнал дифференцирующей ЯС-цепи проходит через коммутирующее устройство и происходит 40 нагрев резистора-подогревателя и находящегося в тепловом контакте с ним ТЧЗ импульсом тока, в результате чего скорость изменения температуры (и напряжения на выходе дифференциального усилителя) уве личивается. В интервалы времени, когда напряжение на выходе генератора прямоугольных импульсов равно нулю, напряжение на выходе коммутирующего устройства равно нулю независимо от 50 напряжения на его входе, ток через резистор-подогреватель не протекает и увеличение температуры ТЧЭ происходит только за счет передачи тепла от испытуемого объекта. Поэтому нагрев ТЧЭ в этой фазе работы 55 устройства протекает с меньшей скоростью.Сравнение зависимости 1 с зависимостями 2 и 3 показывает, что импульсный нагрев ТЧЗ резистором-подогревателем в соответствии с описанным принципом работы предлагаемого устройства приводит к существенному уменьшению промежутка времени, необходимого для установления теплового равновесия между ТЧЭ и испытуемым обьектом (т.е. к снижению тепловой инерционности устройства).Таким образом, при использовании предлагаемого устройства подогрев ТЧЭ с помощью резистора-подогревателя осуществляется импульсным током кратковременно, только в течение промежутка времени, когда протекает установление теплового равновесия между ТЧЭ и испытуемым обьектом, В дальнейшем поддержание теплового равновесия между ТЧЗ и испытуемым обьектом осуществляется в результате теплообмена между ними, а ток через резистор- подогреватель равен нулю. Это позволяет уменьшить затраты энергии, расходуемой на подогрев ТЧЗ, а также снизить тепловую инерционность устройства, т.е. уменьшить время, необходимое для выравнивания температуры ТЧЭ и испытуемого объекта, а следовательно, и время установления показаний вторичного прибора,Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее источник постоянного напряжения с включенным параллельно его полюсам резистивным делителем напряжения, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и вторичный прибор, резистор-подогреватель, соединен-. ный первым выводом с общей шиной устройства, последовательно соединенные резистор, подключенный первым выводом к положительному полюсу источника постоянного напряжения, и термочувствительный элемент, подключенный вторым выводом к общей шине устройства и находящийся в тепловом контакте с резисгором подогревателем, о т л и ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения энергопотребления, в него введены последовательно соединенные дифференцирующая ЯС-цепочка, подключенная входом к выходу дифференциального усилителя, диод и коммутатор, соединенный выходом с вторым выводом резистора-подогревателя, а также генератор прямоугольных импульсов, подключенный выходом к второму входу коммутатора, при этом средний вывод резистивного делителя и второй вывод резистора подкл ючен ы соответственно к неинвертирующему и инвертируюцему входам дифференциального усилителя, а резистор выполнен переменным.4 2 дактор А. Купряков ко Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,Заказ 1466 ВНИИПИ Госуд Составител ехред М.М Тираж венного комите 113035, Москва. Ярыч нтал Корректор Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС35, Раушская наб 4/5