Устройство для измерения разности температур

)5 ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ С ЗОБР Т И ТЕЛЬСТВУ л. %28 политехни комсомола ,А,Смердов Н,Г, Технол ы, М.: Высш кий институт и Ю.А.Скрипник огические измеая школа, 1989 Совер- мпераА.А., Твердый Е.Я. етодов измерения т нка", 1983. с.27 - 3 Я. Автоматическое температур. М.: Э мерергия,яется повыпутем авторешности от вских преобелью изобретения яве точности измерениеской коррекции понтичности термоэлектриателей,а чертеже представленустройства.тройство содержит тереобразователи(ТЭП) 1оими рабочими спаям шени неиде разов На структурная хе моэлектрич и 2,соединеи с рабочим ские иГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) 1, фарэанерения и приборс.162,2. Саченкошенствованиемтуры. Киев,иТех3. Кожух В,ние разности1969. с.21. Изобретение относится к области измерения температур и может быть использовано для повышения точности термоэлектрических дифференциальных измерителей разности температур с вмонтированными в контролируемый обьект первичными измерительными преобразователями, демонтаж которых с целью периодической их поверки с требуемой частотой невозможен из-за трудного доступа к ним и агрессивности окружающей среды. 1830465 А 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР(57) Использование: термометрия, термоэлектрические дифференциальные измерители разности температур, вмонтированные в контролируемый объект, Сущность изобретения: устройство содержит четыре термоэлектрическихпреобразователя, два резистора, дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот, цифровой милли- вольтметр, фильтр верхних частот, усили. тель нижней частоты, фазочувствительный выпрямитель, микродвигатель, редуктор, реохоод, потенциометр, генератор низких частот, 1 ил. спаями дополнительных однотипных термоэлектрических преобразователей 3 и 4, резисторы 5 и 6, через которые свободные выводы ТЭП 1 и 2, включенных встречно,соединены с входами дифференциального усилителя 7, к выходу которого через фильтрд 8 нижних частот подключен цифровой мил- )лФ ливольтметр 9, а также последовательно со- (Д единенные фильтр 10 верхних чаСТОТ, усилитель 11 низкой частоты. фазочуестви-ф тельный выпрямитель 12 и микродвигатель 13 с редуктором 14, который механически соединен с подвижным контактом реохорда 15, включенного между входами дифференциального усилителя 7. Подвижный контакт реохорда электрически соединен с по- а движным контактом потенциометра 16, который включен между одноименными электродами термоэлектрических преобразователей 1 и 2, генератор 17 низких частот, симметричные выходы которого соединены с управляющими входами фазочувствитель(10) ВпК 2В 1+Вй+В н;но выпрямителя 12 и свободными выводами ТЗП 3 и 4, включенных согласно.Устройство работает следующим образом.Рабочие спаи ТЭП 1, 2, 3 и 4 соединены механически, например сваркой, и помещены в тепловое поле с температурами Т 1 и Т 2, разность которых подлежит измерению. При встречном включении ТЭП 1 и ТЗП 2 раэностная термоЭДС ЬО будет равна: ЬО = 51(1+ У 1)Т 1 - 32(1+ Т 2, (1) где Я - 32 = 5 - нормированная чувствительность ТЭП 1 и 2;М 1 М 2 о71 = и) = - относительные5 3погрешности ТЭП 1 и 2, обусловленные технологическим разбросом параметров ТЭП. а также процессами износа и старения, особенно при эксплуатации их в агрессивной среде.В случае непосредственного измерения разностной термоЭДС и неравенстве погрешностей (у 1 -у 2) имеем;ЬО 1 АЛЬТ+ 5(У 1 т 1 - У 2 Т 2), Р) При равенстве абсолютных значений температур Т 1 и Т 2 (Т 1 = Т 2 = Т) возникает погрешность нуля ЛО 2; которая не позволяет достоверно измерять малые разности температур,Погрешность нуля (3) трудно учесть или скомпенсировать, так как она зависит от абсолютного уровня сравниваемых температур и степени идентичности ТЗП 1 и ТЭП 2,В настоящем устройстве термоЭДС ТЗП 1 и ТЭП 2 масштабируются делителями напряжения. образованными резисторами 5, б, реохордом 15 и потенциометром 16, Если сопротивления резисторов 5 и б обозначить соответственно В 1 и В 2, то коэффициенты передач К 1 и К 2 этих делителей напряжения. будут определяться сопротивлениями плеч реохорда в зависимости от положения подвижных контактов реохорда 15 и потенциометра 16:ВК Р (4)В 1 + Вп + Вр где Вр, Вр, Вп. Вп - сопротивления плеч1 лиреохорда 15 и потенциометра 16 соответственно,. Тогда на один вход дифференциального 5 усилителя 7 поступает напряжение О 1: 1.0 а на второй вход - напряжение О 2: На выходе дифференциального усилителя 7 формируется разностное напряжение ЛОз; ЛОз = Я(1 + у 1)К 1 Т 1 - (1+ )фг)К 2 ТЯ (8) Если Т 1.= Т 2 = Т, то погрешность нуляЛО 1 принимает вид: ЛО 4 = Я(1+У 1)К 1 - (1 + К 2)Т . Для автоматической коррекции погрешности измерения от неидентичности ТЭП 1 и ТЭП 2 через ТЗП 3 и ТЭП 4, включенные согласно, пропускают переменный ток от генератора 17 низкой частоты. Значение ча стоты в переменного тока выбирают в диапазоне 0,1- 10 Гц в зависимости от тепловой инерционности используемых ТЭП.Если тепловую постоянную времениТЭП 1,3 и ТЭП 2,4 обозначить через г. то необходимо при выборе частоты о) соблюдать условие: При выполнении условия (10) за счет эффекта Пельтье в рабочих спаях ТЭП 3 и 4 будет выделяться или поглощаться тепло в зависимости от полярности протекающего тока. Так, в. случае протекания через спай полуволны переменного тока в нем выделяется (поглощается) теплота Пельтье С 1 п д Л/Ю50 Оп=. + Т 3 созилбт,о где 1 - амплитуда переменного тока.В результате этого температура рабо чих спаевТЭП 1 и ТЗП 2 будет периодическис частотсй переменного тока колебаться относительно температур спаев Т 1 и Т 2.Максимальная температура перегрева(охлаждения) спаев определяется количеством теплоты Пельтье Оп, коэффициеном теплоотдачи спая ци поверхности спаяГ, При условии, что 2 л/в г, имеем; л/а7 Р л+ ЛТ = 4- -- / 1 сов пай =- (12)П10 где р - среднее значение переменного тока,При периодическом изменении полярности протекающего тока амплитуда переменной составляющей температуры, с у,етом данного соотношения тепловой инерционности спад и фазы переменного тока, будет иметь вид: где у- фазовый сдвиг периодических изменений температуры относительно фазы переменного тока, вызванный тепловой инерционностью ТЗП,Из-за встречного включения ТЭП 1 и ТЭП 2 на входы дифференциального усилителя 7 будет воздействовать переменная составляющая термоЭДС, обусловленная только неравенством чувствительностей этих ТЗП. В соответствии с выражениями(8) и (13) имеем: Л.4 = Я(1 + у)К 1 Т - (1 + К)К 2 Т 2)+ ЯИ 1 +(14) 40Переменная составляющая термоЭДС ЛИь, усиленная дифференциальным усилителем 7, выделяется фильтром 10 верхних частот: 45ЛОб = Ку Кф ЯИ 1 + у)К 1 - (1 + Кг х х ЛТпехр(-2 л/в т)сов(йМ - у+1 Рф), (15) где Ку и Кф - коэффициент усиления диф ференциального усилителя 7 и коэффициент передачи фильтра 10 верхних частот соответственно;рф - фазовый сдвиг, вносимый фильтром верхних частот, 55 Переменная составляющая термоЭДС ЛОб дополнительно усиливается усилителем 11 низкой частоты и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 12,20ЛТ (а)= ЛТпехр(-2 л/в т)сов(о - р), (13)который управляется непосредственно пе ременным напряжением генера 1 ора 17 Выпрямленное напряжение управляет работой микродвигателя 13, который ерез редуктор 14 изменяет положение подвижного контакта реохорда 15.Вращение двигателя продолкается до тех пор, пока не выполнится условие:(16) При достижении равенства (16) исчезает переменная составляющая напряжения на выходе дифференциального усилителя 7, и двигатель 13 затормаживается, при этом милливольтметр 9 измеряет:, оянную составляющую напряжения ЛОт: ЛЖ = 5 И 1 + у 1) КТ - (1 + у) КгТ 2=(1 +1 ) К 1(Т - Т 2),(17) ЛО 7 = Я(1+ у)КЯТ 1 - Т) . (18) Из сравнения вьгражений (18) и (8) можно сделать вывод, что погрешность нуля (9) автоматически скорректирована, Действительно, при Т 1 = Т 2.= Т выракения (17) и (18) обращаются в нуль при любых значениях погрешностей у и) ТЭП 1 и ТЭП 2.При изменении знака разности в равенстве (16) из-за случайного характера процессов износа и старения термоэлектрических преобразователей (уу 2) изменяется фаза переменной составляющей напряжения (15) на 180 О. При этом изменяется полярность выпрямленного напрякения на выходе фазочувствительного выпрямителя 12, и микродвигатель 13 изменяет направление вращения, Последнее приводит к перемещению контакта реохорда 15 в новое положение, при котором восстанавливается равенство (16),Первоначальная установка нуля при Т=2 (Т Э П 1 и ТЭП 2 перемещаются е одну точку теплового поля) осуществляется перемещением подвижного контакта потенциометра 16.По сравнению с прототипом погрешность нуля автоматически корректируется при изменениях как чувствительности ТЭП 1 и ТЭП 2, так и изменениях абсолютных уровней сравниваемых температур, Последнее обусловлено реальной нелинейностью ТЗП, приводящей к зависимости у и ) от абсолютного уровня температурТ 1 И Т 2.1830465 Формула изобретения Составитель С. Ильчукнецова Техред М.Моргентал Корректор П. Гереаи Редактор Заказ 2519 ВНИИПТираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина; 0 Устройство для измерения разности температур, содержащее соединенные встречно первый и второй термоэлектрические преобразователи с рабочими спаями, резистор и милливольтметр, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем автоматической коррекции погрешности от неидентичности термоэлектрических преобразователей, в него введены дополнительный резистор, потенциометр и реохорд с подвижным контактом, генератор низких частот, третий и четвертый термоэлектрические преобразователи, соединенные согласно, пЧследовательно подключенные дифференциальный усилитель и фильтр нижних частот, а также последовательно связанные фильтр верхних частот, усилитель низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель и микродвигатель с редуктором, выход которого механически связан с подвижным контактом реохорда, первый и второй термоэлектрические преобразователи соединены между собой через потенциометр, электрически под соединенный подвижным контактом кподвижному контакту реохорда, выходы генератора низкой частоты подключены к управляющим входам фаэочувствительного выпрямителя и к свободным выводам треть его и четвертого термоэлектрических преобразователей, соединенных рабочими спаями с рабочими спаями соответственно первого и второго термоэлектрических преобразователей, свободные выводы которых 15 соответственно через резистор и дополнительный резистор связаны с входами дифференциального усилителя, между которыми включен реохорд, при этом выход фильтра нижних частот подключен к входу 20 цифрового милливольтметра, а вход фильтра верхних частот - к выходу дифференциального усилителя,