Устройство для измерения температуры

,гт.дч,; г .д,1 с Свез Советсвиа Сециалистичесииа Респубпии(22) Заявлено 11057 б(2 Ц 235970 Юв с присоединением заявки И а 01 к 702 Государственный комитет ссср по делам изооретеннй и открытий(088. 8) Опубликовано 150479. Бюллетень14 Дата опубликования описания 1504.79.(7 Ц ЗаяантЕЛЬ Черновицкий ордена Трудового Красного Знамени государственный университет(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЭИЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к области термометрии.Известны различные устройства для измерения температуры, содержащие термоэлектрический датчик температуры, подключенный к усилителю переменного тока через вибропреобразователь (1),Однако известные устройства обладают недостатком, заключающимся в том, 0 что введение вибропреобразователя, содержащего разъемные электрические контакты, снижает надежность, устройства, кроме того, их применение затрудняет получение выходного сигнала синусоидальной Формы, что снижает точность ф измерения.Известно устройство, в котором термоэлектрический преобразователь температуры выполнен в виде первичной обмотки трансформатора (2);Однако известное устройство нашло применение в качестве источника питания, так как обладает значительной тепловой инерционностью и недостаточной точностью измерения.Известно также устройство, содержащее термоэлемент, трансформатор с магнитопроводом и двумя обмотками, первичная обмотка которого соединена с термозлементом последовательно 3),Однако известное устройствб содержит электромеханический вибропреобразователь, что снижает надежность устройства, а также точность измерения из-за отклонения Формы сигнала от синусоидальной.Для повьвгения надежности и точности измерения в предлагаемое устройство дополнительно введены сопротивления и конденсатор, который подключен параллельно первичной обмотке трансформатора, а сопротивление включено последовательно в электрическую цепь, состоящую из термоэлемента и первичной обмотки трансформатора, причем термоэлемент закреплен на магнитопроводе трансформатора; величина дифференциального отрицательного сопротивления термоэлемента выбрана больше величины сопротивления смещения.На Фиг,1 показаны графики, поясняющие работу устройства; на фиг.г принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на Фиг,З конструкция устройства.На фнг.1 показана нагрузочная кривая 1 для термозлемента, выполненного из монокрнсталлической пластины замкнуого на изменя:ощееся активное сопротиэ;ение при постоянном теплореннего сопротивления монокристаллической пластины в зависимости от тока.На кривой 2 показан участок отрицательного сопротивления 1-2. На фиг.2 приняты обозначения: ТЭЭЛ - термоэлемент, Й - суммарный тепловой поток, попадающий на термоэлемент, Т 1 и Т 2 - температуры соответственно на горячей и холодной сторонах термоэлемента сопротивления, Я - сопротивле ние, С - конденсатор, .Тр - трансформатор, О выходное переменное напряжение.На фиг.3 обозначено 1 - термоэлемент, 2 - бериллиевая подложка термо элементЬ, 3 .- магнитопровод (сердечник) трансформатора, 4 - электрические выводы термоэлемента, 5 - выводы первичной обмотки трансформатора, б трансформатор, 7 - конденсатор, 8 сопротивление смещения, 9 - монтажная плата, 10 - защитный металлический экран, 11 - электрическая изоляция.Устройство работает следующим образом,Термозлемент 1 выполнен из моно- кристаллической пластины, изготовлен 30 35 выводы 4 термоэлемента и выводы 5 первичной обмотки трансформатора, Метал вом потоке, и кривая 2 изменения внутой,из анизотропного материала, например сурьмянистого кадмия. Ориентация монокристаллической пластины выбрана с учетом получения максимальной термо-ЭДС, Термоэлемент 1 закреплен на магнитопроводе 3 трансформатора б через электрическую изоляцию 11 и бериллиевую подложку 2, что позволяет использовать магнитопровод 3 в качестветеплопровода, Конденсатор 7 и сопротивление смещения 8 расположены намонтажной плате 9, к которой подходят лический экран 10, снабженный входным окном, обеспечивает защиту термоэлемента 1 от конвентивных тепловых потоков и внешних магнитных полей, Конденсатор 7 и первичная обмотка трансформатора б образуют колебательный контур, подключенный через сопротивление смещения 8 к термоэлементу 1,При прохождении потока тепла через термоэлемент 1, выполненный в виде пластины, между ее рабочими гранями расположенными перпендикулярно тепловому потоку, возникает разность температуры дТ , а на двух других гранях, перпендикулярных к рабочим, воз,никает термо - ЭДС, знак которой зависит от взаимной ориентации градиента температуры и кристаллической ориентации осей пластины, При возникновении термо - ЭДС через сопротивление смещения 8 и колебательный контур пойдет электрический ток 3, величина которого определяется следующим соот- но шением,гдеьсг.б,Ж - коэФФициенты попереч 45 50 55 60 ной термо - ЭДС, электропроводности, теплопроводности материала монокристаллической пластины соответственно;а и в - длина и высота пластины соответственно.пт - коэффициент пропорциональности, определяемый из оотношеният7 Пт сгде Р - внутреннее сопротивлениеттермоэлемента, И - величина сопротивления смещения.При некотором значении тока, зависящем от величины сопротивления Ди количества тепла Ц происходит перераспределение носителей тока в материале пластины, определяемое зоннойструктурой материала пластины (в нашем случае сурьмянистый кадмий), Перераспределениа носителей тока вызывает появление участка отрицательного сопротивления, показанного на фиг,1, которое используется для созданиятермодатчика переменного тока,Выбором сопротивления смещения поместим рабочую точку в положение 1кривой П, рис.1, Конденсатор С приэтом будет заряжен до значенияЬо1 12 МС фгде кп, - коэффициент пропорциональности для точки 1 на кривой П. Увеличение электрического тока вызываетсмещение рабочей точки на участок отрицательного сопротивления, при этом .она попадает в положение 2. Напряжение на выходе монокристаллическойпластины падает до значенияЬс.1 2 ЬЖ 1где м - коэффициент пропорциональгности для точки 2 на кривой П. Конденсатор С начинает разряжаться на первичную обмотку трансформатора до значения Б 2 . Возникающий при этом токсамоиндукции направлен против токамонокристаллической пластины и уменьшает его значение, что приводит к смещению рабочей точки из положения 2в положение 1, где разрядившийся ранее конденсатор снова заряжается донапряжения Б , Таким образом, процессповторяется сначала, то есть устанавливается периодический процесс.На вторичной обмотке трансформатора возникает напряжение657272 Формула изобретения ка Цательное сопротивление монокристаллической пластины и сопротивление смещения связаны следующим соотношением ц естУвеличение сопротивления смещениявызывает срыв генерации, при этомзначение сопротивления Р, при котором наступает срыв, однозначно определяется тепловым потоком Ц .Например, при геометрических размерах пластинки а =10 мм, в1 мм,с 0,01 мм, изготовленной из сурьмянистого кадмия С ьа. в200 мкВ/град,1Ж = 0,01 Вт/см град, б = 1 Ом смкоэффициента трансформации К = 10 ипараметрах схемы Р = 2 кОм С = 104 пф,Ь= 9.10Гн и разйости температур нарабочих гранях пластинки аТ = 10 цСполучаем напряжение, амплитудное значение которого равно 11 = 25 В,Температурная чувствительность дат чика 05 = - = 2,5 В/градт дТ Вольтная чувствительность датчика 5 = = 2,5 10 В/ВтйЧастота ЭДС генерируемой на выходе датчика 1 = 5 кГц.Постоянная времени термодатчика2определяется температу2ропроводностью сурьмянистого кадмия Я = 0,01 см 2/с, а также нысотой пластинки в и н нашем случае) 0,1 с,Такйм образом, изменяя геометри ческие размеры монокристаллической пластины (а,в,с), коэффицент трансформации К трансформатора, значение емкости С и индуктинности Ь легко получаем переменное напряжение требуемой 40 амплитуды и частоты. Таким образом, предложенное устройство позволяет греобразовать сигнал термоэлемента н переменное напряжение бесконтактным методом, что обеспечивает повышение точности измерения температуры и одновременно надежность устройства. 1. Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлемент,трансформатор с магнитопроводом и двумя обмотками, первичная обмотка которогб соединена с термоэлементом последовательно, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения и надежности устройства, внего дополнительно внедень 1 сопротивления смещения и конденсатор, которыйподключен параллельно первичной обмотке трансформатора, а сопротивлениесмещения включено в рассечку междутермоэлементом и первичной обмоткойтрансформатора, причем термоэлементзакреплен на магнитопроводе трансформатора.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем,что величина дифференциального отрицательного сопротивления термоэлемента выбрана большейвеличины сопротинления смещения.Источники информации, принятыевовнимание при экспертизе1, Бернштейн А.С., Термоэлектрические генераторы, Государственное энергетическое издательство, М.-Л., 1956,с.41.2, Иорданишвили Е.К Термоэлектрические источники питания, М., Советское радио, 1968, с.110,3. Поздняков Б.С., Термоэлектрическая энергетика, Атомиздат, М, 1974,с.43..657272 тель А.Тереков М, Келемеш Йо Соста Техре ктор О.Билак Редактор И на кав 1779/39 Тираж 7 б 5 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета ССпо делам иэобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб.,д. Филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектна