Устройство для измерения температуры

Э СОВ СНИХ ЕСНИХ РЕСПУБЛИК 01 К 5/18 ЗОБР ЕЛЬСТВ(21) 3317626 (22) 13,07.81 (46) 23,03,83 (72).А. Л. Нем (53) 536,53(0 8 а Бюл, % 11в и Н. В. Коск8.8) 04,7 РЕ- идУСТРОЙСТВОПЕРА ТУРЫ,рмометричес Я И есь. ержашее ю трубку Ю Ю УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИ К АВтсоСНОмУ(56) 1, % 74092Па кл, б 01 (прото ти (54) (57 НИЯ ТЕМ костную Авторское свидетельство 1, кл. 6 01 К 5/18, 1 тент США % 3505872, К 5/18, опублик, 14, ),801006931 цифровой регистрации, о тше ес я тем,что, с целдиапазона измеряемых тевышения помехоустойчивосв него введен генератор зэлектрических импульсов, аСР термометрическая трубка в- де звукопровода и снабжендающим встречно-штыревытелем поверхностных акусразмещенным на внутреннетрубки выше уровня жидкосмежду встречно-штыревымлем и пустотелым концомблок кой трубки установлен звук ью расширениямператур и поти устройства,ондируюши хжидкостнаяыпопнена в виа приемно-перем преобразоватических волн,й поверхностити, причемпреобразоватетермометричопоглотн телИзобретение относится к термометрии, а именно к жидкостным капиллярным термометрам расширения с цифровой индикацией уровня термометрической жидкости, и может быть использовано для дистанционного измерения температуры.Известен жидкостной термометр, содержаший ртутную термометрическую трубку, на внутренней поверхности которой нанесено тонкоплечное металлическое гокрытие с высоким удельным электрическим сопротивлением 1 ).Такая конструкция термометра обеспечивает не только визуальный, но и дистанционный контроль температуры, который осушествляется поизмененю сопротивления.датчика, Однако низкая чувствительность датчика и нестабильность параметров электрической цепи не позволяютдостичь высокой точности измерения температурыНаиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения температуры, содержащее жидкостную термометрическую трубку и блок цифровой регистрации2),Однако при достаточно высокой точности измерения, компактности и наличиицифрового выхода в известном устройст- З 0ве диапазон измеряемых температур ограничен температурным диапазоном используемых элек тропроводных жидкостей -ртути и ее сплавов, Так, например, устройство не может работать в диапазоне35температур, который охватывают спиртовые термометрические трубки.Кроме того, известное устройствоимеет низкую помехоустойчивость в условиях воздействия электромагнитных по 40лей, статического электричества и радиоактивного излучения,Белью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур и повышение помехоустойчивости устройства.45Поставленная цыь достигается тем, что в устройство, содержашее жидкостную термометрическую трубку и блок цифровой регистрации, введен генератор зондируюших электрических импульсов, а жидкост ная термометрическая трубка выполнена в виде звукопровода и снабжена приемопередающим вс тречно-ш тыревым преобразователем поверхностных акустических волн, размещенным на внутренней поверх ности трубки выше уровня жидкости, а также тем, что между встречно-штыревым преобразователем и пустотелым концом термометрической трубки установлензвукопоглотитель,Конструкция предложенного устройствапоясняется чертеками, где на фиг. 1 приведена термометрическая трубка, общийвид; на фиг. 2 - вид Б на фиг, 1 (звукопоглотитель не показан); на фиг. 3 -сечение А-А на фиг, 1; на фиг, 4 и 5 -граница отражения импульса поверхностной акустической волны от жидкости, несмачива вшей и смачиваюшей вну трен н ююповерхность трубки соответственно; нафиг, 6 - схема подключения термометрической трубки к блоку цифровой регистрации.Устройство содержит жидкостнуютермометрическую трубку 1 и блок 2 цифровой регистрации с генератором 3 зондирующих импульсов.Нижняя часть трубки 1 заполнена термометрической жидкостью 4, напримерртутью, спиртом и др, Выше уровня жидкости 4 в трубке 1 размешен возбудительповерхностных акустических волн - приемо-передающий встречно-штыревой пре-,образователь 5 с электрическими уводами Ъ, выходящими из трубки 1 наружу(фиг, 1 и 2), Между встречно-штыревымпреобразователем 5 и пустотелым концом трубки 1 помешен звукопоглотитель7, выполненный из материала, поглошаю-,шего поверхностные акустические волны. Выводы 6 встречно-ш тыревого прео Ь- разователя 5 подключены к блоку 2 цифровой регистрации, в состав которого кроме генератора 3 зондирующих импульсов входят формируюше-переключаюшее устройство 8, усилитель 9 и цифровое вычислительное устройство 10.для визуального измерения температуры (как в обычном жидкостном термометре) на внешнюю поверхность трубки 1 нанесена температурная шкала (фиг,1),Жидкостная термометрическая трубка 1 выполнена из плавленого кварца, Высокая пластичность кварца в нагретом состоянии обеспечивает возможность формирования трубки в широком диапазоне длин и диаметров при высокой точности, чистоте поверхности и оптической про- зрачности. Электроды встречно-штыревого преобразователя выполнены из окиси цинка или сернистого кадмия и нанесены непосредственно на внутреннюю поверхность кварцевой трубки 1, например ме тодом фотолитографии в виде пленки толщиной около 1000 А, Звукопроводом для поверхностных акустических волн в дан931 фчина частоты г генератора 3 должнатакже повышаться,Устройство работает следующим образом,С цифрового вычислительного устройства 10 на вход генератора 3 подаетсязапускающий импульс, вызываюший на выходе генератора 3 появление электрических импульсов, поступаюших через формируюше-переключаюшее устройство 8 вблок 10 памяти цифрового вычислительного устройства в виде тактовых импульсов М и одновременно на выводы 6встречно-штыревого преобразователя 5 -как зондируюшие датчик электрическиеимпульсы.Зондирующий электрический импульспопадая на электроды встречно-штыревого преобразователя 5, возбуждает на поверхности звукопровода (внутренней поверхности кварцевой трубки 1) импульсповерхностной акустической волны, распространяющийся от электродов встречноштыревого преобразователя 5 к нижнемуконцу трубки 1, заполненному термометрической жидкосзЪю 4 с постоянной скоростью У в поверхностном слое звукопровода, не превышаюшем по толщине нескольких десятков ангстрем. Скоростьраспространения акустического импульсав кварце У является высокостабильнойвеличиной.1 Кварц является одним из наиболее стабильных к температурному воздействию материалов, его температурный коэффициент а 1. составляет крайн 1 е малую7величину порядка 5 10 град Таким образом, на скорость распространения акустического импульса практически не влияет ни температура, ни давпенйе окружающей среды, ни источники элеКтромагнитного излучения.Достигнув жидкости 4, акустический импульс отражается от периферийных границ мениска жидкости и совершает обратное движение к электродам встречноштыревого преобразователя 5, где преобразуется обратно в электрический импульс отраженного сигнала, который . поступает на формируюше-переключаюшее устройство 8, где выдается. разрешение на запуск нового эондируюшего импульса, и далее через усилитель 9 - в ко- мандный блок цифрового вычислительного устройства 10. Далее процесс повторяется снова, аналргично описанному, у 1 рдэ . где И - заданное число зондирующих импульсов, которое закладывается зареуее В зависимости от требуемой точности измерения, темпа выдачи информации из блока 10 памяти цифрового вычислительного устройства и конструктивных параметров трубки 1 частота следования импульсовгенератора 3 выбирается в пределах 10 -10 Гц. С увеличением треЪбуемой точности .измерения и темпа выдачи информации, а также с уменьшением рабочей длины трубки 1 и расстояния от электродов встречно-штыревого преобразователя 5 до верхнего предельно допусти,мого уровня жидкости в трубке 1, вели 3 1006ном случае является непосредственно сама внутренняя поверхность кварцевойтрубки 1, так как рассеивание акустических волн в объеме кварца не происходитиз-эа поверхностного характера их распространения, При использовании стеклянной термометрической трубки 1 звукопровод формируется на ее внутренней поверхности путем нанесения покрытия иэ материала, проводящего поверхностные акусти ческие волны.Звукопоглотитель 7 в зависимости отдиапазона рабочих температур может бытьвыполнен например, из стекловаты, пробки и.других материалов, поглошаюших по.верхнос тные акустические волны,Для упрощения процесса нанесенияэлектродов встречно-штыревого преобразователя 5 на внутреннюю поверхностьтрубки 1 поспедняя в месте их располо ожения может быть выполнена плоской(не показано). Для зашиты от внешнихмеханических воздействий трубка 1 может быть помещена в жесткий оптическипрозрачный корпус цилиндрической форМы, 25выпопненный, например, из стекла (непоказан),Выводы 6, выполненные, например, изплатины или ее сплавов, подсоединены через формируюше-переключаюшее устройст-во 8 к выходу генератора 3 зондирующихэлектрических импульсов. Выход тактовыхимпульсов й формируюше-переключаюшего устройства 8 подключен к блоку 10памяти цифрового вычислительного устройства, Выход зондирующих импульсов8 через усилитель 9 подключен к командному блоку 10 цифрового вычислительного устройства, осушествляюшему операции контрольного считывания зондирую 40ших импульсов, операцию запуска(остановки) генератора 3 и операцию выдачиинформации об измеряемой температуреНИ,) из блока 10 памяти цифровоговычислительного устройства.4540 5 10969 в формирующе переключающее устройство 8 или в цифровое вычислительное устройство 10 и определяется, исходя из требуемого темпа выдачи информации, требуемой точности измерения и скорости 5 изменения контролируемой температуры.После поступления в командный блок 10 цифрового вычислительного устройства у 1 отраженных импульсов командный блок прекращает поступление в блок 10 1 О памяти цифрового вычислительного устройства тактовых импульсов М и выдае информацию об измеренной температуре из блока памяти в виде последовательности тактовых импульсов, запомненных 1 Б за время прохождения через звукопровод заданного заранее количества зондирующих импульсов, При этом количество тактовых импульсов М(,ф ) поступивших в блок памяти, определяется из соотношениями.,ф) =, и - " где 1- частота поступления импульсов.в блок памяти цифрового вычислитедьного устройства с генератора зондирующихимпульсов.В то же время частотаопредеЪляется выражением Ч 30%=- .ру (2) где- длина рабочей частоты термометрической трубки;1, Щ- высота столба жидкости в трубке (по линии С Ь ), зависящаяот температурыИз (1) с учетом (2) следует Таким образом, по количеству МЦ, ) тактовых импульсов на выходе блока па 31 6мяти производится измерение температуры контролируемого объекта. Результаты измерения можно получить и в графической форме, подключив к цифровому вычислительному устройству 10 графопостроитель.для плавленного кварца скорость распространения поверхностных акустических волн Н3000 м/с, Современные генераторы импульсов обеспечивают частоту до 10 Гц. Темп выдачи информации с устройства обычно выбирается в пределах 1-10 измерений в секунду, Рабочая длина термометрической трубки выбирается из диапазона контролируемых температур и находиИ:я как правило в пределах 50- 500 мм.Высокая точность измерения температуры предложенным устройством и хорошая помехоустойчивость обеспечивается высокой стабильностью частотыг тактовых импульсов, поступающих с генератора 3, высокой стабильностью конструктивных параметров термометрической трубки 1, выполненной из плавленого кварца и высокой стабильностью скорости распространения поверхностных акустических волн.Так, преддоженное устройство с жидкостной термометрической трубкой длиной 250 мм в температурном диапазоне 0 ССГС при частоте тактовых имопульсовг= 10 Гц, количество зондирующих импульсов И. 3 в одну секунду, при темпе выдачи информации 1 раз в секунду обеспечивает точность измерения температуры не менее 0,01 С (при визуоальном контроле до 0,2 С).йПредложенное устройство в отличие от известного работает с любым типом термометрической жидкости, что значительно расширяет диапазон измеряемых температур..Фи ВНИИПИ Заказ 212363 Тираж 871 Подп филиал ППЛ "Патент, г. Ужгород; уд. Прое