Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК в)4 С 01 К 1/О фо. р НИ д 1щг В У нститутв о ССС 1980. СССР 1981 СССР 1979. руны на выхо оторый затем ель 7 на бло вый сдвиг об рением, кото а колебании сазователя 6,т через усили нения фаз. Фаз вается вязким ется функцией база крепления алов с близким ентов тепловог емпературы.выполнены из эффицием самым значени ры ( в ча сширения изм тания струны и ты, посколь от Т. 4 ил. е ильностью нат Цель изобретедиапазона измеряточности измере ародно ения - мых Т натясобственнои час жение не зависи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ АНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Морской гидрофизичеАН УССР(56) АвторскоВ 761855, кл.Авторское9 881542, кл.АвторскоеУ 662823, кл,вин и С.О,Коле88.8)е свидетельствС 01 К 7/32,свидетельствоС 01 К 11/26,свидетельствоС 01 К 5/56,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к техникеизмерения температу Т) жидких игазообразных сред, стности морской воды, и может быть использованов океанографии и различных областяхн го хозяйстват расширениее и повышение 801223059 А ний, Герметичный корпус 12, содержащий первичный измерительный преобразователь 1, блок 5 возбуждения колебаний струны и преобразователь 6колебаний струны, помещают в среду,Т которой подлежит контролю. При изменении Т среды изменяется Т рабочейжидкости благодаря высокой теплопроводности материала корпуса, изменяются вязкость жидкости и фаза сигнае преоб- поступа 8 срав- словлиое являтруна и материведена к минимуму погрешност ений, вызываемая временной н1223059 Изобретение относится к технике измерения температуры жидких и газообразных сред, в частности морской воды, и может быть использовано в океанографии и различных областях народного хозяйства.Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур и повышение точности измерений.На фиг.1 приведена структурная 10 схема предлагаемого устройства;. на фиг.2 - график фазотемпературной характеристики; на фиг.З и 4 - один из возможных вариантов выполнения первичного измерительного преобразователя,.Устройство для измерения температуры содержит (фиг.1) первичный измерительный преобразователь 1, генератор 2 опорной частоты, делитель 3 частоты, первый усилитель 4, блок 5 возбуждения колебаний струны, преобразователь 6 колебаний струны, второй усилитель 7, блок 8 сравнения фаз, регист.ратор 9.25Генератор 2 опорной частоты подключен к делителю 3 частоты, один из выходов которого соединен с входом первого усилителя 4. Выход усилителя 4 подан на вход блока 5 возбуждения30 колебаний струны. Выход преобразователя 6 колебаний струны подключен к входу второго усилителя 7, выход которого подан на первый вход блока 8 сравнения фаз. Второй вход блока 8 сравнения фаз соединен с выходом де- З 5 лителя 3 частоты, а выход блока 8 подключен к регистратору 9.Первичный измерительный преобразователь выполнен в виде струны 10, натянутой на базе крепления 11, и ус тановлен в корпусе 12, заполненном жидкостью 1 3Струна 10 может быть выполнена из упругого материала, например рессор- но-пружинной стали, диаметром д = 450,05-0,2 мм и.длиной 3 = 20-200 мм. Рекомендуется выдержать соотношение ЗЙ ЪЗОО, в этом. случае поперечной жесткостью струны можно пренебречь.Корпус 12 служит для герметизациирабочего объема и крепления узлов.Он может быть выполнен из материала с высокой теплопроводностью для повышения быстродействия первичного преобразователя, например из латуни и 55 т.пЕсли корпус является базой крепления струны, то он изготавливается иэ того же материала, что и струна. 3Струна 10 может быть закреплена в корпусе, например, так, как показано на фиг.З. Корпус 12 выполнен в виде стакана 14, имеющего кольцевой выступ 15. Корпус имеет подвижную втулку 16 и закрыт с торцов неподвижной втулкой 17 и крышкой 18. На выступе 15 и втулке 17 закреплены "порожки" 19 в виде планок, которые образуют базу струны 10. Для исключения возможных деформаций струны в точках соприкосновения с "порожками" 19 последние изготавливают из более мягкого материала. Концы струны 10 прикреплены к втулкам 16 и 17. Натяг струны 10 можно регулировать, перемещая вдоль корпуса подвижную втулку 16, посредством трех винтов 20 (под углом 120 друг к другу), пропущенных через крышку 18.Вблизи струны 10 установлены блок 5 возбуждения колебаний струны и преобразователь 6 колебаний струны с помощью кронштейна 21, прикрепленного к выступу 15. Расстояние между блоком 5 и преобразователем 6 и базой крепления струны зависит от конкретных размеров первичного преобразователя и выбирается из условия получения максимально возможной чувстви 1 тельности и линейности характеристики преобразования.Втулки 16 и 17 снабжены элементами герметизации рабочей полости корпуса, втулка 16 имеет технологическое отверстие 22 для заполнения рабочей полости жидкостью 13. В качестве рабочей жидкости 13 может быть исполь зована дистиллированная вода. При заполнении в корпусе оставляют воздушный пузырек для компенсации температурного расширения жидкости. Струна 10 крепится с помощью элементов, 23-25 (фиг.З).Блок 5 .возбуждения колебаний струны 10 предназначен для возбуждения вынужденных периодических колебаний струны. Это может быть любой малогабаритный электромагнит с напряжением питания 5-15 В и частотой возбуждения несколько килогерц. Преобразователь 6 служит для преобразования механических колебаний струны 10 в электрический сигнал. Он может быть пьезоэлектрическим, электромагнитным, можно использовать готовые эвукосниматели, например ГЗУИс.Генератор 2 опорной частоты служит для питания блока 5 возбуждения1223059 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3колебаний струны через дилитель 3 частоты. Основное требование к его выбору - высокая стабильность частоты. Может быть использован любой генератор с кварцевой стабилизацией частоты, например генератор частоты декадный прецезионный Г 5-35 на 1 мГц.Введение в электрическую схему делителя 3 частоты вызвано тем, что высокостабильные кварцевые генераторы имеют высокую выходную частоту, обычно на несколько порядков превышающую собственную резонансную частоту струны. В качестве блока 3 может использоваться делитель частоты, встроенный в генератор опорной частоты, либо отдельный стандартный делитель с выходной частотой несколько килогерц.Первый усилитель 4 служит для усиления по мощности напряжения с выхода делителя 3 частоты. Коэффициент усиления его выбирается в зависимости от конструкции блока 5 возбуждения колебаний струны. Усилитель 4 может быть выполнен на базе операционного усилителя, например К 140 УД 8, совместно с транзистором большой мощности КТ 805, либо используют готовый усилитель мощности У 7-3.Второй усилитель 7 предназначен цля усиления по амплитуде сигнала, снимаемого с преобразователя Ь для обеспечения надежной работы блока 8 сравнения фаз), и может быть выполнен на операционном усилителе К 140 УД 8. Блок 8 сравнения фаз служит для выделения электрического сигнала, пропорционального разности фаз колебаний струны 10 (с преобразователя 6) и частоты вынуждающих колебаний (с делителя 3 частоты). В качестве блока 8 можно использовать фазометр Ф 2-16.Регистратор 9 служит для визуального наблюдения или регистрации выходного сигнала блока 8 сравнения фаз (фазового сдвига) на любом носителе информации. Это может быть самописец, магнитное записывающее устройство, устройство оперативного контроля типа дисплей.Переход от электрического сигнала к значениям измеряемой температуры производится с помощью градуировочных характеристик оператором либо посредством ЭВМ. Градуировка осуществляется при аттестациях устройства.Устройство для измерения температуры работает следующим образом. Корпус 12, содержащий первичный измерительный преобразователь, блок возбуждения колебаний струны и преобразователь колебаний струны, помещают в среду, температура которой подлежит контролю. При подаче питания сигнал с генератора 2 опорной частоты через делитель 3 частоты и усилитель 4 поступает на блок 5 и возбуждает вблизи струны 1 О электромагнитное поле с частотой порядка нескольких килогерц.С одного из выходов делителя 3 частоты опорный сигнал поступает на первый вход блока 8 сравнения фаз, Воздействие электромагнитного поля на струну 10 вызывает ее колебания с той же частотой.В преобразователе 6, связанном со струной 10 электромагнитным полем, механические колебания струны преобразуются в электрический сигнал.При измерении температуры среды изменяется температура рабочей жидкости благодаря высокой теплопроводности материала корпуса, изменяются вязкость жидкости и фаза сигнала вынужденных колебаний струны на выходе преобразователя 6. Этот сигнал поступает через усилитель 7 на второй вход блока 8 сравнения фаз. Так как фаза вынужденного сигнала на выходе преобразователя 6 отличается от фазы вынуждающих колебаний (с делителя 3 частоты), на выходе блока 8 появляется сигнал у. Фазовый сдвиг ф связан с температурой (фиг.2). По регистратору 9, используя зависимость - Г, судят о температуре среды.Помещение первичного измерительного преобразователя в жидкость с ,высоким температурным коэффициентом вязкости позволяет построить изме- ритель температуры, принцип действия которого основан на изменении фазы вынужденных колебаний струны от вязкости окружающей среды, зависящей в свою очередь от температуры.Как известно, например для дистиллированной воды при изменении темпеоратуры от 0 до 20 С вязкость уменьшается примерно в 2 раза; для глицерина вязкость изменяется в 60 раз при изменении температуры от 100 до 200 С. Изменение фазы вынужденных колебаний струны в жидкости происходит за счет наличия сил вязкости трения, пропорциональных вязкости среды.Диапазон измерений известного устройоства равен 2В предложенном устройстве отказ от дилатометрического принципа. действия первичного измерительногопреобразователя позволяет выполнитьструну и базу ее крепления.из материалов с одинаковыми коэффициентамитеплового расширения и тем самымсвести к минимуму погрешности измерений, вызванные временной нестабильностью натяжения струны и ее собственной частоты, поскольку натяжение не зависит от температуры.В предложенном устройстве фазовый сдвигобусловливается вязкимтрением, которое является функциейтемпературы,Что касается изменения сдвига фазы за счет эффектов теплового расширения струны и базы крепления, тов данном случае им можно пренебречь,поскольку струна и база креплениявыполняются из одного и того жематериала либо из разных материалов,но имеющих близкие значения коэффициентов теплового расширения. Приэтом натяжение струны не изменяетсяпри изменении температуры, и тем самым исключаются явления упругого последействия и ползучести, что приводит к существенному повышению5 временной стабильности струны,Формула изобретенияУстройство для измерения темпера-1 О туры, содержащее струну, закрепленную на базе, последовательно соединенные генератор опорной частоты,делитель частоты, первый усилительи блок возбуждения колебаний струны, преобразователь колебаний струны,подключенный к входу второго усилителя, и блок сравнения фаз, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения диапазона измеряемых температур, в нем струна и база выполнены из материалов с одинаковыми ко-эффициентами теплового расширения ивместе с блоком возбуждения колебанийструны и преобразователем колебанийструны помещены в герметичный корпус,заполненный жидкостью с высоким температурным коэффициентом вязкости, приэтом выход второго усилителя и выходделителя частоты подключены к входублока сравнения фаз.1223059 14 16 едактор 0 ове 1702/43 Тираж 778ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб. ПодписноР иал ППП ц Ужгород, ул.Проектная,тен Составитель Ю.Андриянов Техред И,Гаидош Корректор И.Эрдейи