CS229214B1

CS229214B1 - Temperature sensing element

Info

Publication number: CS229214B1
Application number: CS699182A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Ing Ramert
Original assignee: Bohumil Ing Ramert
Priority date: 1982-10-01
Filing date: 1982-10-01
Publication date: 1984-06-18

Abstract

Vynález řeáí konstrukci teplotního čidla s kombinovaným elektrickým výstupním signálem sestávající z termočlánku a termistoru. Podstatou vynálezu je, že teplotni čidlo využívá k měřeni teploty napětí > generovaného termoelektrickým článkem, jehož srovnáváoí konce jsou v dobrém tepelném kontaktu s teplotně závislým odporem - termistorem, sloužícím k určení jejich teploty.The invention solves the thermal construction sensors with combined electrical output a signal consisting of a thermocouple and a thermistor. It is an object of the present invention to provide a temperature control the sensor uses voltage to measure the temperature > generated by a thermoelectric cell whose comparative ends are in good heat contact with a temperature-dependent resistor - a thermistor to determine their temperature.

Description

Vynález se týká teplotního čidla s kombinovaným elektrickým výstupním signálem sestávající z termočlánku a termistoru.The invention relates to a temperature sensor with a combined electrical output signal consisting of a thermocouple and a thermistor.

Základní technickou nevýhodou při měření teploty pomocí termoelektrických článků je skutečnost, že měronosná veličina - elektromotorická síla termoelektrického článku nezávisí pouze na měřené veličině - termodynamické teplotě měrného spoje, ale je funkcí této teploty a teploty srovnávacích konců termoelektrického článku. Tato nevýhoda se odstraňuje při stávajících tephnickýph řešeních dvěma způsoby. BuS se srovnávací konce termoelektrického článku stabilizují na předem stanovené teplotě, která je udržována na stálé hodnotě (tak zvaná teplotní egalizace srovnávacích konců) nebo se do měřícího obvodu termoelektrického článku zařazuje generátor malého stejnosměrného napětí, jehož hodnota je funkcí teploty srovnávacích konců (tak zvaná kompenzace teploty srovnávacíoh konců). Hlavní nevýhodou uvedených způsobů je skutečnost, že jak zařízení pro stabilizaci teploty srovnávacích konců tak generátor kompenzujícího napětí musí být umístěny v bezprostřední blízkosti srovnávacích konců termoelektrického článku. Jelikož toto optimální řešení není vždy technicky proveditelné, umísťují se uvedená zařízení do vzdálenějších a montážně vhodnějších pozic a propojení š termoelektrickým článkem se provádí pomocí spojovacího vedení, které může být příčinou dalších chyb měření. Kromě těchto nevýhod vyžadují uvedená zařízení elektrické napájení, které je činí závislými na místním zdroji (elektrochemickém článku) nebo se musí napájet zvláštním vedením.The basic technical disadvantage when measuring temperature using thermoelectric cells is the fact that the measurand - electromotive force of the thermoelectric cell does not depend only on the measured value - thermodynamic temperature of the measuring connection, but is a function of this temperature and the temperature of the comparative ends of the thermoelectric cell. This disadvantage is eliminated in existing heating solutions in two ways. Either the comparator ends of the thermoelectric cell are stabilized at a predetermined temperature, which is maintained at a constant value (the so-called thermal equalization of the comparative ends) or a low-voltage generator is added to the thermocouple measuring circuit. temperature comparator ends). The main disadvantage of said methods is that both the junction temperature stabilizing device and the voltage compensating generator must be located in the immediate vicinity of the junction ends of the thermocouple. Since this optimum solution is not always technically feasible, these devices are placed in more distant and mounting positions and the connection to the thermoelectric element is made by means of a connecting line, which may cause further measurement errors. In addition to these disadvantages, said devices require an electrical power supply which makes them dependent on a local source (electrochemical cell) or must be supplied with a separate line.

Uvedené nevýhody odstraňuje teplotní čidlqj) s kombinovaným elektrickým výstupním signálem sestávající/z termočlánku a termistoru podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočíváThese disadvantages are overcome by a temperature sensor with a combined electrical output signal consisting of a thermocouple and a thermistor according to the invention, which is based on

- 3 229 214 v tom, že termistor je spojen tepelně vodivým elementem se srovnávacími konci termočlánku.3 229 214 in that the thermistor is connected by a thermally conductive element to the thermocouple alignment ends.

Teplotní čidlo podle tohoto vynálezu je výhodné zejména tím, že nevyžaduje teplotní egalizaci ani kompenzaci srovnávacích konců a umožfíuje dvouvodičové spojení čidla se zařízením na vyhodnocení signálu, přičemž toto vedení může být zhotoveno z libovolného elektrovodivého materiálu, čímž se snižuje potřeba obtížněji dostupných kovů#The temperature sensor of the present invention is particularly advantageous in that it does not require temperature equalization or compensation of the alignment ends and allows a two-wire connection of the sensor to the signal evaluation device, which line can be made of any electrically conductive material thereby reducing the need for more difficult metals.

Další výhoda teplotního čidla podle tohoto vynálezu spočívá v možnosti konstrukce čidel velmi,rozmanitého tvarového provedení, což je dáno širokým tvarovým sortimentem termistorů, použitých ke stanovení teploty srovnávacích konců termočlánku. Použití perličkových termistorů miniaturních rozměrů umožní konstrukci teplotních čidel, zejména pro použití v biologii a v lékařství, při použití termistorů větších geometrických rozměrů, zejména vhodně tvarovaných lze konstruovat Čidla pro náročná použití v průmyslu.A further advantage of the temperature sensor according to the invention lies in the possibility of designing sensors of a very diverse design, given the wide range of thermistors used to determine the temperature of the thermocouple reference ends. The use of miniature bead thermistors will allow the construction of temperature sensors, especially for biology and medical applications, using larger geometric dimensional thermistors, particularly suitably shaped, for use in industrial applications.

Příklad provedení teplotního čidla je znázorněn v přiložených výkresech, přičemž na obr. 1 teplotní čidlo se samostatnými spojovacími obvody termoelektrického článku a termistoru a v obr. 2 je teplotní čidlo s termistorem a termoelektrickým článkem spojenými do serie v jediný obvod.An exemplary embodiment of a temperature sensor is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a temperature sensor with separate thermocouple and thermistor connection circuits, and Fig. 2 shows a temperature sensor with a thermistor and a thermocouple connected in series in a single circuit.

Teplotní čidlo sestává z měrného spoje J, termoelektrického článku, tvořeného větvemi £, 2 ^a srovnávacích konců £, které tvoří tepelně vodivý element 6, ⁸ termistorem £. Elektronické zařízení 2 Ď^e spojené, spojovacím vedením termistoru a spojovacím vedením 2 termočlánku do obvodu.The temperature sensor consists of a measuring connection J, a thermocouple formed by the branches 6, 2 ^{and the} alignment ends 6 which form the thermally conductive element 6, ^{8 by the} thermistor 6. Electronic device 2 b ^e connected, connecting conduit thermistor and thermocouple connection line 2 into the circuit.

Srovnávací konce £ termoelektrického článku, sestávajícího z měrného spoje £ a větví 2» 1 termočlánku, jsou V dobrém tepelném kontaktu přes tepelně vodivý element 2 s polovodičovým tepletně závislým odporem £. Tepelně vodivý element £ je proveden tepelnou vazbou termistoru £ a srovnávacích konců £. Technickým provedením tepelně vodivého elementu £ může být například zalití termistoru £ a srovnávacích konců £ do tepelně vodivé pryskyřice, přičemž termistor £ i srovnávací konce £ jsou — 4 229 214 prostorově co nejméně vzdáleny, dále může být dosaženo tepelně vodivého elementu 6 uložením srovnávacích konců 4 a termistoru 5 do společného kovového bloku, kombinace uvedených způsobů a podobně. Termistor 5 je dále pomocí spojovacího vedení 7 termistoru a termoelektrický článek sestávající z měrného spo je χ a větví 2, 3 pomocí spojovacího vedení 8 termočlánku spojen s elektronickým zařízením 9 na vyhodnocení měřené teploty, Na obr. 2 je uvedeno uspořádání teplotního čidla podle tohoto vynálezu, přičemž termistor 5 a termoelektrický článek jsou spojeny elektricky do serie v jediný obvod, připojený pomocí spojovacího vedení 7 termistoru k elektronickému zařízení 9 na vyhodnocení teploty.The reference ends 4 of the thermocouple, consisting of the measuring connection 4 and the thermocouple branches 2, 1, are in good thermal contact via the thermally conductive element 2 with a semiconductor heat-dependent resistor 6. The thermally conductive element 6 is provided by the thermal coupling of the thermistor 6 and the alignment ends 6. The technical design of the thermally conductive element 6 can be, for example, by embedding the thermistor 6 and the alignment ends 6 in a thermally conductive resin, the thermistor 6 and the alignment ends 6 being as spaced as possible. and a thermistor 5 into a common metal block, a combination of said methods, and the like. The thermistor 5 is further connected to the electronic temperature measuring device 9 by means of a thermocouple connecting line 8 by means of a thermistor connection line 7 and a thermoelectric element consisting of the measuring resistor χ and the branches 2, 3 by means of a thermocouple connecting line 8. wherein the thermistor 5 and the thermocouple are connected electrically in series in a single circuit connected by a thermistor connection line 7 to the electronic temperature evaluation device 9.

Měření teploty v místě měrného spoje 2 termočlánku probíhá například tak, že se pomocí elektroniokého zařízení 9 změří elektrický odpor termistoru 5 a z předem zjištěné teplotní závislosti tohoto odporu stanoví teplota srovnávacích konců 4 termoelektrického článku. Dále se pomocí téhož elektronického zařízení 9 změří elektromotorická síla mezi vývody čidla a z této hodnoty podle předem zjištěné teplotní závislosti elektromotorické síly termoelektrického článku se stanoví teplotní rozdíl mezi jeho srovnávacími konci 4 a měrným spojem 2 termočlánku, Teplota v místě měrného spoje 2 termočlánku je potom součtem tohoto teplotního rozdílu a teploty srovnávacích konců 4. Uvedený postup vyhodnocení teploty měrného spoje 2 termočlán ku lze uskutečnit s výhodou použitím mikroprocesoru v elektronickém zařízení 9, pomocí kterého lze současně indikovat havarijní stavy měřícího obvodu, t.j. jeho přerušení nebo zkrat na vedení.The temperature measurement at the location of the thermocouple measuring joint 2 takes place, for example, by measuring the electrical resistance of the thermistor 5 with the aid of an electronic device 9 and determining the temperature of the comparative ends 4 of the thermocouple. Next, the electromotive force between the sensor terminals is measured using the same electronic device 9, and from this value the temperature difference between its alignment ends 4 and the thermocouple measuring joint 2 is determined according to a predetermined temperature dependence of the thermocouple electromotive force. This procedure for evaluating the temperature of the thermocouple measuring connection 2 can be carried out advantageously by using a microprocessor in the electronic device 9, by means of which it is possible simultaneously to indicate the failure states of the measuring circuit, ie its interruption or short circuit on the line.

Claims

A temperature sensor ε with a combined electrical output signal consisting of a thermocouple and a thermistor, characterized in that the thermistor (5) is connected by a thermally conductive element (o) to the thermocouple alignment ends (4).