RU1811594C - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Использование: дл  измерени  температуры . Сущность: устройство дл  измерени температуры содержит термочувствительный элемент 1, дифференциальный усилитель 2, дифференцирующую цепочку 3, диод 4, коммутирующее устройство 5, резистор-подогреватель 6, источник посто нного напр жени  7, генератор пр моугольных импульсов И, резисторы 9 и 10, переменный резистор 11 и вторичный прибор 12. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам, предназначенным дл  измерени  температуры .

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и снижение энергопотреблени  путем применени  кратковременного подогрева ТЧЭ импульсным током до температуры испытуемого объекта.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ТЧЭ 1, дифференциальный усилитель 2, дифференцирующую RC-цепь З, диод 4, коммутирующее устройство 5, резистор-подогреватель 6, наход щийс  в тепловом контакте с ТЧЭ, источник посто нного напр жени  7, генератор пр моугольных импульсов 8, резисторы 9 и 10, образующие делитель напр жени , включенный между разноименными полюсами источника 7, переменный резистор 11, последовательно соединенный с ТЧЭ 1, и вторичный прибор 12, подключенный к выходу дифференциального усилител  2. Причем ТЧЭ 1 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилител  2, к неинвер- тйрующему входу которого подключена средн   точка делител , образованного резисторами 9 и 10, а к выходу дифференциального усилител  2 подключена дифференцирующа  RC-цепь З, выход которой через диод 4 соединен с входом коммутирующего устройства 5, управл ющий вход которого соединен с генератором пр моугольных импульсов 8, а выход коммутирующего устройства 5 через резистор-подогреватель б соединен со средним выводом источника напр жени  7, при этом между положительным полюсом источника напр жени  7 и его средним выводом включены переменный резистор 11 и ТЧЭ 1.

Устройство работает следующим образом .

С помощью делител , состо щего из резисторов 9 и 10, на неинвертирующем входе дифференциального усилител  2 установлено напр жение, равное напр жению на ТЧЭ 1 при минимальной температуре рабочего диапазона устройства. ТЧЭ (полупроводниковый диод) смещен в пр мом направлении. При приведении ТЧЭ 1 в тепловой контакт с испытуемым объектом (не показан), имеющем более высокую температуру, происходит нагрев ТЧЭ потоком тепла от испытуемого объекта. Это приводит к уменьшению напр жени  на нем, которое, обуславливает увеличение напр жени  на выходе дифференциального усилител  2. Продифференцированный RC-цепью З сигнал проходит через диод 4 и коммутирующее устройство 5 в промежутки времени, когда коммутирующее устройство открыто импульсом, поступившим с генератора 8 на

управл ющий вход, и нагревает резистор- подогреватель 6, наход щийс  в тепловом контакте с ТЧЭ 1. Тепло, выдел ющеес  в резисторе-подогревателе б и поступающее к ТЧЭ 1, обеспечивает ускорение нагрева

ТЧЭ 1. В промежутки времени, когда коммутирующее устройство 5 закрыто, ТЧЭ 1 нагреваетс  только потоком тепла, поступающим от испытуемого объекта. В момент времени, когда температура ТЧЭ 1

5 в результате подогрева резистором-подогревателем б, а также теплом, поступающим от испытуемого объекта, становитс  равной температуре испытуемого объекта, на выходе дифференцирующей RC-цепи З устанав0 ливаетс  напр жение, равное нулю,, и подогрев ТЧЭ 1 резистором-подогревателем б прекращаетс . В том случае, если в результате поступлени  тепла от резистора- подогревател  б температура ТЧЭ 1 стано5 витс  выше температуры испытуемого объекта, на выходе дифференцирующей RC- цепи 3 устанавливаетс  отрицательное на- пр жение, диод 4 закрываетс  и напр жение на входе коммутирующего уст0 ройства 5 (а соответственно, и на его выходе ) становитс  равным нулю. Таким образом, при условии выравнивани  температур ТЧЭ 1 и испытуемого объекта или при перегреве ТЧЭ 1 резистором-подогревате5 лем 6 до более высокой температуры ток в цепи резистора-подогревател  6 становитс  равным нулю, подогрев ТЧЭ 1 прекращаетс  и дальнейшее установление теплового равновеси  между ТЧЭ 1 и испытуемым объ0 ектом осуществл етс  только в результате теплообмена, Отсчетзначени  температуры производитс  с помощью вторичного прибора 12, отградуированного в единицах измерени  температуры, после установлени 

5 теплового равновеси  между ТЧЭ 1 и испытуемым объектом и прекращени  работы резистора-подогревател  (т.е. после установлени  неизменных показаний вторичного прибора 12).

0 На фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы изменени  температуры ТЧЭ 1 (Т), напр жени  на выходе дифференциального усилител  2 (Увых.). напр жени  на выходе генератора пр моугольных импульсов 8 (Ur)

5 и падени  напр жени  на резисторе-подогревателе б (UH), иллюстрирующие работу предлагаемого устройства.

Крива  1 на фиг.2 показывает изменение температуры ТЧЭ со временем при при- ведении его в тепловой контакт с

испытуемым объектом, имеющим более высокую температуру, при отключенном резисторе-подогревателе . В этом случае нагрев ТЧЭ происходит за счет передачи тепла от испытуемого объекта к ТЧЭ. Кривые 2 и 3 на фйг.2 показывают изменение температуры ТЧЭ в том случае, когда осуществл етс  дополнительный подогрев ТЧЭ с помощью резистора-подогревател . В случае кривой 2 подогрев ТЧЭ резистором-подогревателем прекратилс  при достижении теплового равновеси  между ТЧЭ и испытуемым объектом , т.е. при установлении на выходе дифференциального усилител  напр жени , близкого к нулю. Крива  3 показывает изменение температуры ТЧЭ при работе резистора-подогревател  в форсированном режиме (при увеличенном токе подогрева) и дл  случа , когдз в результате подогрева произошел перегрев ТЧЭ выше температуры испытуемого объекта, после чего установление теплового равновеси  между ними происходит в процессе охлаждени  ТЧЭ за счет теплообмена с испытуемым объектом (ив соответствующих услови х с окружающей средой).

Приведенна  на фиг.З временна  диаграмма выходного напр жени  дифференциального усилител  (Овых) показывает ход кривой 2, представленной на фиг.2, в более крупном масштабе в промежутке времени 2-3 с. К этому же интервалу времени относ тс  и диаграммы выходного напр жени  генератора пр моугольных импульсов (Ur) и напр жени  на резисторе-подогревателе (UH). В промежутки времени, когда на выходе генератора пр моугольных импульсов имеетс  напр жение выходной сигнал дифференцирующей RC-цепи проходит через коммутирующее устройство и происходит нагрев резистора-подогревател  и наход щегос  в тепловом контакте с ним ТЧЭ импульсом тока, в результате чего скорость изменени  температуры (и напр жени  на выходе дифференциального усилител ) увеличиваетс . В интервалы времени, когда на- пр жение на выходе генератора пр моугольных импульсов равно нулю, напр жение на выходе коммутирующего устройства равно нулю независимо от напр жени  на его входе, ток через резистор-подогреватель не протекает и увеличение температуры ТЧЭ происходит только за счет передачи тепла от испытуемого объекта . Поэтому нагрев ТЧЭ в этой фазе работы устройства протекаете меньшей скоростью.

Сравнение зависимости 1 с зависимост ми 2 и 3 показывает, что импульсный нагрев ТЧЭ резистором-подогревателем в

соответствии с описанным принципом работы предлагаемого устройства приводит к существенному уменьшению промежутка времени, необходимого дл  установлени  теплового равновеси  между ТЧЭ и испыту5 емым объектом (т.е. к снижению тепловой инерционности устройства).

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства подогрев ТЧЭ с помощью резистора-подогревател  осуще0 ствл етс  импульсным током кратковременно , только в течение промежутка времени, когда протекает установление теплового равновеси  между ТЧЭ и испытуемым объ5 ектом. В дальнейшем поддержание теплового равновеси  между ТЧЭ и испытуемым объектом осуществл етс  в результате теплообмена между ними, а ток через резистор- подогреватель равен нулю. Это позвол ет

0 уменьшить затраты энергии, расходуемой на подогрев ТЧЭ, а также снизить тепловую инерционность устройства, т.е. уменьшить врем , необходимое дл  выравнивани  температуры ТЧЭ и испытуемого объекта, а сле5 довательно, и врем  установлени  показаний вторичного прибора.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  температу0 ры, содержащее источник посто нного напр жени  с включенным параллельно его полюсам резистивным делителем напр жени , последовательно соединенные дифференциальный усилитель и вторичный

   5 прибор, резистор-подогреватель, соединен-, ный первым выводом с общей шиной устройства , последовательно соединенные резистор, подключенный первым выводом к положительному полюсу источника посто0  нного напр жени , и термочувствительный элемент, подключенный вторым выводом к общей шине устройства и наход щийс  в тепловом контакте с резистором подогревателем, отличающеес  тем,

   5 что, с целью повышени  быстродействи  и снижени  энергопотреблени , в него введены последовательно соединенные дифференцирующа  RC-цепочка, подключенна  входом к выходу дифференциального уси0 лител , диод и коммутатор, соединенный выходом с вторым выводом резистора-подогревател , а также генератор пр моугольных импульсов, подключенный выходом к второму входу коммутатора; при этом сред5 ний вывод резистивного делител  и второй вывод резистора подключены соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциального усилител , а резистор выполнен переменным.