RU1825991C - Устройство дл измерени температуры нагреваемой поверхности электропровод щего тела - Google Patents

Abstract

Устройство измерени  температуры электропровод щих тел может быть использовано в устройствах с принудительным охлаждением , в частности в мощных электронных усилител х и генераторах, в лазерной технике. Устройство снабжено источником посто нного магнитного пол , то- косъемными контактами, термоэлементом, усилителем, сумматором, компаратором, регул тором расхода хладагента и регистратором . 3 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники, в частности, к термометрии .

Изобретение может быть использовано в устройствах с принудительным охлаждением , в частности, в мощных электронных усилител х и генераторах с воздушным или вод ным охлаждением, в лазерной технике и технологии, например, дл  определени  температуры поверхности охлаждаемых зеркал.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  температуры нагреваемой поверхности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  температуры нагреваемой поверхности электропровод щего тела, содержащее термочувствительный элемент, средства дл  наружного охлаждени  хладагентом поверхности электропровод щего тела, противоположной нагреваемой, источник магнитного пол , два токосъемных контакта дл  сн ти  сигнала с точек боковых поверхностей электропровод щего тела, расположенных на пр мой , параллельной нагреваемой поверхности и регистратор, снабжено усилителем с регулируемым коэффициентом усилени , сумматором, измерителем скорости хладагента , источником регулируемого напр жени , компаратором, регул тором расхода хладагента, причем термочувствительный элемент помещен в хладагент, токосъемные контакты подключены к усилителю, выход которого соединен с первым входом сумматора , термочувствительный элемент подключен к второму входу сумматора, выход которого соединен с регистратором, выход измерител  скорости хладагента и источник регулируемого напр жени  подключены к входам компаратора, выход которого соединен с управл ющим входом регул тора расхода хладагента.

Обосновани  работы предложенного устройства следующие.

Обозначим через (5Т погрешность выполнени  равенства температур охлаждаемой поверхности Т2 и хладагента Тх.

00

ю ел ю о

Тогда Та - Тх

дт

Тепловой поток через тыльную (охлаждаемую ) поверхность с учетом вынужденной конвекции равен:

QT hCT2-Tx), где h - коэффициент теплоотдачи.

Тогда с учетом (1) получим

От h 3T(2)

С другой стороны, требование стационарного режима дает условие

QT Q(3)

где Q - тепловой поток через нагреваемую поверхность.

С учетом равенства (2) и (3) получим Q(4)

Из этого выражени  видно, что при неизменном Q величина 5Т зависит от величины коэффициента теплоотдачи, который в свою очередь зависит от скорости потока. Дл  ламинарного потока имеем

5Т

Q

lv

-т( - 1 V4

1/5

(6)

0,032

где Av - коэффициенты теплопроводности и кинематическа  в зкость хладагента, соответственно ,

I - характерный размер охлаждаемого тела.

Из этого выражени  видно, что существует така  скорость, V, выше которой д Т АТ (где ЛТ - погрешность термоэлемента ).

В этом случае можно измер ть не температуру охлаждаемой поверхности, а температуру хладагента Тх. Это позвол ет исключить недостатки, присущие пр мому контакту поверхности с термоэлементом, а именно, теплоизол ционный эффект и искажение температурного измерени  температуры нагреваемой поверхности.

Действительно, использу  св зь между градиентами температуры, магнитной индукцией В и термомагнитной ЭДС U, можно определ ть температуру нагреваемой поверхности Ti: h

UBTl+T2;

(7)

где h - толщина электропровод щего тела в направлении градиента температуры;

В - индукци  магнитного пол ,

а - размер электропровод щего тела в направлении термомагнитной ЭДС.

I - посто нна  Нернста,

Необходимость в измерении темпера- туры Т2 с помощью термоэлемента отпадает , если измер ть температуру хладагента

5

Тх, причем скорость потока хладагента обеспечить из услови  нав зывани  охлаждаемой поверхности тела температуры потока хладагента (в пределах допустимой погрешности д Т). Тогда искома  температура определ етс  по следующей формуле: h

Ti

UBTT + Tx

(8)

JQ

.g

25

30

35

45 40

50

55

В результате исключаетс  необходимость обеспечени  пр мого контакта термопары с твердым телом и, следовательно, исключаютс  погрешности, св занные с теплоизол ционным эффектом и искажением температурного пол . Это, в свою очередь , позвол ет повысить точность измерени  температуры нагреваемой поверхности .

На фиг. 1,2 приведены схемы, отображающие предложенное устройство: на фиг.З - схема источника регулируемого напр жени .

Устройство содержит магнитопровод 1, катушку 2, электропровод щее исследуемое тело 3, токосъемные контакты 4, холодильник 5 на поверхности тела 3. противоположной нагреваемой тепловым потоком 6, измеритель скорости хладагента 7. измеритель температуры хладагента 8, усилитель 9 с регулируемым коэффициентом усилени , сумматор 10, источник регулируемого напр жени  11, компаратор 12, регул тор расхода хладагента 13. Выход измерител  температуры хладагента 8 подключен к первому входу сумматора 10, второй вход которого через усилитель 9 соединен с токосьемными контактами 4, установленными на боковых поверхност х электропровод щего исследуемого тела 3. Выход сумматора 10 подключен к средствам регистрации , на чертеже не показанным. Измеритель скорости хладагента 7 подключен к первому входу компаратора 12, ко второму входу которого подключен источник регулируемого напр жени  11, а выход компаратора 12 подключен к управл ющему входу регул тора расхода хладагента 13.

Источник регулируемого напр жени  11 может быть выполнен в виде п ти независимых источников 14 регулируемых напр жений , п ти логарифмических преобразователей 15, делител  16, усилителей 17 и источника опорного напр жени  18. Источник опорного напр жени  18 и выходы источников 14 регулируемого напр жени  подключены к соответствующим входам сумматора 19 в следующей последовательности: первый источник 14 регулируемого напр жени  соединен с неинвертирующим входом сумматора 19 через логарифмический преобразователь.

второй источник 14 напр жени  подключен к второму неинвертирующему входу сумматора 19 через последовательно соединенные логарифмический преобразователь и делитель 16с коэффициентом делени  1:4. 5 Третий и четвертый источники 17 регулируемого напр жени  подключены, соответственно , к первому и второму инвертирующему входам сумматора 19 через последовательно соединенные лога- -л рифмический преобразователь 15 и усилитель 17. Источник опорного напр жени  подключен к третьему инвертирующему входу сумматора. П тый источник регулируемого напр жени  14 подключен к третьему неинвертирующему входу сумматора 19 че- ° рез последовательно соединенные логарифмический преобразователь и усилитель 17.

Предложенное устройство работает следующим образом..20

На первый вход компаратора 12 подаетс  сигнал от измерител  7 скорости хладагента , а на второй его вход - напр жение с выхода источника регулируемого напр жени  11. Если напр жение с выхода измери- 25 тел  скорости 7 меньше величины напр жени  с выхода источника 11. то на выходе компаратора 12 формируетс  сигнал , поступающий на управл ющий вход ре- гул тора 13 расхода, вызывающий Q увеличение расхода хладагента. При равенстве сигналов с выходов измерител  скорости 7 и источника 11 компаратор выдает сигнал на прекращение увеличени  расхода хладагента.

Напр жение с контактов 4 подаетс  на 5 вход усилител  9 с регулируемым коэффициентом усилени . Перед измерени ми коэффициент усилени  усилител  9 устанавливаетс  равным h/alB. С выхода усилител  9 сигнал подаетс  на вход сумма- 40 тора 10, на второй вход которого подаетс  сигнал с термочувствительного элемента 8. Сумматор 10 осуществл ет операции суммировани  сигналов, и, как следует из формулы (8), на его выходе формируетс  сигнал. 45 соответствующий температуре нагреваемой поверхности электропровод щего тепа.

В качестве примера рассмотрим определение температуры поверхности пласти- gg ны из закиси меди СиаО, нагреваемой лазерным излучением с тепловым потоком через поверхность Q 102Вт/м2. Наложение внешнего магнитного пол  4650 гс вызывает по вление термомагнитной ЭДС U 55

9мкВ при разности температур Ti-T2 117 С и размерах пластины а 6 мм и h 8,5 мм Посто нна  Нернста I 2,3 10 7 В/тл град Дл  воздуха

Я 257 104 Вт/м.град v 1,33 105м/с

Допустима  погрешность ЗТ 1 град Тогда по формуле (6) получим V 8,4 м/с.

Полага , что измеренна  температура хладагента Тх 20°С, получим по формуле (8) искомую температуру Т1 158°С.

Если в данных услови х термоизол ционный эффект приводит к ошибке измерени  охлаждаемой поверхности в 5 град, то данное техническое решение позвол ет повысить точность измерени  температуры нагреваемой поверхности, соответственно в 5 раз. При этом предполагаетс , что погрешность в формуле (8), св занна  с измерением термомагнитной ЭДС и магнитной индукции, меньше бТ, т.е. 5U ,L 6 В U ,.

(ЗТ:

где 6 U, б В - погрешность измерени  термомагнитной ЭДС и магнитной индукции, соответственно.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  температуры нагреваемой поверхности электропровод щего тела, содержащее термочувствительный элемент, средства дл  наружного охлаждени  хладагентом нагреваемой поверхности электропровод щего тела, источник магнитного пол , два токосъемных контакта дл  сн ти  сигнала с точек боковых поверхностей электропровод щего тела, расположенных на пр мой, параллельной нагреваемой поверхности, и регистратор, отличающеес  тем. что, с целью повышени  точности измерени , устройство снабжено усилителем с регулируемым ко- эффициентом усилени , сумматором, измерителем скорости хладагента, источником регулируемого напр жени , компаратором , регул тором расхода хладагента, концы токосъемных контактов подсоединены к усилителю, выход которого соединен с входом сумматора. другому его входу подключен термочувствительный элемент, помещенный в хладагент, выход сумматора соединен с регистратором, а выходы измерител  скорости хладагента и источника регулируемого напр жени  подключены к входам компаратора, выход которого соединен с управл ющим входом регул тора расхода хладагента.

   А

   С

   6

   J

   (Pud

   ftfttt

   6 Фиг.г

   фигЗ