RU2030717C1

RU2030717C1 - Device for measuring temperature difference

Info

Publication number: RU2030717C1
Authority: RU
Inventors: И.С. Елизаров; А.А. Тарасиков; В.П. Маркин
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: device has Whetstone bridge 1, six temperature-sensitive resistor 2-8, two DC power source 6,9, and indicator 10. EFFECT: enhanced accuracy of measurements. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение касается температурных и тепловых измерений и может быть использовано в теплотехнике, приборостроении и автоматизации производств. The invention relates to temperature and thermal measurements and can be used in heat engineering, instrumentation and industrial automation.

Известно устройство для измерения разности температур [1], построенное по схеме дифференциального моста с двумя терморезисторами в смежных плечах. A device for measuring the temperature difference [1], built according to the differential bridge with two thermistors in adjacent shoulders.

Недостатком известного устройства является его малая чувствительность, что связано с технологическими ограничениями в плане обеспечения высокого температурного коэффициента сопротивления (ТКС) у терморезисторов. A disadvantage of the known device is its low sensitivity, which is associated with technological limitations in terms of providing a high temperature coefficient of resistance (TCS) for thermistors.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения разности температур [2]. Это устройство построено по схеме моста Уитстона, в плечи которого подключены терморезисторы с ТКС одного знака, при этом из терморезисторов противоположных плеч моста образованы датчики с выводом терморезисторов на рабочие поверхности, а источник постоянного напряжения и индикатор включены соответственно в питающую и измерительную диагонали моста, Устройство имеет недостаточную чувствительность. The closest in technical essence and the achieved result is a device for measuring the temperature difference [2]. This device is constructed according to the scheme of the Wheatstone bridge, in the shoulders of which thermistors with a TCS of the same sign are connected, sensors are formed from thermistors of opposite arms of the bridge with the output of the thermistors to the working surfaces, and the constant voltage source and indicator are included respectively in the supply and measuring diagonals of the bridge. has insufficient sensitivity.

Цель изобретения - повышение чувствительности. The purpose of the invention is to increase sensitivity.

Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее источник постоянного напряжения, индикатор и мост Уитстона, в плечи которого подключены четыре терморезистора с ТКС одного знака, при этом терморезисторы, подсоединенные к разноименным полюсу источника постоянного напряжения и контакту индикатора, являются первым датчиком температуры, а терморезисторы, подсоединенные к одноименным полюсу источника постоянного напряжения и контакту индикатора, являются вторым датчиком температуры, источник постоянного напряжения и индикатор включены соответственно в питающую и измерительную диагонали моста, дополнительно введены пятый и шестой терморезисторы с ТКС того же знака и второй источник постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к одноименному полюсу первого источника постоянного напряжения, а другим - к соединенным друг с другом выводам пятого и шестого терморезисторов, вторые выводы которых подключены к измерительной диагонали моста Уитстона, причем пятый терморезистор введен в первый датчик, а шестой - во второй датчик. Для расширения области использования устройство снабжено корпусом, на противоположных рабочих поверхностях которого размещены соответственно первый и второй датчики. This is achieved by the fact that in a known device containing a constant voltage source, an indicator and a Wheatstone bridge, four thermistors with a TCS of the same sign are connected to its shoulders, while the thermistors connected to the opposite pole of the constant voltage source and the indicator contact are the first temperature sensor, and thermistors connected to the same pole of the constant voltage source and the indicator terminal are the second temperature sensor, the constant voltage source and indicator included respectively in the supply and measuring diagonals of the bridge, additionally introduced the fifth and sixth thermistors with TCS of the same sign and a second DC voltage source connected by one pole to the same pole of the first DC voltage source and the other to the fifth and sixth thermistors connected to each other , the second conclusions of which are connected to the measuring diagonal of the Wheatstone bridge, with the fifth thermistor introduced into the first sensor, and the sixth into the second sensor. To expand the scope of use, the device is equipped with a housing, on the opposite working surfaces of which are placed the first and second sensors, respectively.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - пример конструктивного выполнения измерителя разности температур; на фиг.3 - пример конструктивного выполнения устройства, используемого для измерения тепловых потоков. In FIG. 1 shows a circuit diagram of the proposed device; in FIG. 2 is an example of a structural embodiment of a temperature difference meter; figure 3 is an example of a structural embodiment of the device used to measure heat fluxes.

Устройство для измерения разности температур содержит основной мост Уитстона 1, включающий терморезисторы 2-5 с ТКС одного знака в своих плечах и первый источник 6 постоянного напряжения, два дополнительных терморезистора 7 и 8 с ТКС того же знака, что и терморезисторы 2-5, и второй источник 9 постоянного напряжения, подсоединенный одним полюсом к одноименному полюсу первого источника 6, а другим - к соединенным один с другим выводам дополнительных терморезисторов 7 и 8, вторые выводы которых подключены к измерительной диагонали моста Уитстона 1, и общий индикатор 10. The device for measuring the temperature difference contains the main Wheatstone bridge 1, including thermistors 2-5 with a TCS of the same sign in their shoulders and a first DC voltage source 6, two additional thermistors 7 and 8 with a TCS of the same sign as the thermistors 2-5, and the second DC voltage source 9, connected by one pole to the same pole of the first source 6, and by the other to the terminals of additional thermistors 7 and 8 connected to one another, the second terminals of which are connected to the measuring diagonal of Wheatstone bridge 1 , and general indicator 10.

Терморезисторы 3, 5 и 7 конструктивно образуют первый датчик 11 температуры, помещенный в зону измерения с температурой Т₁. Терморезисторы 2,4 и 8 конструктивно образуют второй датчик 12 температуры, помещенный в другую зону измерения с температурой Т₂. Чувствительные элементы терморезисторов первого датчика 11 выведены на его рабочую поверхность 13, а чувствительные элементы терморезисторов второго датчика 12 - на его рабочую поверхность 14. Датчики 11 и 12 соединены с блоком 15 источников постоянного напряжения и индикатором 10 гибкими кабелями 16 и 17. Терморезисторы, выведенные на рабочие поверхности 13 и 14, в ходе измерений сопрягаются с поверхностями зон контроля температуры.Thermistors 3, 5 and 7 constructively form the first temperature sensor 11, placed in the measurement zone with a temperature T ₁ . Thermistors 2,4 and 8 constructively form a second temperature sensor 12, placed in another measurement zone with a temperature T ₂ . The sensitive elements of the thermistors of the first sensor 11 are displayed on its working surface 13, and the sensitive elements of the thermistors of the second sensor 12 are placed on its working surface 14. The sensors 11 and 12 are connected to the DC power supply unit 15 and the indicator 10 by flexible cables 16 and 17. The thermistors output on the working surfaces 13 and 14, during the measurements they are mated to the surfaces of the temperature control zones.

При приведении в механический контакт датчиков 11 и 12 друг с другом (фиг. 3) таким образом, что их рабочие поверхности 13 и 14 ориентированы в разные стороны (т. е. рабочие поверхности 13 и 14 друг с другом не сопрягаются), оба датчика 11 и 12 как одно целое представляют корпус 18 объемной формы (например, в виде объемного диска). При измерении корпус 18 объемной формы будет выполнять роль первичного преобразователя теплового потока. When bringing the sensors 11 and 12 into mechanical contact with each other (Fig. 3) in such a way that their working surfaces 13 and 14 are oriented in different directions (that is, the working surfaces 13 and 14 do not mate with each other), both sensors 11 and 12, as a whole, represent the body 18 volumetric shape (for example, in the form of a volume disk). When measuring the body 18 volumetric form will serve as the primary transducer of the heat flux.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При отсутствии разности температур и при одинаковых характеристиках терморезисторов 2,3,4 и 5 в мосте 1 имеет место баланс сопротивлений его плеч, мост 1 не генерирует ток в индикаторную цепь. Аналогично образованный вспомогательный мост Уитсона из терморезисторов 3,4,7 и 8 и второго источника 9, имеющий одинаковые с вышеуказанными характеристики терморезисторов, также не генерирует ток в индикаторную цепь. В этом случае нулевому значению разности температур соответствует нулевая величина показаний индикатора 10. In the absence of a temperature difference and with the same characteristics of thermistors 2,3,4 and 5 in the bridge 1 there is a balance of resistance of its shoulders, the bridge 1 does not generate current in the indicator circuit. A similarly formed Witson auxiliary bridge from thermistors 3,4,7 and 8 and the second source 9, having the same characteristics as the thermistors above, also does not generate current in the indicator circuit. In this case, the zero value of the temperature difference corresponds to the zero value of the readings of indicator 10.

При наличии разности температур (Т₁-Т₂) на рабочих поверхностях 13 и 14 датчиков 11 и 12, сопрягаемых с зонами измерения, имеет место разбаланс как основного моста 1, так и вспомогательного моста. При этом токи, генерируемые этими мостами, при прохождении через индикатор 10 суммируются. Этим достигается увеличение показаний индикатора 10 при заданном значении разности температур по сравнению с прототипом, включающим только один (основной) мост Уитстона.In the presence of a temperature difference (T ₁ -T ₂ ) on the working surfaces 13 and 14 of the sensors 11 and 12, interfaced with the measurement zones, there is an imbalance of both the main bridge 1 and the auxiliary bridge. In this case, the currents generated by these bridges, when passing through the indicator 10 are summed up. This achieves an increase in the readings of indicator 10 at a given value of the temperature difference compared with the prototype, which includes only one (main) Wheatstone bridge.

При использовании устройства в качестве измерителя тепловых потоков рабочую поверхность 13 корпуса 18 ориентируют перпендикулярно вектору распространения измеряемого теплового потока. Этот тепловой поток нагревает рабочую поверхность 13, затем, проходя через корпус 18, нагревает другую рабочую поверхность 14. При этом устанавливается определенная разность температур между рабочими поверхностями 13 и 14 вследствие наличия термического сопротивления корпуса 18. Указанная разность температур для плоского диска, которым является корпус 18, пропорциональна тепловому потоку, проходящему через этот диск. When using the device as a heat flow meter, the working surface 13 of the housing 18 is oriented perpendicular to the propagation vector of the measured heat flux. This heat flow heats the working surface 13, then, passing through the housing 18, heats another working surface 14. In this case, a certain temperature difference is established between the working surfaces 13 and 14 due to the thermal resistance of the housing 18. The indicated temperature difference for a flat disk, which is the housing 18 is proportional to the heat flux passing through this disk.

Использование изобретения позволит повысить чувствительность не менее, чем в 1,5 раза, а следовательно, расширить диапазон измерения малых и сверхмалых величин разности температур и тепловых потоков. Подобные устройства найдут применение как в области техники для создания более совершенных технологий, так и в области медицины при проведении термодиагностики больных. Using the invention will increase the sensitivity of not less than 1.5 times, and therefore expand the measurement range of small and ultra-small values of the difference in temperature and heat fluxes. Such devices will find application both in the field of technology to create more advanced technologies, and in the field of medicine during thermal diagnostics of patients.

Claims

1. DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE DIFFERENCE, containing a constant voltage source, indicator and Wheatstone bridge, in the shoulders of which are connected four thermistors with a temperature coefficient of resistance of the same sign, while thermistors connected to the opposite pole of the constant voltage source and indicator contact are the first temperature sensor and the thermistors connected to the same pole of the constant voltage source and the indicator terminal are the second temperature sensor, a constant voltage source and an indicator are included respectively in the supply and measuring diagonals of the bridge, characterized in that, in order to increase sensitivity, a fifth and sixth thermistors with a temperature coefficient of the same sign and a second constant voltage source connected to one pole by the same name are additionally introduced into it the first DC voltage source, and the other to the terminals of the fifth and sixth thermistors connected to each other, the second terminals of which are connected to the measuring di Gonal Wheatstone bridge, the fifth thermistor inserted into the first sensor, and the sixth - a second sensor.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is provided with a housing, on the opposite working surfaces of which are placed the first and second sensors, respectively.