RU2189569C2

RU2189569C2 - Pneumatic unit for measurement of temperature

Info

Publication number: RU2189569C2
Application number: RU2000101156A
Authority: RU
Inventors: А.М. Пугин; А.Р. Шаяхметова
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: pneumatic units for measurement of temperatures. SUBSTANCE: device has sensitive element, differential amplifier, non-linear member, secondary instrument, two pneumonic resistors, tuning pneumonic resistor, stabilized supply source, one-sided valve and stabilized supply regulator. First input of regulator is connected to out of first pneumonic resistor and input of tuning pneumonic resistor through single-sided valve. Second input of regulator is connected to output of second pneumonic resistor and to input of sensitive element. Third input of regulator is connected to output of power supply source. Output of regulator is connected to input of differential amplifier. EFFECT: enhanced accuracy of measurement at abruptly changing temperature. 3 dwg

Description

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в пневматических устройствах для измерения температуры. The invention relates to thermometry and can be used in pneumatic devices for measuring temperature.

Известно пневматическое устройство для измерения температуры, выполненное в виде мостовой схемы из четырех пневмосопротивлений, одно из которых служит термочувствительным элементом. Измерение производится за счет измерения давления в каналах под действием чувствительного элемента [Авторское свидетельство СССР 678333, М.Кл. G 01 К 5/28, 1979]. Known pneumatic device for measuring temperature, made in the form of a bridge circuit of four pneumatic resistances, one of which serves as a heat-sensitive element. The measurement is carried out by measuring the pressure in the channels under the action of a sensitive element [USSR Copyright Certificate 678333, M.Kl. G 01 K 5/28, 1979].

Недостаткам и устройств а является невысокая точность измерения и отсутствие возможности настройки диапазонов. The disadvantages and devices a is the low accuracy of the measurement and the lack of the ability to adjust ranges.

Известен газовый термометр, работа которого основана на термическом расширении или сжатии газа в термобаллоне [Авторское свидетельство СССР 905661, М.Кл. G 01 К 5/32, 1982]. Known gas thermometer, the work of which is based on thermal expansion or compression of gas in a thermoball [USSR Author's Certificate 905661, M.Kl. G 01 K 5/32, 1982].

Недостатком изобретения является недостаточно широкий диапазон измерений. The disadvantage of the invention is not a wide range of measurements.

Также известно устройство для измерения температуры путем измерения разности плотностей газа в термометрических элементах [Авторское свидетельство СССР 1232957, М.Кл. G 01 К 5/28, 1986]. Also known is a device for measuring temperature by measuring the difference in gas densities in thermometric elements [USSR Author Certificate 1232957, M.Kl. G 01 K 5/28, 1986].

Недостатком изобретения является невысокая точность измерений. The disadvantage of the invention is the low accuracy of the measurements.

Существует способ определения температуры путем измерения разности давлений газа в двух герметизированных объемах с начальной разностью давлений между объемами, формирование которой осуществляют при одинаковой температуре (Авторское свидетельство 1645852, М.Кл G 01 R 5/28, 1991]. There is a method for determining the temperature by measuring the difference in gas pressures in two sealed volumes with the initial pressure difference between the volumes, the formation of which is carried out at the same temperature (Copyright certificate 1645852, M. Cl G 01 R 5/28, 1991].

Недостатком способа также является невысокая точность измерения. The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является пневматическое устройство, которое выполнено в виде мостовой схемы из четырех пневмосопротивлений, два из которых служат термочувствительным элементом и построечным пневмосопротивлением. Также устройство содержит нелинейный элемент, дифференциальный усилитель, стабилизированный источник питания, к которому подключены два параллельных пневмосопротивлевия, вторичный прибор и подстроечиое пневмосопротивлеиие, подключенное к выходу одного из пневмосопротивлеиий и к одному из входов нелинейного элемента, к симметричному входу которого подсоединены чувствительный элемент и выход другого пневмосопротивдения. Выходы нелинейного элемента подключены ко входу дифференциального усилителя, выходы которого подключены ко входу вторичного прибора. Нелинейный элемент представляет собой две камеры, соединенные соплами с атмосферой, между которыми расположена эластичная мембрана [Авторское свидетельство СССР 901840, М. Кл. G 01 К 5/28, 1982]. The closest in technical essence and the achieved result to the declared one is a pneumatic device, which is made in the form of a bridge circuit of four pneumatic resistances, two of which serve as a thermosensitive element and construction pneumatic resistance. The device also contains a non-linear element, a differential amplifier, a stabilized power source, to which two parallel pneumatic resistors, a secondary device and a tunable pneumatic resistor are connected, connected to the output of one of the pneumatic resistors and to one of the inputs of the nonlinear element, to the symmetric input of which a sensitive element and the output of the other are connected pneumoresistance. The outputs of the nonlinear element are connected to the input of the differential amplifier, the outputs of which are connected to the input of the secondary device. The non-linear element consists of two chambers connected by nozzles to the atmosphere, between which an elastic membrane is located [USSR Author's Certificate 901840, M. Kl. G 01 K 5/28, 1982].

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения при резких изменениях температуры. A disadvantage of the known device is the low measurement accuracy with sudden changes in temperature.

Задача изобретения - повышение точности измерений при резких изменениях температуры за счет введения в пневматическое устройство регулятора подачи стабилизированного питания. The objective of the invention is to increase the accuracy of measurements during sudden changes in temperature due to the introduction of a stabilized power supply regulator into the pneumatic device.

Поставленная задача достигается тем, что в пневматическое устройство для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент, дифференциальный усилитель, нелинейный элемент, вторичный прибор, два пневмосопротивления, построечное пневмосопротивление, источник стабилизированного питания и односторонний клапан, введен регулятор подачи стабилизированного питания, первый вход которого подключен к выходу первого пневмосопротивления и входу подстроечного пневмосопротивления, второй вход - через односторонний клапан к входу чувствительного элемента и выходу второго пневмосопротивлення, третий - к стабилизированному источнику питания а выход регулятора подачи стабилизированного питания - к питающему входу дифференциального усилителя. This object is achieved in that in a pneumatic device for measuring temperature, containing a sensing element, a differential amplifier, a nonlinear element, a secondary device, two pneumatic resistors, a tuning pneumatic resistance, a stabilized power supply and a one-way valve, a stabilized power supply regulator is introduced, the first input of which is connected to the output of the first pneumatic resistance and the input of the tuning pneumatic resistance, the second input through a one-way valve to the input of feelings to the elements and the second output pnevmosoprotivlennya third - a constant power supply and the output of the stabilized power supply regulator - to the supply input of the differential amplifier.

Сущность устройства поясняется чертежами. На фиг.1 представлена блок-схема пневматического устройства для измерения температуры; на фиг.2 - нелинейный элемент, разрез; на фиг.3 - регулятор подачи стабилизированного питания, разрез. The essence of the device is illustrated by drawings. Figure 1 presents a block diagram of a pneumatic device for measuring temperature; figure 2 is a nonlinear element, section; figure 3 - regulator feed stabilized power, section.

Пневматическое устройство для измерения температуры содержит чувствительный элемент 1, дифференциальный усилитель 2, нелинейный элемент 3, вторичный прибор 4, регулятор подачи стабилизированного питания 5, пневмосопротивления 6 и 7, построечное пневмосопротивление 8, источник 9 стабилизированного питания, односторонний клапан 10 и соединительные каналы 11-28. Нелинейный элемент 3 состоит из корпусов 29 и 30, между которыми расположена эластичная мембрана 31, образующая камеры 32 и 33. На мембране 31 имеется заслонка 34. На корпусе 29 имеется вход 35, соединенный с каналом 18, выход 36, соединенный с каналом 20 и сопло 37, соединенное с атмосферой. На корпусе 30 имеются вход 38 и выход 39, соединенные соответственно с каналами 15 и 21, и сопло 40, соединенное с атмосферой. Источник 9 питания соединенен с каналом 11, который разветвляется на каналы 12, 13 и 24 соответственно к входу пневмосопротивлений 6 и 7, и к третьему входу регулятора подачи стабилизированного питания 5. Выход пневмосопротивления 7 соединен посредством канатов 17 и 18 с одним из входов нелинейного элемента 3, а посредством канала 25 через односторонний клапан 10 - с регулятором подачи стабилизированного питания 5 и одновременно каналом 19 со входом построечного пневмосопротивления 8. Выход пневносопротивления 6 соединен со вторым входом нелинейного элемента 3 посредством каналов 14 и 15, с регулятором подачи стабилизированного питания 5 посредством каналов 14 и 26 и одновременно каналами 14 и 16 со входом чувствительного элемента 1. Выходы нелинейного элемента 3 через сопла 37 и 40 соединены с атмосферой, а каналами 20 и 21 соединены со входами дифференциального усилителя 2, выходы которого каналами 22 и 23 соединены со вторичным прибором 4 например дифманометром. Регулятор подачи стабилизированного питания 5 состоит из двух камер 41 и 42, между которыми расположена эластичная мембрана 43, на которой закреплен шток 45; камеры соединены калибровочным отверстием 44. Вход 46 регулятора подачи стабилизированного питания 5 через каналы 17, 18 и 25, а также 18, 19 и 25 соответственно соединен с выходом пневмосопротивлеиия 7 и входом построечного пневмосопротивления 8; вход 47 через каналы 14, 15 и 26, а также 15, 16 и 26 - соответственно с выходом пневмосопротивления 6 и входом чувствительного элемента 1. Канал 24 соединен с выходом источника 9 питания через канал 11 и связан со входом дифференциального усилителя 2 посредством перекрывающегося канала 27 и канала 28. The pneumatic device for measuring temperature contains a sensing element 1, a differential amplifier 2, a nonlinear element 3, a secondary device 4, a stabilized power supply regulator 5, a pneumatic resistance 6 and 7, a pneumatic resistance tuning 8, a stabilized power supply 9, a one-way valve 10 and connecting channels 11- 28. Non-linear element 3 consists of housings 29 and 30, between which an elastic membrane 31 is located, forming chambers 32 and 33. On the membrane 31 there is a shutter 34. On the housing 29 there is an inlet 35 connected to the channel 18, an outlet 36 connected to the channel 20 and nozzle 37 connected to the atmosphere. On the housing 30 there is an input 38 and an output 39, respectively connected to the channels 15 and 21, and a nozzle 40 connected to the atmosphere. The power source 9 is connected to a channel 11, which branches into channels 12, 13 and 24, respectively, to the input of the pneumatic resistances 6 and 7, and to the third input of the stabilized power supply regulator 5. The output of the pneumatic resistance 7 is connected via ropes 17 and 18 to one of the inputs of the nonlinear element 3, and through channel 25 through a one-way valve 10, with a stabilized power supply regulator 5 and simultaneously channel 19 with the input of the build-in pneumatic resistance 8. The output of the pneumatic resistance 6 is connected to the second input of the nonlinear element 3 through channels 14 and 15, with a stabilized power supply regulator 5 through channels 14 and 26 and simultaneously channels 14 and 16 with the input of the sensing element 1. The outputs of the nonlinear element 3 through nozzles 37 and 40 are connected to the atmosphere, and channels 20 and 21 are connected with the inputs of a differential amplifier 2, the outputs of which are connected by channels 22 and 23 to a secondary device 4, for example a differential pressure gauge. The stabilized power supply regulator 5 consists of two chambers 41 and 42, between which an elastic membrane 43 is located, on which the rod 45 is fixed; the cameras are connected by a calibration hole 44. The input 46 of the stabilized power supply regulator 5 through channels 17, 18 and 25, as well as 18, 19 and 25, respectively, is connected to the output of the pneumatic resistance 7 and the input of the built-in pneumatic resistance 8; the input 47 through channels 14, 15 and 26, as well as 15, 16 and 26, respectively, with the output of the resistance 6 and the input of the sensing element 1. Channel 24 is connected to the output of the power source 9 through channel 11 and connected to the input of the differential amplifier 2 through an overlapping channel 27 and channel 28.

Устройство работает следующим образом При подключении источника 9 питания в каналах 11, 12, 13, и 24 возникает избыточное давление, которое через пневмосопротивление 7 по каналам 17-19 передается на вход 35 нелинейного элемента 3, на вход построечного пневмосопротивления 8 и через односторонний клапан 10 по каналам 17, 18 и 25 - на вход 46 регулятора подачи стабилизированного питания 5, а через пневмосопротивление 6 по каналам 14-16 подается на вход 38 нелинейного элемента 3, на вход термочувствительного элемента 1 и через каналы 14 и 26 - на вход 47 регулятора подачи стабилизированного питания 5. Одновременно газ постоянного давления поступает по каналу 24 на вход регулятора подачи стабилизированного питания 5, с выхода которого по каналу 28 газ постоянного давления поступает на вход питания дифференциального усилителя 2. На выходах 22 и 23 дифференциального усилителя 2 появляется избыточная разность давлении, которая поступает во вторичный прибор 4. При помощи построечного пневмосопротивления 8 устанавливается избыточное давление, соответствующее начальной точке шкалы вторичного прибора 4, причем во время подстройки необходимо, чтобы сопло 37 не сообщалось с атмосферой. Избыточное давление также поступает по каналу 25 через односторонний клапан 10 и по каналу 26 соответственно в камеры 41 и 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5 Следовательно, в момент начальной настройки давление в камерах 41 и 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5 одинаково, и шток 45 находится в среднем положении. При повышении температуры измеряемой среды благодаря чувствительному элементу 1 поднимается давление в каналах 14-16, которое передается в камеру 33 через вход 38 нелинейного элемента 3, одновременно сообщается с атмосферой через сопло 40 и через выход 39 и канал 21 поступает на вход дифференциального усилителя 2. Одновременно избыточное давление по каналу 26 через вход 47 поступает в камеру 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5, поднимая шток 45. Шток 45 в свою очередь увеличивает сечение перекрывающегося канала 27, в результате чего дополнительное давление поступает через канал 28 на вход питания дифференциального усилителя 2, усиливая показания вторичного прибора 4 в начальный момент изменения температуры. Затем за счет калибровочного отверстия 44 давления в камерах 41 и 42 уравновешиваются и мембрана 43 возвращается в первоначальное положение, опуская шток 45 в среднее положение. При дальнейшем увеличении температуры поднимается давление в камере 33 и эластичной мембраной 31, заслонкой 34 постепенно перекрываются сопла 37 и 40. После перекрытия сопел 37 и 40 давление в камерах 32 и 33 нелинейного элемента 3 соответственно через каналы 20 и 21 подается на входы дифференциального усилителя 2, через выходы 22, 23 которого поступает на вторичный прибор 4. Этот момент соответствует началу диапазона измерений. Шкала вторичного прибора 4 может быть отградуирована в градусах Цельсия, по Фаренгейту и пр. The device operates as follows. When a power supply 9 is connected in channels 11, 12, 13, and 24, overpressure occurs, which is transmitted through pneumatic resistance 7 through channels 17-19 to input 35 of nonlinear element 3, to input of built-in pneumatic resistance 8, and through one-way valve 10 through channels 17, 18 and 25 - to the input 46 of the stabilized power supply regulator 5, and through pneumatic resistance 6 through channels 14-16 it is supplied to the input 38 of the nonlinear element 3, to the input of the heat-sensitive element 1, and through channels 14 and 26 to the input 47 of the controller hearth ni of stabilized power supply 5. At the same time, constant pressure gas enters through channel 24 to the input of the stabilized power supply regulator 5, from the output of which through channel 28 direct current gas enters the power input of differential amplifier 2. An excess pressure difference appears at the outputs 22 and 23 of differential amplifier 2 , which enters the secondary device 4. Using the build-in pneumatic resistance 8, an excess pressure is set corresponding to the starting point of the scale of the secondary device 4, and in adjustment time is necessary that the nozzle 37 does not communicate with the atmosphere. Excessive pressure also flows through channel 25 through a one-way valve 10 and through channel 26, respectively, to the chambers 41 and 42 of the stabilized power supply regulator 5 Therefore, at the time of initial setup, the pressure in the chambers 41 and 42 of the stabilized power supply regulator 5 is the same, and the rod 45 is in middle position. With increasing temperature of the medium being measured, the pressure in channels 14-16 rises due to the sensitive element 1, which is transmitted to the chamber 33 through the input 38 of the nonlinear element 3, is simultaneously communicated with the atmosphere through the nozzle 40 and through the output 39 and channel 21 enters the input of the differential amplifier 2. At the same time, the overpressure through the channel 26 through the inlet 47 enters the chamber 42 of the stabilized power supply regulator 5, raising the rod 45. The rod 45, in turn, increases the cross section of the overlapping channel 27, resulting in an additional The relative pressure enters through the channel 28 to the power input of the differential amplifier 2, amplifying the readings of the secondary device 4 at the initial moment of the temperature change. Then, due to the calibration hole 44, the pressures in the chambers 41 and 42 are balanced and the membrane 43 returns to its original position, lowering the rod 45 to the middle position. With a further increase in temperature, the pressure in the chamber 33 and the elastic membrane 31 rises, the nozzles 37 and 40 gradually shut off with the shutter 34. After the nozzles 37 and 40 are blocked, the pressure in the chambers 32 and 33 of the nonlinear element 3 is respectively supplied through the channels 20 and 21 to the inputs of the differential amplifier 2 through the outputs 22, 23 of which is supplied to the secondary device 4. This moment corresponds to the beginning of the measuring range. The scale of the secondary device 4 can be calibrated in degrees Celsius, Fahrenheit, etc.

Однако при быстром изменении температуры показания вторичного прибора 4 отстают от ее реального изменения за счет инерционности всей системы. Для компенсации инерционности системы с каналов 16 и 26 давление поступает в камеру 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5 Односторонний клапан 10 не пропускает давление из канала 25 в канал 18. Из-за перепада давления а камерах 41 и 42 мембрана 43 отклоняется, двигая шток 45, который в свою очередь увеличивает подачу стабилизированного питания на дифференциальный усилитель 2. Если измеряемая температура перестает изменяться, давление в камерах 41 и 42 выравнивается за счет калибровочного отверстия 44. Изменяя сечение калибровочного отверстия 44, регулируют величину компенсации замера температуры; то есть, чем больше сечение, тем меньше компенсация. Величина компенсации зависит от условий, в которых будет работать устройство. However, with a rapid change in temperature, the readings of the secondary device 4 lag behind its actual change due to the inertia of the entire system. To compensate for the inertia of the system from channels 16 and 26, the pressure enters the chamber 42 of the stabilized power supply regulator 5 One-way valve 10 does not pass pressure from the channel 25 to the channel 18. Due to the pressure difference in the chambers 41 and 42, the membrane 43 deviates by moving the stem 45, which in turn increases the supply of stabilized power to differential amplifier 2. If the measured temperature stops changing, the pressure in the chambers 41 and 42 is equalized by the calibration hole 44. By changing the cross section of the calibration opening Tiy 44, adjust the compensation value of the temperature measurement; that is, the larger the cross section, the lower the compensation. The amount of compensation depends on the conditions in which the device will operate.

При уменьшении измеряемой температуры происходит уменьшение сечения перекрывающегося канала 27 штоком 45 и мембраной 43, которая прогибается в противоположную сторону из-за начальной разницы давлений в камерах 41 и 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5. When the measured temperature decreases, the cross section of the overlapping channel 27 decreases with the rod 45 and the membrane 43, which bends in the opposite direction due to the initial pressure difference in the chambers 41 and 42 of the stabilized power supply regulator 5.

Итак, предлагаемое устройство обеспечивает более точное измерение при быстро меняющихся значениях температуры, которые могут теряться за счет инерционности системы. So, the proposed device provides a more accurate measurement at rapidly changing temperature values that can be lost due to the inertia of the system.

Claims

A pneumatic temperature measuring device containing a sensing element, a differential amplifier, a nonlinear element, a secondary device, two pneumatic resistances, a trimming pneumatic resistor, a stabilized power supply and a one-way valve, characterized in that a stabilized power supply regulator is introduced into it, the first input of which is connected through a one-way a valve to the output of the first pneumatic resistance and the input of the trimmer pneumatic resistance, the second to the output of the second pneumatic resistance the sensing element and the input, the third to the output of the power source, and the output of the stabilized power supply regulator is connected to the input of the differential amplifier.