RU2193170C2

RU2193170C2 - Temperature measuring gage

Info

Publication number: RU2193170C2
Application number: RU98123722/28A
Authority: RU
Inventors: Б.К. Григоровский; В.А. Чернушко; В.А. Языков
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2002-11-20

Abstract

FIELD: measurement technology; temperature measuring technology by measuring infra-red oscillations frequency in gas of definite volume. SUBSTANCE: device includes hermetic thermal bulb filled with gas with membrane having flexural center, acoustic low-pass filter and automatic frequency control system. Flexural center of membrane is made in form of body of varying reference mass - in form of electromagnet with windings and weights. Thermal bulb is made in form of two hemispheres. EFFECT: enhanced accuracy of measurements. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике температурных измерений и может быть использовано как устройство общепромышленного назначения в метеорологии для поверки термометров. The invention relates to techniques for temperature measurements and can be used as a device for general industrial use in meteorology for checking thermometers.

Известны устройства для измерения температуры, использующие в качестве термодинамического тела газ, в которых температура представляется давлением газа. Known devices for measuring temperature, using gas as a thermodynamic body, in which the temperature is represented by gas pressure.

Однако высокая потенциальная точность измерения температуры в подобных устройствах технически трудно достижима (Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика. М., "Наука", 1979 г., стр.23-28). However, the high potential accuracy of temperature measurement in such devices is technically difficult to achieve (DV Sivukhin. General course of physics. Thermodynamics and molecular physics. M., Nauka, 1979, pp. 23-28).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство измерения температуры по частоте инфразвуковых резонансных колебаний в газе выделенного объема:

где S - эффективная площадь мембраны, создающая колебания в газе выделенного объема V₀; μ и М - масса и молекулярная масса газа, R - универсальная газовая постоянная, m - масса жесткого центра мембраны, Т - температура (Б.К. Григоровский. Газовые инфразвуковые измерительные системы. Метрология 3. 1993 г.).Closest to the proposed device is a device for measuring temperature by the frequency of infrasonic resonant oscillations in a gas of allocated volume:

where S is the effective area of the membrane, which creates oscillations in the gas of the allocated volume V ₀ ; μ and M are the mass and molecular weight of the gas, R is the universal gas constant, m is the mass of the rigid center of the membrane, T is temperature (B.K. Grigorovsky. Gas infrasound measuring systems. Metrology, 1993).

Недостатком известного устройства является неопределенность массы μ газа, заключенного в термопатрон, например, вследствие частичной утечки газа из термопатрона, что снижает точность измерения. A disadvantage of the known device is the uncertainty of the mass μ of gas enclosed in the thermocouple, for example, due to partial leakage of gas from the thermocouple, which reduces the accuracy of the measurement.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. The purpose of the invention is to improve the accuracy of temperature measurement.

Поставленная цель достигается тем, что масса жесткого центра выполнена в виде тела переменной эталонной массы. This goal is achieved in that the mass of the rigid center is made in the form of a body of variable reference mass.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для измерения температуры. The drawing shows a diagram of the proposed device for measuring temperature.

Устройство содержит термопатрон 1, мембрану 2, акустический фильтр низких частот - капилляр 3, частомер 4, генератор управляемой частоты 5, фазочувствительное устройство 6, датчик пульсации давления 7, привод 8, электромагнит 9, обмотки 10 электромагнита, грузы 11, лунки 12 для хранения грузов. The device contains a thermal cartridge 1, a membrane 2, an acoustic low-pass filter - a capillary 3, a frequency meter 4, a controlled frequency generator 5, a phase-sensitive device 6, a pressure pulsation sensor 7, a drive 8, an electromagnet 9, an electromagnet winding 10, loads 11, and wells 12 for storage cargo.

Работает устройство следующим образом. Термопатрон 1 помещается в область пространства, температуру которой необходимо измерить. Газ в термопатроне приобретает температуру Т окружающей среды. Генератор 5 путем воздействия на привод 8 приводит в колебательное движение жесткий центр 9 мембраны 2, при этом в обеих камерах термопатрона 1 создаются равные и противофазные пульсации давления. Акустический фильтр 3 выравнивает статическое давление газа по обе стороны мембраны 2, а для пульсации давления газа представляет большое сопротивление. Сигнал, пропорциональный возникающим пульсациям давления, в одной из камер воспринимается датчиком давления 7 и подается на вход фазочувствительного устройства 6, равен нулю лишь при сдвиге фаз сигналов на его входах 90^o. Иначе, схема, состоящая из датчика давления 7, управляемого генератора 5 фазочувстительного устройства 6, работает как система фазовой автоподстройки частоты инфразвукового резонанса:

где m₁ - масса электромагнита 9 без грузов 11.The device operates as follows. The thermocouple 1 is placed in the area of space, the temperature of which must be measured. The gas in the thermal cartridge acquires the ambient temperature T. The generator 5, by acting on the actuator 8, vibrates the rigid center 9 of the membrane 2, while equal and antiphase pressure pulsations are created in both chambers of the thermocouple 1. An acoustic filter 3 equalizes the static pressure of the gas on both sides of the membrane 2, and for pulsation of the gas pressure is a great resistance. A signal proportional to the arising pressure pulsations is sensed in one of the chambers by a pressure sensor 7 and fed to the input of the phase-sensitive device 6, is equal to zero only when the phase shift of the signals at its inputs is 90 ^o . Otherwise, the circuit consisting of a pressure sensor 7, a controlled generator 5 of the phase-sensing device 6, works as a phase-locked loop system for the frequency of the infrasound resonance:

where m ₁ is the mass of the electromagnet 9 without cargo 11.

При той же самой температуре Т изменяют частоту резонанса путем присоединения к массе электромагнита 9 массы грузов 11:

где m₂ - масса электромагнита с грузами 11.At the same temperature T, the resonance frequency is changed by connecting to the mass of the electromagnet 9 the mass of the cargo 11:

where m ₂ is the mass of the electromagnet with cargo 11.

Изменения массы электромагнита от значения m₁ до значения m₂ достигается включением обмотки 10 электромагнита под электрическое напряжение. Выполнение жесткого центра мембраны в виде тела переменной массы позволит определить массу тела, находящегося в термопатроне, по формуле

,
что снижает неопределенность массы μ тела находящегося в термопатроне, и тем самым повышает точность и достоверность измерения. Для повышения надежности работы термопатрон выполнен в виде двух полусфер с лунками для приема эталонной массы, выполненной в форме шара.Changes in the mass of the electromagnet from the value of m ₁ to the value of m _{2 is} achieved by turning on the winding 10 of the electromagnet under electrical voltage. The implementation of the rigid center of the membrane in the form of a body of variable mass will allow you to determine the mass of the body located in the thermal cartridge, according to the formula

,
which reduces the uncertainty of the mass μ of the body located in the thermal cartridge, and thereby increases the accuracy and reliability of the measurement. To increase the reliability of the operation, the thermo cartridge is made in the form of two hemispheres with holes for receiving a reference mass made in the shape of a ball.

Claims

A device for measuring temperature, containing a sealed gas filled thermocouple, a membrane with a rigid center placed inside it, an acoustic low-pass filter and a phase-locked loop, characterized in that the rigid center of the membrane is made in the form of a body of variable reference mass - in the form of an electromagnet with windings and cargo, and the thermocartridge - in the form of two hemispheres with holes.