RU2760923C1 - Device for measuring small temperature differences - Google Patents

Device for measuring small temperature differences Download PDF

Info

Publication number
RU2760923C1
RU2760923C1 RU2020143006A RU2020143006A RU2760923C1 RU 2760923 C1 RU2760923 C1 RU 2760923C1 RU 2020143006 A RU2020143006 A RU 2020143006A RU 2020143006 A RU2020143006 A RU 2020143006A RU 2760923 C1 RU2760923 C1 RU 2760923C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
unit
temperature
controlled
difference
Prior art date
Application number
RU2020143006A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Лубков
Юрий Александрович Попов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН)
Priority to RU2020143006A priority Critical patent/RU2760923C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760923C1 publication Critical patent/RU2760923C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring technology.
SUBSTANCE: device relates to measuring technology, namely, measuring the temperature gradient of objects using thermocouples, and can be used in industries and scientific experiments as part of automated control systems (ACS) in conditions of high levels of electrical interference. As a rule, the task of the automated control system is to automatically adjust the temperature of the object so that the gradient value between the selected points has a minimum value or is maintained at a given level. A device for measuring small temperature differences is claimed, in which the midpoint of the differential thermocouple connection is connected to a common point of the measuring node, as which an instrumental difference amplifier with symmetrical inputs is installed, and a switching controlled relay is installed between the differential thermocouple and the instrumental difference amplifier with the possibility of disconnecting the differential thermocouple and connecting resistors instead of it, the values of which are equivalent to the thermocouple resistances.
EFFECT: increase in noise immunity against external electromagnetic influences, an increase in the accuracy of measurements of small temperature differences, ensuring the possibility of use in automated control systems, as well as the expansion of functionality.
2 cl, 1 il.

Description

Устройство относится к измерительной технике, а именно, к измерению градиента температуры объектов с помощью термопар, и может быть использовано в отраслях промышленности и научного эксперимента в составе автоматизированных систем управления (АСУ) в условиях высокого уровня электрических помех. Как правило, задача АСУ сводится к автоматической регулировке температуры объекта таким образом, чтобы значение градиента между выбранными точками имело минимальное значение или поддерживалось на заданном уровне.The device relates to measuring equipment, namely, to measuring the temperature gradient of objects using thermocouples, and can be used in industries and scientific experiments as part of automated control systems (ACS) in conditions of a high level of electrical noise. As a rule, the task of the ACS is reduced to the automatic regulation of the object temperature so that the value of the gradient between the selected points has a minimum value or is maintained at a given level.

Известно техническое решение, изложенное в работе А.В. Губин, П.Г. Ковадло и др. «Исследование влияния температурных режимов оптики БСВТ на волновой фронт». Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн СО АН СССР. Март 1989 г. В этом техническом решении температура измеряется в двух точках независимыми термопарами, а разностный сигнал регистрируется потенциометром, изменяя сопротивление реохорда, включенного в плечо порогового устройства. Технические характеристики термопар и используемая схема измерения, при которой погрешности термопар, потенциометра, реохорда и порогового устройства суммируются, не могут обеспечить высокую точность измерения.Known technical solution, set forth in the work of A.V. Gubin, P.G. Kovadlo et al. "Investigation of the effect of temperature regimes of LSVT optics on the wavefront." Siberian Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation, Siberian Branch of the USSR Academy of Sciences. March 1989 In this technical solution, the temperature is measured at two points by independent thermocouples, and the difference signal is recorded by a potentiometer, changing the resistance of the slidewire included in the arm of the threshold device. The technical characteristics of the thermocouples and the used measurement scheme, in which the errors of the thermocouples, potentiometer, slidewire and threshold device are summed up, cannot provide high measurement accuracy.

Недостатком известного технического решения является низкая точность измерения температуры.The disadvantage of the known technical solution is the low accuracy of temperature measurement.

Известно техническое решение, представленное в устройстве для измерения малых разностей температур (Патент на полезную модель №135798 «Устройство для измерения малых разностей температур», МПК G01K 7/02, опубликованный 20.12.2013 г., в которой используется дифференциальная многоспайная термопара, обеспечивающая точность 0.15°С. Однако, устройство может использоваться для дистанционного контактного измерения температуры образца в ограниченном пространстве зазора магнита и не может быть применено для других случаев.Known technical solution presented in a device for measuring small temperature differences (Patent for utility model No. 135798 "Device for measuring small temperature differences", IPC G01K 7/02, published on 20.12.2013, which uses a differential multi-junction thermocouple, ensuring accuracy 0.15 ° C. However, the device can be used for remote contact measurement of the sample temperature in the limited space of the magnet gap and cannot be used for other cases.

Недостатком известного технического решения является невозможность оперативного влияния на температуру образца и не может использоваться в составе АСУ.The disadvantage of the known technical solution is the impossibility of operatively influencing the temperature of the sample and cannot be used as part of the automated control system.

Известны технические решения, представленные в группе однотипных устройств для измерения разности температур (Патент RU №2254559 «Устройство для измерения разности температур», МПК G01K 3/08, G01K 7/24, опубликовано 20.06.2005 г., Патент RU №2265195 «Устройство для измерения разности температур», МПК G01K 3/08, G01K 7/20, опубликовано 27.11.2005 г, Патент RU №2311621 «Устройство для измерения разности температур», МПК G01K 3/08, G01K 7/20, опубликовано 27.11.2007 г, Патент RU №2317531 «Устройство для измерения разности температур», МПК G01K 3/08, G01K 7/24 опубликовано 20.02.2008 г.) с вариантами технических отличий. Общим, для которых является наличие двух терморезисторов, включенных в соседние плечи моста, усилитель, включенный в измерительную диагональ моста, индикатор или регистрирующий прибор.Known technical solutions presented in a group of similar devices for measuring the temperature difference (Patent RU No. 2254559 "Device for measuring the temperature difference", IPC G01K 3/08, G01K 7/24, published 20.06.2005, Patent RU No. 2265195 "Device for measuring the temperature difference ", IPC G01K 3/08, G01K 7/20, published on November 27, 2005, Patent RU No. 2311621" Device for measuring the temperature difference ", IPC G01K 3/08, G01K 7/20, published on November 27, 2007 g, Patent RU No. 2317531 "Device for measuring the temperature difference", IPC G01K 3/08, G01K 7/24 published on 20.02.2008) with options for technical differences. Common to which is the presence of two thermistors included in the adjacent arms of the bridge, an amplifier included in the measuring diagonal of the bridge, an indicator or a recording device.

Недостатком известных технических решения является то, что они не могут работать с термопарами, не имеют средств температурного воздействия на регулируемый объект и не могут использоваться в составе АСУ.The disadvantage of the known technical solutions is that they cannot work with thermocouples, have no means of temperature action on the controlled object, and cannot be used as part of an automated control system.

Известно техническое решение, представленное в устройстве для измерения разности температур (Патент RU №2534427 «Устройство для измерения разности температур», МПК G01K 3/08, G01K 7/02 опубликовано 27.11.2014 г.) содержащее два встречно включенных термоэлектрических преобразователя, (которыми может быть дифференциальная термопара) дополнительный преобразователь, резистивный делитель напряжения, включающий в себя реохорд, измерительный прибор, усилитель, предназначенное для наземных испытаний элементов летательных аппаратов.Known technical solution presented in the device for measuring the temperature difference (Patent RU No. 2534427 "Device for measuring the temperature difference", IPC G01K 3/08, G01K 7/02 published on November 27, 2014) containing two counter-connected thermoelectric converters (which there may be a differential thermocouple) an additional converter, a resistive voltage divider, which includes a reochord, a measuring device, an amplifier intended for ground testing of aircraft elements.

Недостатками известного технического решения является низкая надежность, необходимость введения коррекции на нелинейность термопар, нет температурного воздействия на объект, нет сопряжения с ЭВМ. Не может использоваться в составе АСУ.The disadvantages of the known technical solution are low reliability, the need to introduce correction for the nonlinearity of thermocouples, there is no temperature effect on the object, there is no computer interface. Cannot be used as part of an automated control system.

Известно техническое решение, представленное в устройстве для измерения температуры и разности температур (Патент RU №2025675 «Устройство для измерения температуры и разности температур», МПК G01K 3/08 опубликовано 30.12.1994 г.) с использованием термопреобразователей сопротивления. Сущность изобретения: процесс измерения состоит из шести тактов. В каждом такте выводы термопреобразователей и образцовых резисторов поочередно и попарно-переменно подключаются с помощью блоков ключей соответственно к первому и второму источникам тока и входам преобразователя напряжения в код и операционного усилителя. Значения кодов с выхода преобразователя напряжения в код поступают на вычислительный блок. Блок обрабатывает результаты измерения по представленным зависимостям. Результаты измерения температуры и разности температур отображаются блоком индикации.Known technical solution presented in a device for measuring temperature and temperature difference (Patent RU No. 2025675 "Device for measuring temperature and temperature difference", IPC G01K 3/08 published on 12/30/1994) using resistance thermocouples. The essence of the invention: the measurement process consists of six clock cycles. In each cycle, the outputs of the thermal converters and exemplary resistors are alternately and in pairs-alternately connected using key blocks, respectively, to the first and second current sources and the inputs of the voltage-to-code converter and the operational amplifier. The values of the codes from the output of the voltage-to-code converter are sent to the computing unit. The block processes the measurement results according to the presented dependencies. The results of measuring the temperature and temperature difference are displayed by the display unit.

Недостатком известного технического решения является то, что оно не может работать с термопарами, не имеет средств температурного воздействия на регулируемый объект, не имеет связи с ЭВМ и не может использоваться в составе АСУ.The disadvantage of the known technical solution is that it cannot work with thermocouples, has no means of temperature action on the controlled object, has no connection with a computer and cannot be used as part of an automated control system.

Известно техническое решение, представленное в устройстве для измерения малых разностей температур (Патент RU №2337333 «Устройство для измерения малых разностей температур» МПК G01K 7/02, H01L 35/00 опубликовано 10.01.2008 г.) в котором используется дифференциальная многоспайная термопара из термоэлектродной проволоки, причем термоэлектроды в парах выбраны из одного класса партий проволоки хромеля и копеля и подвергнуты отжигу при температуре 750-770 К путем протяжки через печь со скоростью 0,06-0,08 м/с, а раскроены и промаркированы термоэлектроды таким образом, чтобы при сборке они оказались в той же последовательности, что и в заводской бухте проволоки, путем применения специальной технологии подбора и подготовки термоэлектродов хромель-копель. Техническим результатом изобретения является то, что после 200 циклов нагрев - охлаждение отклонение измеренной предлагаемым устройством температуры от индивидуальной градуировочной характеристики не превышают 0,05%, а точность измерения разности температур повышается до 0,5%.Known technical solution presented in a device for measuring small temperature differences (Patent RU No. 2337333 "Device for measuring small temperature differences" IPC G01K 7/02, H01L 35/00 published 10.01.2008), which uses a differential multi-junction thermocouple from a thermoelectrode wires, and thermoelectrodes in pairs are selected from one class of batches of chromel and copel wires and subjected to annealing at a temperature of 750-770 K by pulling through the furnace at a speed of 0.06-0.08 m / s, and thermoelectrodes are cut and marked in such a way that during assembly, they turned out to be in the same sequence as in the factory wire coil, using a special technology for the selection and preparation of chromel-copel thermoelectrodes. The technical result of the invention is that after 200 heating - cooling cycles, the deviation of the temperature measured by the proposed device from the individual calibration characteristics does not exceed 0.05%, and the accuracy of measuring the temperature difference increases to 0.5%.

Недостатком известного технического решения является трудоемкая технология подбора и подготовки термоэлектродов, требующее дополнительное оборудование.The disadvantage of the known technical solution is the laborious technology of selection and preparation of thermoelectrodes, requiring additional equipment.

Известно техническое решение, представленное в устройстве для измерения разности температур с терморезистивными датчиками (Патент RU №2405131 «Устройство для измерения разности температур с терморезистивными датчиками» МПК G01K 3/08, G01K 7/16 опубликовано 27.11.2010 г.), которое включает в себя два терморезистивных датчика, два источника тока и аналого-цифровой преобразователь с внешним источником опорного напряжения, что обеспечивает возможность последовательного подключения источников тока к терморезистивным датчикам. К точке объединения этих датчиков введен дополнительный резистор, через который протекает суммарный ток обоих источников. Падение напряжения на этом резисторе используется в качестве опорного напряжения АЦП, за счет чего результат суммы двух последовательных измерений разности температур не зависит от нестабильности источников тока.Known technical solution presented in a device for measuring the temperature difference with thermoresistive sensors (Patent RU No. 2405131 "Device for measuring the temperature difference with thermoresistive sensors" IPC G01K 3/08, G01K 7/16 published on November 27, 2010), which includes itself two thermoresistive sensors, two current sources and an analog-to-digital converter with an external source of reference voltage, which provides the possibility of serial connection of current sources to thermoresistive sensors. An additional resistor is introduced to the combining point of these sensors, through which the total current of both sources flows. The voltage drop across this resistor is used as a reference voltage for the ADC, whereby the sum of two successive temperature difference measurements is independent of current source instability.

Недостатком известного технического решения является невозможность работы с термопарами, не имеет средств температурного воздействия на регулируемый объект, не имеет связи с ЭВМ и не может использоваться в составе АСУ.The disadvantage of the known technical solution is the impossibility of working with thermocouples, has no means of temperature action on the controlled object, has no connection with a computer and cannot be used as part of an automated control system.

Известно техническое решение, представленное в устройстве измерения температур (Патент JPH 09152379 «Temperature measuring apparatus employing thermocouple», МПК G01K 7/02, опубликован 10.06.1997) в котором используются две отдельные термопары, одна измеряет абсолютную температуру, а другая включенная встречно с первой измеряет разность температур. Следовательно, абсолютная температура и разность температур между указанными частями могут быть измерены одновременно с использованием только двух термопар, а малая разность температуры относительно абсолютной температуры, может быть измерена с высокой точностью.Known technical solution presented in the device for measuring temperatures (Patent JPH 09152379 "Temperature measuring apparatus employing thermocouple", IPC G01K 7/02, published 10.06.1997) in which two separate thermocouples are used, one measures the absolute temperature, and the other is switched on opposite to the first measures the temperature difference. Therefore, the absolute temperature and the temperature difference between these parts can be measured simultaneously using only two thermocouples, and a small temperature difference with respect to the absolute temperature can be measured with high accuracy.

Недостатками известного технического решения является низкая помехозащищенность, нет средств температурного воздействия на объект, нет возможности дистанционного контроля работоспособности, не может быть использовано в составе АСУ.The disadvantages of the known technical solution are low noise immunity, there are no means of temperature influence on the object, there is no possibility of remote monitoring of operability, and cannot be used as part of an automated control system.

Известно техническое решение, представленное в устройстве обнаружения разницы температур (Патент JP2011038951 «Temperature difference detection device by seebeck current integration», МПК G01K 7/02; H01L 35/28, опубликовано 21.02.2011) в котором для обнаружения разности температур и повышения чувствительности применительно к тепловым инфракрасным датчикам, датчикам атмосферного давления, датчикам газа, датчикам расхода или тому подобное, используется интегрирование тока короткого замыкания термопары в течение заданного времени и средства сброса полученного значения интеграла. При этом обеспечивается высокая помехоустойчивость и точность. Разность температур определяется с использованием выходного напряжения из двух значений интегралов.Known technical solution presented in the device for detecting temperature differences (Patent JP2011038951 "Temperature difference detection device by seebeck current integration", IPC G01K 7/02; H01L 35/28, published on 02.21.2011) in which to detect the temperature difference and increase the sensitivity applied to thermal infrared sensors, atmospheric pressure sensors, gas sensors, flow sensors or the like, the integration of the short-circuit current of the thermocouple for a predetermined time and means of resetting the obtained integral value are used. This ensures high noise immunity and accuracy. The temperature difference is determined using the output voltage from the two integral values.

Недостатками известного устройства является то, что разность температур измеряется в одной точке, если температура меняется во времени, не может измеряться градиент температуры в разных точках объекта, нет средств температурного воздействия на объект, нет возможности дистанционного контроля работоспособности, не может быть использовано в составе АСУ.The disadvantages of the known device are that the temperature difference is measured at one point, if the temperature changes over time, the temperature gradient cannot be measured at different points of the object, there are no means of temperature influence on the object, there is no possibility of remote monitoring of operability, cannot be used as part of an automated control system ...

Известно техническое решение, представленное в устройстве для дифференциального термического анализа (Патент RU №116238 «Устройство для дифференциального термического анализа», МПК G01N 25/00 опубликовано 20.05.2012 г.), которое выбрано в качестве прототипа. Техническое решение содержит источник нагрева с расположенными внутри измерительной и эталонной ячейками, измерителями разности температур, блок сравнения, блок смещения нулевого уровня и блок управления температурой микронагревателя, причем измерители разности температур и блок смещения подключены к входу блока сравнения, выход которого соединен с блоком управления температурой.Known technical solution presented in the device for differential thermal analysis (Patent RU No. 116238 "Device for differential thermal analysis", IPC G01N 25/00 published on 20.05.2012), which is selected as a prototype. The technical solution contains a heating source with measuring and reference cells located inside, temperature difference meters, a comparison unit, a zero level displacement unit and a microheater temperature control unit, and the temperature difference meters and the displacement unit are connected to the input of the comparison unit, the output of which is connected to the temperature control unit ...

Недостатком известного технического решения является то, что источник нагрева с расположенными внутри измерительной и эталонной ячейками, может использоваться исключительно для исследований экзотермических и эндотермических реакций, например, термического разложения энергонасыщенных веществ и не может быть использован в составе АСУ.The disadvantage of the known technical solution is that a heating source with measuring and reference cells located inside can be used exclusively for studies of exothermic and endothermic reactions, for example, thermal decomposition of energy-saturated substances and cannot be used as part of an ACS.

Перед авторами ставилась задача разработать устройство для измерения малых разностей температур с возможностью автоматического измерения градиента температур объекта с обеспечением минимального значения градиента между выбранными точками и с поддерживанием его на заданном уровне.The authors were tasked with developing a device for measuring small temperature differences with the ability to automatically measure the temperature gradient of an object, ensuring the minimum value of the gradient between the selected points and maintaining it at a given level.

Поставленная задача решается тем, что устройство для измерения малых разностей температур, содержащее дифференциальную термопару, блок управления, блок температурного воздействия на регулируемый объект, дополнительно оснащено двумя идентичными резисторами, выполненные эквивалентными сопротивлениям дифференциальной термопары, управляемым реле, инструментальным усилителем разности, блоком анализа, измерительным узлом, который выполнен содержащим в себе аналого-цифровой преобразователь и узел сопряжения, причем, средняя точка дифференциальной термопары выполнена подключенной к общей точке инструментального усилителя разности, а сигнальные концы дифференциальной термопары подключены к нормально замкнутым контактам управляемого реле, при этом нормально разомкнутые контакты управляемого реле подключены к двум идентичными резисторам, вторые концы которых подключены к общей точке инструментального усилителя разности, далее выход инструментального усилителя разности подключен к входу измерительного узла, а выход измерительного узла подключен к входу блока анализа, который выполнен осуществляющим корректировку к показаниям значений разности температур посредством квантования измерительным узлом и обмен данными с блоком анализа, выход которого подключен к входу блока управления, который выполнен переключающим управляемое реле и запускающим процедуру измерения в измерительном узле посредством блока анализа, выходы блока управления подключены к измерительному узлу, управляемому реле и блоку температурного воздействия на регулируемый объект, при этом блок температурного воздействия выполнен с возможностью нагрева либо охлаждения регулируемого объекта.The problem is solved by the fact that a device for measuring small temperature differences, containing a differential thermocouple, a control unit, a unit for temperature action on a controlled object, is additionally equipped with two identical resistors made with equivalent resistances of a differential thermocouple controlled by a relay, an instrumental amplifier of a difference, an analysis unit, a measuring a node, which is made containing an analog-to-digital converter and an interface unit, moreover, the middle point of the differential thermocouple is made connected to the common point of the instrumental amplifier of the difference, and the signal ends of the differential thermocouple are connected to the normally closed contacts of the controlled relay, while the normally open contacts of the controlled relay connected to two identical resistors, the other ends of which are connected to the common point of the difference instrumentation amplifier, then the output of the difference instrumentation amplifier is connected to the meter input unit, and the output of the measuring unit is connected to the input of the analysis unit, which is made to correct the readings of the temperature difference values by quantizing the measuring unit and exchange data with the analysis unit, the output of which is connected to the input of the control unit, which is made by switching the controlled relay and starting the measurement procedure in the measuring unit by means of the analysis unit, the outputs of the control unit are connected to the measuring unit controlled by the relay and the unit for temperature action on the controlled object, while the unit for temperature exposure is configured to heat or cool the controlled object.

Технический эффект заявляемого устройства заключается в увеличении помехоустойчивости по отношению к внешним электромагнитным воздействиям, в повышении чувствительности и точности измерений малых разностей температур, в обеспечении возможности температурного воздействия на объект, в упрощении конструкции, а также в расширении ассортимента устройств данного назначения.The technical effect of the proposed device is to increase the noise immunity in relation to external electromagnetic influences, to increase the sensitivity and accuracy of measurements of small temperature differences, to ensure the possibility of temperature exposure to the object, to simplify the design, and also to expand the range of devices for this purpose.

Заявляемое устройство поясняется блок-схемой, представленной на фиг. 1, где 1 -дифференциальная термопара, 2 - резисторы, 3 - управляемое реле, 4 - инструментальный усилитель разности, 5 - измерительный узел, 6 - аналого-цифровой преобразователь, 7 - узел сопряжения, 8 - блок управления, 9 - блок анализа, 10 - блок температурного воздействия, 11 - регулируемый объект.The inventive device is illustrated by the block diagram shown in FIG. 1, where 1 is a differential thermocouple, 2 are resistors, 3 is a controlled relay, 4 is a difference instrumentation amplifier, 5 is a measuring unit, 6 is an analog-to-digital converter, 7 is an interface unit, 8 is a control unit, 9 is an analysis unit, 10 - block of temperature influence, 11 - controlled object.

Заявляемое устройство для измерения малых разностей температур работает следующим образом. Средняя точка дифференциальной термопары 1, подключена к общей точке инструментального усилителя разности 4, а сигнальные концы дифференциальной термопары 1, подключены к нормально замкнутым контактам управляемого реле 3, при этом нормально разомкнутые контакты управляемого реле 3 подключены к двум идентичным резисторам 2, эквивалентным сопротивлениям дифференциальной термопары 1, вторые концы которых подключены к общей точке инструментального усилителя разности 4. Выход инструментального усилителя разности 4 подключен к входу измерительного узла 5, содержащего в себе аналого-цифровой преобразователь 6 и узел сопряжения 7, а выход измерительного узла 5 подключен к входу блока анализа 9. Блок анализа 9 связан с блоком управления 8, управляющим работой измерительного узла 5, управляемого реле 3 и запускающим процедуру измерения в измерительном узле посредством блока анализа 9, при этом, выходы блока управления 8 подключены к измерительному узлу 5, управляемому реле 3 и блоку температурного воздействия 10 на регулируемый объект 11, нагревая или охлаждая последний.The inventive device for measuring small temperature differences operates as follows. The midpoint of the differential thermocouple 1 is connected to the common point of the instrumental amplifier of the difference 4, and the signal ends of the differential thermocouple 1 are connected to the normally closed contacts of controlled relay 3, while the normally open contacts of controlled relay 3 are connected to two identical resistors 2, equivalent resistances of the differential thermocouple 1, the second ends of which are connected to the common point of the instrumental difference amplifier 4. The output of the instrumental difference amplifier 4 is connected to the input of the measuring unit 5, which contains the analog-to-digital converter 6 and the interface unit 7, and the output of the measuring unit 5 is connected to the input of the analysis unit 9 The analysis unit 9 is connected to the control unit 8, which controls the operation of the measuring unit 5 controlled by the relay 3 and starts the measurement procedure in the measuring unit by means of the analysis unit 9, while the outputs of the control unit 8 are connected to the measuring unit 5 controlled by the relay 3 and the temperature unit. th impact 10 on the regulated object 11, heating or cooling the latter.

При установленной температуре регулируемого объекта 11, заданной блоком температурного воздействия 10 переключается управляемое реле 3, подключая два идентичных резистора 2, которые выполнены эквивалентными сопротивлениям дифференциальной термопары 1, к входу измерительного узла 5, причем средняя точка дифференциальной термопары 1 и вторые концы двух идентичных резисторов 2 остаются подключенные к общей точке инструментального усилителя разности 4, при этом измерительные цепи остаются симметричными и условия помехозащищенности не нарушаются. Затем инициируется процедура измерения в измерительном узле 5 посредством блока анализа 9 и регистрируется U1=U0, где U0 - выходной сигнал инструментального усилителя разности 4 представляющий собственную погрешность усилителя, которая зависит от значения окружающей температуры, старения элементов измерительного узла 5 и др. Этот сигнал квантуется измерительным узлом 5 и поступает в блок анализа 9. Блок анализа 9 запоминает этот сигнал и использует его как корректировку к показаниям значений разности температур. Одновременно блок анализа 9 анализирует значение U0 и если это значение не выходит за установленные требованием измеряемого процесса пределы, принимает решение о проведении измерения градиента температуры. В противном случае выдается сообщение об аварии. Для измерения градиента температур управляемое реле 3 переводится в исходное состояние при котором сигнальные концы дифференциальной термопары 1, подключенные к нормально замкнутым контактам управляемого реле 3, оказываются подключенными ко входу инструментального усилителя разности 4. Затем инициируется процедура измерения в измерительном узле 5 посредством блока анализа 9 и регистрируется значение U2=Uи, где Uи - измеренное значение. Точное значение градиента вычисляется как U2-U1 и передается в блок анализа 9.At the set temperature of the controlled object 11, set by the temperature exposure unit 10, the controlled relay 3 switches, connecting two identical resistors 2, which are made equivalent to the resistances of the differential thermocouple 1, to the input of the measuring unit 5, and the midpoint of the differential thermocouple 1 and the second ends of two identical resistors 2 differences 4 remain connected to the common point of the instrumentation amplifier, while the measuring circuits remain symmetrical and the noise immunity conditions are not violated. Then the measurement procedure is initiated in the measuring unit 5 by means of the analysis unit 9 and U1 = U 0 is recorded, where U 0 is the output signal of the instrumental amplifier of the difference 4, which represents the amplifier's own error, which depends on the value of the ambient temperature, the aging of the elements of the measuring unit 5, etc. the signal is quantized by the measuring unit 5 and enters the analysis unit 9. The analysis unit 9 stores this signal and uses it as a correction to the readings of the temperature difference values. At the same time, the analysis unit 9 analyzes the value of U 0 and if this value does not go beyond the limits set by the requirement of the measured process, it decides to measure the temperature gradient. Otherwise, an alarm message is issued. To measure the temperature gradient, the controlled relay 3 is reset to an initial state in which the signal ends of the differential thermocouple 1, connected to the normally closed contacts of the controlled relay 3, are connected to the input of the instrumental amplifier of the difference 4. Then the measurement procedure is initiated in the measuring unit 5 by means of the analysis unit 9 and the value U2 = U and is recorded, where U and is the measured value. The exact value of the gradient is calculated as U2-U1 and transmitted to the analysis unit 9.

В предлагаемом устройстве используются однотипные дифференциальные термопары 1 Т-типа (медь - константан) имеющие чувствительность около 43 мкВ/°С. В качестве управляемого реле 3 применено реле РЭК11 ЯЛ4.550.005-02. Материал контактов - сплав П-1, покрытие - 3л1тв. Гарантированное сопротивление электрических контактов не более 0,25 Ом. Инструментальный усилитель разности 4 выполнен на основе микросхемы усилителя AD620, абсолютная симметрия входов которого совместно с симметрией входных измерительных цепей гарантирует высокую степень помехоустойчивости устройства. В качестве измерительного узла 5 используется микросхема AD7651 включающая в себя 16-разряный аналого-цифровой преобразователь 6 и узел сопряжения 7.The proposed device uses the same type 1 T-type differential thermocouples (copper - constantan) having a sensitivity of about 43 μV / ° C. Relay REK11 YaL4.550.005-02 is used as controlled relay 3. The material of the contacts is P-1 alloy, the coating is 3l1tv. The guaranteed resistance of electrical contacts is no more than 0.25 Ohm. Difference instrumentation amplifier 4 is based on the AD620 amplifier microcircuit, the absolute symmetry of the inputs of which, together with the symmetry of the input measuring circuits, guarantees a high degree of noise immunity of the device. As a measuring unit 5, an AD7651 microcircuit is used, which includes a 16-bit analog-to-digital converter 6 and an interface unit 7.

Абсолютная погрешность устройства для измерения малых разностей температур не превышает 0.1°С в диапазоне абсолютных температур от -28 до +24°С при уровне подавления помех общего вида 100 дБ, что не обеспечивается известными устройствами подобного назначения.The absolute error of a device for measuring small temperature differences does not exceed 0.1 ° C in the range of absolute temperatures from -28 to + 24 ° C at a general noise suppression level of 100 dB, which is not provided by known devices of this purpose.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения малых разностей температур средняя точка соединения дифференциальной термопары подключена к общей точке измерительного узла, в качестве которого установлен инструментальный усилитель разности с симметричными входами, а межу дифференциальной термопарой и инструментальным усилителем разности установлено переключающее управляемое реле с возможностью отключения дифференциальной термопары и подключения вместо нее резисторов, значения которых эквивалентные сопротивлениям термопары.The technical result is achieved by the fact that in the device for measuring small temperature differences, the middle point of the differential thermocouple connection is connected to the common point of the measuring unit, which is an instrumental difference amplifier with symmetrical inputs, and a switching controlled relay is installed between the differential thermocouple and the instrumental difference amplifier with the possibility disconnecting the differential thermocouple and connecting resistors instead of it, the values of which are equivalent to the resistances of the thermocouple.

В предлагаемом устройстве решаются следующие технические задачи: снижение влияния помех за счет абсолютной симметрии измерительных цепей; повышение чувствительности и точности измерения разности температур; разработка устройства адаптированного для использования в АСУ, т.е. допускающего дистанционную проверку работоспособности.The proposed device solves the following technical problems: reducing the influence of interference due to the absolute symmetry of the measuring circuits; increasing the sensitivity and accuracy of measuring the temperature difference; development of a device adapted for use in automated control systems, i.e. allowing remote functional check.

Кроме того, упрощается конструкция заявляемого устройства за счет неиспользования технологии подбора и подготовки термоэлектродов, требующая дополнительного оборудования.In addition, the design of the proposed device is simplified due to the non-use of the technology of selection and preparation of thermoelectrodes, which requires additional equipment.

Claims (2)

1. Устройство для измерения малых разностей температур, содержащее дифференциальную термопару, блок управления, блок температурного воздействия на регулируемый объект, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено двумя идентичными резисторами, выполненными эквивалентными сопротивлениям дифференциальной термопары, управляемым реле, инструментальным усилителем разности, блоком анализа, измерительным узлом, который выполнен содержащим в себе аналого-цифровой преобразователь и узел сопряжения, причем средняя точка дифференциальной термопары выполнена подключенной к общей точке инструментального усилителя разности, а сигнальные концы дифференциальной термопары подключены к нормально замкнутым контактам управляемого реле, при этом нормально разомкнутые контакты управляемого реле подключены к двум идентичным резисторам, вторые концы которых подключены к общей точке инструментального усилителя разности, далее выход инструментального усилителя разности подключен к входу измерительного узла, а выход измерительного узла подключен к входу блока анализа, который выполнен осуществляющим корректировку к показаниям значений разности температур посредством квантования измерительным узлом и обмен данными с блоком анализа, выход которого подключен к входу блока управления, который выполнен переключающим управляемое реле и запускающим процедуру измерения в измерительном узле посредством блока анализа, выходы блока управления подключены к измерительному узлу, управляемому реле и блоку температурного воздействия на регулируемый объект.1. A device for measuring small temperature differences, containing a differential thermocouple, a control unit, a unit for temperature action on a controlled object, characterized in that it is additionally equipped with two identical resistors, made equivalent to the resistances of a differential thermocouple, controlled by a relay, an instrumental amplifier of a difference, an analysis unit, a measuring unit, which is made containing an analog-to-digital converter and an interface unit, and the middle point of the differential thermocouple is made connected to the common point of the instrumental amplifier of the difference, and the signal ends of the differential thermocouple are connected to the normally closed contacts of the controlled relay, while the normally open contacts of the controlled relay connected to two identical resistors, the second ends of which are connected to the common point of the difference instrumentation amplifier, then the output of the difference instrumentation amplifier is connected to the input of the measuring unit, and the output of the measuring unit is connected to the input of the analysis unit, which is made to correct the readings of the temperature difference values by quantizing the measuring unit and exchange data with the analysis unit, the output of which is connected to the input of the control unit, which is made by switching the controlled relay and starting the measurement procedure in the measuring unit by means of the analysis unit, the outputs of the control unit are connected to a measuring unit controlled by a relay and a unit of temperature influence on the controlled object. 2. Устройство для измерения малых разностей температур по п. 1, отличающееся тем, что блок температурного воздействия выполнен с возможностью нагрева либо охлаждения регулируемого объекта.2. A device for measuring small temperature differences according to claim 1, characterized in that the temperature exposure unit is configured to heat or cool the controlled object.
RU2020143006A 2020-12-24 2020-12-24 Device for measuring small temperature differences RU2760923C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143006A RU2760923C1 (en) 2020-12-24 2020-12-24 Device for measuring small temperature differences

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143006A RU2760923C1 (en) 2020-12-24 2020-12-24 Device for measuring small temperature differences

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760923C1 true RU2760923C1 (en) 2021-12-01

Family

ID=79174043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020143006A RU2760923C1 (en) 2020-12-24 2020-12-24 Device for measuring small temperature differences

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760923C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152379A (en) * 1995-11-30 1997-06-10 Natl Aerospace Lab Temperature measuring apparatus employing thermocouple
RU2254559C1 (en) * 2003-12-17 2005-06-20 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Arrangement for measuring temperature difference
RU2317531C2 (en) * 2006-02-26 2008-02-20 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) Device for measuring temperature difference
RU2337333C2 (en) * 2006-06-20 2008-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ТГТУ" (ГОУ ВПО "ТГТУ") Device for minor temperature difference measurement
CN201166913Y (en) * 2008-02-03 2008-12-17 赵敏 Temperature transmitter
JP2011038951A (en) * 2009-08-14 2011-02-24 Tohoku Gakuin Temperature difference detection device by seebeck current integration
RU116238U1 (en) * 2012-01-25 2012-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет DEVICE FOR DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS
RU2534427C1 (en) * 2013-07-09 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Temperature difference meter

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09152379A (en) * 1995-11-30 1997-06-10 Natl Aerospace Lab Temperature measuring apparatus employing thermocouple
RU2254559C1 (en) * 2003-12-17 2005-06-20 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Arrangement for measuring temperature difference
RU2317531C2 (en) * 2006-02-26 2008-02-20 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) Device for measuring temperature difference
RU2337333C2 (en) * 2006-06-20 2008-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ТГТУ" (ГОУ ВПО "ТГТУ") Device for minor temperature difference measurement
CN201166913Y (en) * 2008-02-03 2008-12-17 赵敏 Temperature transmitter
JP2011038951A (en) * 2009-08-14 2011-02-24 Tohoku Gakuin Temperature difference detection device by seebeck current integration
RU116238U1 (en) * 2012-01-25 2012-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет DEVICE FOR DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS
RU2534427C1 (en) * 2013-07-09 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВПО ТГТУ Temperature difference meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4242907A (en) Apparatus for monitoring and controlling a flat zone in a furnace
US20110079074A1 (en) Hydrogen chlorine level detector
Recktenwald Conversion of thermocouple voltage to temperature
US2878669A (en) Apparatus for determining thermal conductance and resistance
Găşpăresc Development of a low-cost system for temperature monitoring
US4276768A (en) Relates to apparatus for measuring the dew point
CN103411699B (en) A kind of high precision measuring temperature instrument
EP3462152B1 (en) Accurate and fast response temperature measurement
US3052124A (en) Linearizing circuit for resistance thermometer
RU2760923C1 (en) Device for measuring small temperature differences
Martin et al. An Automatic Data Acquisition System for Calorimetry: The Specific Heat of α‐Al2O3 between 300 and 470 K
Anderson et al. Characteristics of germanium resistance thermometers from 1 to 35 K and the ISU magnetic temperature scale
Volosnikov et al. RTD error correction in the diagnostics of its parameters state
Hwang et al. Accuracy Review of Long Wired RTD Instrumentation Circuits
Kochan et al. Correcting measurement error due to heating by operating current of resistance temperature detectors
RU2724247C1 (en) Method of diagnosing temperature measurement circuits
RU2727564C1 (en) Self-calibrating temperature sensor
Lupu A Silicon Diode Circuit for Direct Measurement of the WBGT Thermal Stress Index
RU2034248C1 (en) Device for measuring temperature
SU553483A1 (en) Thermocouple graduation method
Sârbu Evaluation of the measurement uncertainty in thermoresistances calibration
Conrad Linearization of thermocouple voltages
RU2129708C1 (en) Method testing correspondence of signals of thermoelectric temperature transducers to actual values of temperature
Stepanyak et al. Expansion of the Initial Temperature Measurement Range Using Crystal-Optical Thermal Transducers
SU481796A1 (en) Method for measuring temperature in natural conditions