RU2804424C1 - Temperature measuring device - Google Patents
Temperature measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804424C1 RU2804424C1 RU2022126105A RU2022126105A RU2804424C1 RU 2804424 C1 RU2804424 C1 RU 2804424C1 RU 2022126105 A RU2022126105 A RU 2022126105A RU 2022126105 A RU2022126105 A RU 2022126105A RU 2804424 C1 RU2804424 C1 RU 2804424C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- distance
- thermal conductivity
- temperature
- plates
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в преобразователях тепловых величин.The invention relates to measuring technology and can be used in thermal converters.
Известно устройство для измерения температуры содержащее термометр помещенный внутри метеорологической будки. С.П. Хромов, Л.И. Мамонтова, Метеорологический словарь, Ленинград, 1974, стр 377.A device for measuring temperature is known that contains a thermometer placed inside a meteorological booth. S.P. Khromov, L.I. Mamontov, Meteorological Dictionary, Leningrad, 1974, p. 377.
Недостатком известного устройства невозможность оценить степень корреляции между температурой внутри будки и температурой окружающей среды.A disadvantage of the known device is the inability to assess the degree of correlation between the temperature inside the booth and the ambient temperature.
Наиболее близким настоящему изобретению является устройство для измерения температуры содержащее чувствительный элемент выполненный из металла и подключенный к измерителю сопротивления, (патент РФ 2025736, опубликовано 30.12.1994, МПК G01R 5/22 (1990.01)).The closest to the present invention is a device for measuring temperature containing a sensitive element made of metal and connected to a resistance meter (RF patent 2025736, published 12/30/1994, IPC G01R 5/22 (1990.01)).
Недостатком известного устройства для измерения температуры является невозможность оценить пространственное распределение температуры, неопределенность в определении граничных условий, которые отображают условия теплового взаимодействия между окружающей средой и поверхностью чувствительного элемента. Невозможность определить термодинамические коэффициенты уравнения теплопроводности.The disadvantage of the known device for measuring temperature is the inability to estimate the spatial distribution of temperature, the uncertainty in determining the boundary conditions that reflect the conditions of thermal interaction between the environment and the surface of the sensing element. Inability to determine the thermodynamic coefficients of the heat equation.
Задачей настоящего технического решения является такое измерение температуры при котором возможно решение обратной задачи теплопроводности. То есть определение коэффициента теплопроводности, температуропроводности и граничных условий для уравнения теплопроводности.The objective of this technical solution is to measure temperature in such a way that it is possible to solve the inverse problem of thermal conductivity. That is, the determination of the thermal conductivity coefficient, thermal diffusivity and boundary conditions for the thermal conductivity equation.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент, выполненный из металла и подключенный к измерителю сопротивления и индуктивности, чувствительный элемент образован двумя коаксиальными соленоидами, выполненному из медной или платиновой проволоки диаметром 0,01 мм - 0.8 мм, причем расстояние между первым соленоидом и вторым соленоидом выбрано из соотношения расстояния между соленоидами к диаметру внешнего соленоида, которое не превышает 1/10, при этом каждый из соленоидов включен в схему измерителя сопротивления материала соленоида, индуктивности и взаимной индуктивности соленоидов.The problem is solved by the fact that in a device for measuring temperature, containing a sensitive element made of metal and connected to a resistance and inductance meter, the sensitive element is formed by two coaxial solenoids, made of copper or platinum wire with a diameter of 0.01 mm - 0.8 mm, and the distance between the first solenoid and the second solenoid is selected from the ratio of the distance between the solenoids to the diameter of the outer solenoid, which does not exceed 1/10, and each of the solenoids is included in a circuit measuring the resistance of the solenoid material, inductance and mutual inductance of the solenoids.
На фиг. 1 изображено устройство для измерения температуры содержащее чувствительный элемент выполненный из первой металлической пластины 1 и второй параллельной ей пластины 2. Расстояние между пластиной 1 и второй параллельной ей пластиной 2 выбрано из соотношений диаметра пластины 1 к расстоянию между пластинами 1 и 2 не должно превышать 1/10. Каждая из пластин 1 и 2 подключена к измерителю сопротивления материла пластин 1 и 2 и измерителю емкости системы из пластин 1 и 2.In fig. Figure 1 shows a device for measuring temperature containing a sensitive element made of a first metal plate 1 and a second parallel plate 2. The distance between plate 1 and the second parallel plate 2 is selected from the ratio of the diameter of plate 1 to the distance between plates 1 and 2 and should not exceed 1/ 10. Each of plates 1 and 2 is connected to a material resistance meter of plates 1 and 2 and a capacitance meter for the system of plates 1 and 2.
На фиг. 2 изображено устройство для измерения температуры содержащее чувствительный элемент выполненный из первого коаксиального цилиндра 3 и второго коаксиального цилиндра 4. Расстояние между первым соленоидом 3 и вторым коаксиальным цилиндром 4 выбрано из соотношения расстояния между цилиндрами 3 и 4 к диаметру цилиндра 4 не должно превышать 1/10. Каждый из цилиндров 3 и 4 включен в схему измерителя сопротивления материла цилиндров 3 и 4, индуктивности и взаимной индуктивности цилиндров 3 и 4.In fig. Figure 2 shows a device for measuring temperature containing a sensitive element made of a first coaxial cylinder 3 and a second coaxial cylinder 4. The distance between the first solenoid 3 and the second coaxial cylinder 4 is selected from the ratio of the distance between cylinders 3 and 4 to the diameter of cylinder 4 should not exceed 1/10 . Each of cylinders 3 and 4 is included in a circuit that measures the material resistance of cylinders 3 and 4, inductance and mutual inductance of cylinders 3 and 4.
Пластины 1 и 2 и цилиндры 3 и 4 могут быть выполнены из проволоки диаметром 0.01 мм - 0.8 мм. То есть в виде плоской катушки или соленоида.Plates 1 and 2 and cylinders 3 and 4 can be made of wire with a diameter of 0.01 mm - 0.8 mm. That is, in the form of a flat coil or solenoid.
Основываясь на уравнениях электродинамики для систем из пластин 1 и 2 и цилиндров 3 и 4, можно определить емкость, индуктивность и сопротивление. С другой стороны, принимается, что емкость соответствует электрическому полю, индуктивность соответствует магнитному полю, а сопротивление температурному полю среды.Based on the electrodynamic equations for systems of plates 1 and 2 and cylinders 3 and 4, capacitance, inductance and resistance can be determined. On the other hand, it is assumed that capacitance corresponds to the electric field, inductance corresponds to the magnetic field, and resistance to the temperature field of the medium.
Настоящее изобретение направлено на измерение температуры с учетом определение температуры - величина, обратная изменению энтропии (степени беспорядка) системы при добавлении в систему единичного количества теплоты: 1/T=ΔS/ΔQ или T=ΔQ/ΔS, где Т - температура, ΔS - приращение энтропии, ΔQ - изменение энергии.The present invention is aimed at measuring temperature taking into account the definition of temperature - the reciprocal of the change in entropy (degree of disorder) of a system when a unit amount of heat is added to the system: 1/T=ΔS/ΔQ or T=ΔQ/ΔS, where T is temperature, ΔS is entropy increment, ΔQ - energy change.
По определению, каждая термодинамическая система имеет границы, реальные или условные, отделяющие ее от окружающей среды, под которой подразумевают все тела, не включенные в термодинамическую систему. В данном случае реальной границей является тонкий слой металла из меди или платины толщиной 0.01 мм - 0.8 мм. При этом, пластины 1 и 2 и цилиндры 3 и 4 могут быть выполнены из металлической проволоки путем намотки.By definition, each thermodynamic system has boundaries, real or conditional, separating it from the environment, which means all bodies not included in the thermodynamic system. In this case, the real boundary is a thin layer of copper or platinum metal with a thickness of 0.01 mm - 0.8 mm. In this case, plates 1 and 2 and cylinders 3 and 4 can be made of metal wire by winding.
Чувствительный элемент в виде первой пластины 5 расположен на поверхности 6 Земли с тепловым контактом. Тепловой поток 7 из поверхности Земли проходя через среду 8 (воздух) нагревает вторую пластину 9. С другой стороны вторая пластина 9 тоже излучает и нагревает первую пластину 8. То есть, это означает, что через воздушную среду 10 происходит передача тепла за счет теплопроводности.The sensing element in the form of the first plate 5 is located on the surface 6 of the Earth with thermal contact. The heat flow 7 from the Earth's surface passing through the medium 8 (air) heats the second plate 9. On the other hand, the second plate 9 also radiates and heats the first plate 8. That is, this means that heat is transferred through the air medium 10 due to thermal conductivity.
Поток тепла через воздушную среду 10 вычисляется по формуле (1)The heat flow through the air medium 10 is calculated by formula (1)
q - поток тепла;q - heat flow;
λ - теплопроводность;λ - thermal conductivity;
T1, T0 - температура первой пластины 8 и второй пластины 9;T 1 , T 0 - temperature of the first plate 8 and second plate 9;
L - расстояния между пластинами 8 и 9L - distances between plates 8 and 9
С другой стороны поток тепла через воздушную среду 10 может быть вычислен по формуле (2);On the other hand, the heat flow through the air medium 10 can be calculated using formula (2);
σ=5,67*10-8 Вт/(м2⋅К4) - постоянная Стефана-Больцмана - коэффициент излучения абсолютно черного тела.σ=5.67*10 -8 W/(m 2 ⋅K 4 ) - Stefan-Boltzmann constant - black body emissivity.
Формуле (2) может быть применима, так как границы 11 и 12 среды 10 являются черными, поскольку свет, попадающий внутрь среды 10, после многократных отражений будет полностью поглощен. Это обусловлено конструкцией (фиг. 3) - расстояние между пластиной 5 и второй параллельной ей пластиной 9 выбрано из соотношений диаметра пластины 5 к расстоянию между пластинами 5 и 9 не должно превышать 1/10.Formula (2) can be applied since the boundaries 11 and 12 of the medium 10 are black, since the light entering the medium 10 will be completely absorbed after repeated reflections. This is due to the design (Fig. 3) - the distance between plate 5 and the second plate 9 parallel to it is selected from the ratio of the diameter of plate 5 to the distance between plates 5 and 9 should not exceed 1/10.
Из формул (1) и (2) следует формула (3) для определения теплопроводность средыFrom formulas (1) and (2) follows formula (3) to determine the thermal conductivity of the medium
На фиг. 4 чувствительный элемент термодинамической системы образован первым коаксиальным цилиндром 11, вторым коаксиальным цилиндром 12 и третьим коаксиальным цилиндром 13. Цилиндры 11, 12, и 13 границами термодинамической системы. В данном случае границей является тонкий слой металла из меди или платины толщиной 0.01 мм - 0.8 мм. Слои металла могут быть сформированы в виде соленоида. Среда (атмосферный воздух) будет образовывать слои 14 и 15 между цилиндрами 11, 12, и 13.In fig. 4, the sensitive element of the thermodynamic system is formed by the first coaxial cylinder 11, the second coaxial cylinder 12 and the third coaxial cylinder 13. Cylinders 11, 12, and 13 are the boundaries of the thermodynamic system. In this case, the boundary is a thin layer of metal made of copper or platinum with a thickness of 0.01 mm - 0.8 mm. The metal layers can be shaped like a solenoid. The medium (atmospheric air) will form layers 14 and 15 between cylinders 11, 12, and 13.
При помещении цилиндров 11, 12, и 13 в среду устанавливается температура T11, Т22 и Т33 (фиг. 4).When cylinders 11, 12, and 13 are placed in the environment, the temperatures T11, T22 and T33 are established (Fig. 4).
Поток q тепла через среду 11 может быть вычислен по формуле (4);Heat flow q through medium 11 can be calculated using formula (4);
с учетом теплопроводности поток q тепла вычисляется по формуле (5).taking into account thermal conductivity, heat flux q is calculated using formula (5).
где:Where:
L1 - расстояние между цилиндрами 11 и 12;L1 - distance between cylinders 11 and 12;
Т11, Т22 - температура цилиндров 11 и 12;T11, T22 - temperature of cylinders 11 and 12;
D11, D22 - диаметры цилиндров 11 и 12.D11, D22 - diameters of cylinders 11 and 12.
При этом коэффициент теплопроводности можно вычислить по формуле (6)In this case, the thermal conductivity coefficient can be calculated using formula (6)
Первую пространственную производную температуры можно вычислить по формуле (7)The first spatial derivative of temperature can be calculated using formula (7)
Вторую пространственную производную температуры можно вычислить по формуле (8)The second spatial derivative of temperature can be calculated using formula (8)
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением возможно измерение поля температур, пространственную производную температуры и коэффициент теплопроводности.Thus, according to the present invention, it is possible to measure the temperature field, the spatial derivative of temperature and the thermal conductivity coefficient.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2804424C1 true RU2804424C1 (en) | 2023-09-29 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1206633A1 (en) * | 1984-05-22 | 1986-01-23 | Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Э.Жуковского | Heat flow transducer |
| RU2025736C1 (en) * | 1990-11-16 | 1994-12-30 | Киевский технологический институт легкой промышленности | Temperature measuring method |
| US5461309A (en) * | 1992-09-10 | 1995-10-24 | Gec Alsthom T&D Sa | Device for measuring temperature using a Rogowski coil |
| US5573613A (en) * | 1995-01-03 | 1996-11-12 | Lunden; C. David | Induction thermometry |
| RU2131118C1 (en) * | 1997-06-17 | 1999-05-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Sensor of heat flow and process of its manufacture |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1206633A1 (en) * | 1984-05-22 | 1986-01-23 | Харьковский Ордена Ленина Авиационный Институт Им.Н.Э.Жуковского | Heat flow transducer |
| RU2025736C1 (en) * | 1990-11-16 | 1994-12-30 | Киевский технологический институт легкой промышленности | Temperature measuring method |
| US5461309A (en) * | 1992-09-10 | 1995-10-24 | Gec Alsthom T&D Sa | Device for measuring temperature using a Rogowski coil |
| US5573613A (en) * | 1995-01-03 | 1996-11-12 | Lunden; C. David | Induction thermometry |
| RU2131118C1 (en) * | 1997-06-17 | 1999-05-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Sensor of heat flow and process of its manufacture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA3142176C (en) | Apparatus, systems, and methods for non-invasive thermal interrogation | |
| Franco | An apparatus for the routine measurement of thermal conductivity of materials for building application based on a transient hot-wire method | |
| Buliński et al. | Application of the ASTM D5470 standard test method for thermal conductivity measurements of high thermal conductive materials | |
| Cugini et al. | Non-contact direct measurement of the magnetocaloric effect in thin samples | |
| CN109324079A (en) | A kind of measurement method of the material thermal expansion coefficient based on ultrasound | |
| RU2804424C1 (en) | Temperature measuring device | |
| DK176757B1 (en) | U value measure | |
| JPH061185B2 (en) | Method and apparatus for detecting state of adhered matter in fluid pipe | |
| Osséni et al. | Hot plate method with two simultaneous temperature measurements for thermal characterization of building materials | |
| Gustafsson et al. | Measurement of Thermal Transport in Solids with the Hot Disc Method | |
| Model et al. | Virtual experiment design for the transient hot-bridge sensor | |
| CN104749213A (en) | Potential determination device of film thermoelectric material | |
| Silva et al. | Thermal properties estimation of polymers using only one active surface | |
| Bezuidenhout et al. | Heat flux determination using surface and backface temperature histories and inverse methods | |
| RU2633405C1 (en) | Device for measuring thermal conductivity | |
| RU2361184C2 (en) | Device for determining heat transfer characteristics | |
| CN108828005A (en) | A kind of experimental system and method based on sonde method measurement powder thermal coefficient | |
| RU2330264C1 (en) | Non-destructive method for estimating adhesive strength of coatings | |
| RU2329492C2 (en) | Method of complex determination of thermophysical properties of materials and method for its implementation | |
| Hotra et al. | A device for thermal conductivity measurement based on the method of local heat influence | |
| RU2762534C1 (en) | Method for determining heat transfer coefficient of materials and device for its implementation | |
| Karabekova et al. | HEAT FLOW DENSITY MEASUREMENT DURING NON-DESTRUCTIVE TESTING. | |
| RU2550991C1 (en) | Method for determining heat conductivity | |
| Bochegov et al. | Calculation and Experimental Check of the Speed of Thermal Flow Sensors Based on Borelius Anisotropic Thermoelements | |
| Bomberg | Applications of heat flux transducers: a select and annotated bibliography |