SU1368664A1

SU1368664A1 - Device for measuring temperature of solid surface

Info

Publication number: SU1368664A1
Application number: SU854036292A
Authority: SU
Inventors: Михаил Евгеньевич Аверьянов; Алексей Петрович Афанасьев; Виленин Наумович Вигдорович; Евгений Петрович Волков; Федор Васильевич Марков; Леонид Викторович Меркушев; Валентин Васильевич Почтовский; Герман Александрович Ухлинов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7800; Московский институт электронной техники
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1988-01-23

Abstract

Изобретение относитс к области теплофизического приборостроени . Цель изобретени - повышение точности измерени . Измерительную головку 1 прикладывают к контролируемой поверхности 17. Выходной сигнал термоэлектрической батареи, наход щийс в термоэлектрическом чувствительном элементе 3, пропорционален разности температур измер емой поверхности и измерительной головки. Указанный выт ходной сигнал суммируетс с выходным сигнапом, мостовой схемы 4. Сум- марньй выходной сигнал измерительной головки 1 пропорционален температуре контролируемой поверхности и не зависит от изменени температуры самой измерительной головки. Выходной сигнал измерительной головки 1 поступает на вход аналого-цифрового преобразовател 7 и отображаетс на цифровом индикаторе 8 в единицах температуры . 3 з.п.ф-лы, 2 ил. i СЛThe invention relates to the field of thermophysical instrumentation. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The measuring head 1 is applied to the test surface 17. The output signal of the thermoelectric battery, located in the thermoelectric sensing element 3, is proportional to the temperature difference between the measured surface and the measuring head. This output signal is summed with the output signal of the bridge circuit 4. The sum output signal of the measuring head 1 is proportional to the temperature of the monitored surface and does not depend on the temperature change of the measuring head itself. The output signal of the measuring head 1 is fed to the input of the analog-to-digital converter 7 and is displayed on the digital indicator 8 in terms of temperature. 3 hp ff, 2 ill. i SL

Description

00 О) 00 05 О5 400 O) 00 05 O5 4

Фиг.11

2525

Изобретение относитс к теплофизи- ческому приборостроению и может быть использовано дл контрол температуры стен зданий и сооружений, поверх- 5 ности термического оборудовани ,теплотехнических агрегатов, отопительной арматуры, теплоизол ции трубопроводов , корпусов приборов и т.д.The invention relates to thermophysical instrumentation and can be used to control the temperature of walls of buildings and structures, the surface of thermal equipment, heat engineering units, heating fittings, heat insulation of pipelines, instrument cases, etc.

Цель изобретени - повышение точ- 10 ности измерени путем снижени погрешности , обусловленной различием в степени черноты контролируемых поверхностей .The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy by reducing the error due to the difference in the degree of blackness of the surfaces to be tested.

На фиг.1 приведена структурна 1f схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - конструкци термоэлектрического чувствительного злемента, используемого в составе устройства, разрез. .20Figure 1 shows the structural 1f diagram of the proposed device; Fig. 2 shows the construction of a thermoelectric sensitive element used in the composition of the device, a section. .20

Устройство сЬдержит измерителы ную Головку 1, снабженную установочной цилиндрической насадкой 2, выполненной из теплоизол ционного материала , например, фторопласта, тер- мбэлектрический чувствительный элемент 3, корректирующую резистивную мостовую схему 4 с терморезистором 5, включенным в одно из ее плеч, и регистрирующий прибор 6, включающий в 30 себ аналого-цифровой преобразователь 7 и блок цифровых индикаторов 8.The device holds a measuring head 1, equipped with an installation cylindrical nozzle 2 made of thermal insulation material, for example, fluoroplastic, a thermoelectric sensing element 3, a resistive correction circuit 4 with a thermistor 5 connected to one of its shoulders, and a recording device 6 , which includes 30 analog-digital converter 7 and a block of digital indicators 8.

Корректирующа резистивна мостова схема 4 подключена последовательно с термоэлектрическим чувствитель- 35 ным элементом 3 к входу аналого-цифрового преобразовател 7.The correction resistive bridge circuit 4 is connected in series with the thermoelectric sensitive element 3 to the input of the analog-digital converter 7.

Термоэлектрический чувствительный элемент 3 (фиг.2) выполненный в виде пленочной термоэлектрической батареи 40 9, сформированной на тонкой диэлектрической подложке 10, например слюд ной , котора закреплена на массивном медном или алюминиевом теплопри- емном основании 11, снабженном высту- 45 пами 12, соприкасающимис с опорными спа ми термоэлектрической батареи 9, поверх которой установлена прижимна накладка 13 с прорез ми, перемыч14 ) дл обеспечени хорошего теплового контакта с теплоприемным основанием 11. Кроме того, перемычки 14 предотвращают пр мой нагрев опорных спаев термоэлектрической батареи 9- тепловым потоком от контролируемой поверхности.A thermoelectric sensing element 3 (FIG. 2) made in the form of a film thermoelectric battery 40 9 formed on a thin dielectric substrate 10, for example, a mica one, which is mounted on a massive copper or aluminum heat sink 11, provided with protrusions 45 in contact with with supporting joints of a thermoelectric battery 9, on top of which a slotted pressure plate 13 is installed, jumpers 14) to ensure good thermal contact with the heat-receiving base 11. In addition, jumpers 14 prevent schayut direct heating of reference junctions of the thermoelectric battery 9- heat flux from the test surface.

Насадка 2 устанавливает величину воздушного зазора между термоэлектрическим чувствительным элементом 3 и контролируемой поверхностью 17 (фиг. Величина воздушного зазора зависит от степени черноты контролируемой поверхности , измер емой температуры, требуемой точности измерени и может быть подобрана опытным путем или определена из неравенстваThe nozzle 2 sets the size of the air gap between the thermoelectric sensing element 3 and the test surface 17 (Fig. The size of the air gap depends on the degree of blackness of the test surface, the measured temperature, the required measurement accuracy and can be chosen experimentally or determined from inequality

.:То.1..: To.1.

.1E..1E.

..6 (Tt«,c - T:)..6 (Tt ", c - T :)

где X.where is X.

ВОЗАVox

MateMate

Т -T -

J- оJ- o

ей , . . (1)her , . . (one)

о about

удельна теплопроводность воздуха в нормальных услови х (2,6 10- Вт/см-К); посто нна Стефана-Больц- мана (5,67- 10 Вт/см - Kj; максимальна измер ема температура;thermal conductivity of air in normal conditions (2.6 10 - W / cm-K); Stefan-Boltzmann constant (5.67-10 W / cm - Kj; maximum measured temperature;

температура теплоприемного основани 11, установленного в - измерительной головке Г:temperature of the heat-receiving base 11 installed in the - measuring head G:

степени черноты поверхности тела и термоэлектрического чувствительного элемента соответственно. Величина зазора с практически лежит в пределах от долей миллиметра до нескольких миллиметров. При наличии насадки и указанной величине зазора нагрев термоэлектрического ствительного элемента 3 от контролируемой поверхности осуществл етс практически только за счет теплопроводности по с;1ою воздуха в зазоре.degrees of blackness of the body surface and thermoelectric sensitive element, respectively. The size of the gap with almost lies in the range from fractions of a millimeter to several millimeters. In the presence of a nozzle and the specified gap size, the heating of the thermoelectric element 3 from the test surface is carried out practically only due to heat conductivity along the air gap in the gap.

В насадке 2 параллельно ее торцу размещено несколько пленочных мембран 18, выполненных из термостойкого полимерного материала, например тонкой (5-10 мкм) полиамидной пленки.In the nozzle 2 parallel to its end there are several film membranes 18 made of heat-resistant polymeric material, for example, a thin (5-10 μm) polyamide film.

ки 14 между которыми совмещены с вые- 50 тонким зеркальным покрытием, отра- тупами 12 теплоприемного основани жающим излучение. Наличие мембран 11ki 14 between which are combined with a thin mirror coating emit- ting 50, heat-receiving bases 12 of the base receiving radiation. The presence of membranes 11

На внешнюю поверхность термоэлектрической батареи 9 при необходимости может быть нанесен тонкий защитный изолирующий слой 15 с зеркальньм отражающим покрытием 16, например, из алюмини . Опорные спаи термоэлектрической батареи 9 прижаты к выступам 12 накладкой 13 (ее перемычкамиIf necessary, a thin protective insulating layer 15 with a specularly reflective coating 16, such as aluminum, may be applied to the outer surface of the thermoelectric battery 9. The reference junctions of the thermoelectric battery 9 are pressed to the protrusions 12 by the overlay 13 (its jumpers

преп тствует возникновению свободной конвекции воздуха в зазоре, существенно вли ющей на точность измерени 55 Устройство работает следующим образом .prevents the occurrence of free air convection in the gap, significantly affecting the accuracy of the measurement 55 The device operates as follows.

Измерительную головку 1 торцом ее насадки 2 прикладывают к контролируемой поверхности I7. При этом в воз5The measuring head 1 with the end of its nozzle 2 is applied to the test surface I7. At the same time

f 0f 0

0 0

5 five

0 5 0 5

14) дл обеспечени хорошего теплового контакта с теплоприемным основанием 11. Кроме того, перемычки 14 предотвращают пр мой нагрев опорных спаев термоэлектрической батареи 9- тепловым потоком от контролируемой поверхности.14) to ensure good thermal contact with the heat-receiving base 11. In addition, the jumpers 14 prevent the direct junctions of the thermoelectric battery 9 from being heated by the heat flux from the test surface.

Насадка 2 устанавливает величину воздушного зазора между термоэлектрическим чувствительным элементом 3 и контролируемой поверхностью 17 (фиг.1). Величина воздушного зазора зависит от степени черноты контролируемой поверхности , измер емой температуры, требуемой точности измерени и может быть подобрана опытным путем или определена из неравенстваThe nozzle 2 sets the size of the air gap between the thermoelectric sensitive element 3 and the controlled surface 17 (FIG. 1). The size of the air gap depends on the degree of blackness of the test surface, the measured temperature, the required measurement accuracy and can be selected experimentally or determined from inequality

.:То.1..: To.1.

.1E..1E.

..6 (Tt«,c - T:)..6 (Tt ", c - T :)

где X.where is X.

ВОЗАVox

MateMate

Т -T -

J- оJ- o

ей , . . (1)her , . . (one)

о about

тонким зеркальным покрытием, отра- жающим излучение. Наличие мембран thin mirror coating reflecting radiation. Membrane availability

преп тствует возникновению свободной конвекции воздуха в зазоре, существенно вли ющей на точность измерени . Устройство работает следующим образом .It prevents the occurrence of free air convection in the gap, which significantly affects the measurement accuracy. The device works as follows.

Измерительную головку 1 торцом ее насадки 2 прикладывают к контролируемой поверхности I7. При этом в воз31368664The measuring head 1 with the end of its nozzle 2 is applied to the test surface I7. In this case, the air31368664

душном зазоре величиной L, задаваегдa stuffy gap of L

мом насадкой 2, устанавливаетс линейное распределение температуры, так что температура рабочих спаев Трр термоэлектрической батареи 9, наход щихс на рассто нии 1 от основани измерительной головки (тепло- приемного основани 11), определ емом высотой выступов 12, определ етс уравнениемThe nozzle 2 establishes a linear temperature distribution, so that the temperature of the working junctions Trp of the thermoelectric battery 9 located at a distance of 1 from the base of the measuring head (heat receiving base 11), determined by the height of the projections 12, is determined by the equation

Т., Т, + (Т - Тг) (2)T., T, + (T - Tr) (2)

РС г V U L RS g V U L

где Т - температура измерительнойwhere T is the measuring temperature

головки;heads;

Ту - температура поверхности. Нагрев рабочих спаев термоэлектрической батареи 9 вызьшает -по вление ЭДС, величина которой пропорциональна разности температур ее рабочих и опорных спаев, т.е.Tu is the surface temperature. The heating of the working junctions of the thermoelectric battery 9 results in the appearance of an emf whose value is proportional to the temperature difference between its working and reference junctions, i.e

Е п V.(Tp,- Т„,), (3) где п - число термопар в термоэлектрической батарее; с/ - коэффициент термо-ЭДС однойЕ п V. (Tp, - Т „,), (3) where n is the number of thermocouples in the thermoelectric battery; c / - thermo-emf coefficient of one

термопары;thermocouples;

Tjjj.- температура опорных спаев. Так как опорные спаи термоэлек- трической батареи 9 практически имеют температуру измерительной головки , т.е. TOJ-I T, то выражение (3) приводитс к видуTjjj.- temperature reference junctions. Since the reference junctions of the thermoelectric battery 9 practically have the temperature of the measuring head, i.e. TOJ-I T, the expression (3) is reduced to

Е п (Т ре- Т,). (4) Объедин выражени (2) и (4), можно получитьE p (T re- T). (4) Combining expressions (2) and (4), you can get

Б « Е -(Т,- т,). (5)Б «Е - (Т, - т,). (five)

Выражение (5) показьюает, что выходной сигнал термоэлектрической батареи 9 пропорционален разности температур измер емой поверхности и измерительной головки. Коэффициент К Expression (5) shows that the output signal of the thermoelectric battery 9 is proportional to the temperature difference between the measured surface and the measuring head. K coefficient

п 0/ - определ ет крутизну вольт- амперной характеристики термоэлектрической батареи.n 0 / - determines the steepness of the current-voltage characteristics of the thermoelectric battery.

Корректирующа резистивна мосто- ва схема 4 с включенным в нее термо резис тором 5 балансируетс при Т,. 0°С. При изменении температуры измерительной головки 1 измен етс сопротивление размещенного в ней терморезистора 5 и в измерительной диагонали мостовой схемы возникает напр жение ЕThe correction resistive power circuit 4 with the thermal resistor 5 included in it is balanced at T ,. 0 ° C. When the temperature of the measuring head 1 changes, the resistance of the thermistor 5 placed in it changes and a voltage E occurs in the measuring diagonal of the bridge circuit.

, равное E,.I,-Tequal to E, .I, -T

г g

(6)(6)

где о/р - температурный коэффициент сопротивлени терморезистора;where o / p is the temperature coefficient of resistance of the thermistor;

о сопротивление терморезистора при o resistance thermistor at

1ц - величина тока питани моста .1c is the current value of the power bridge.

Формула (6) приведена дл равно- плечего моста. Коэффициент К, 1/4У.Formula (6) is given for an equilateral shoulder of the bridge. Coefficient K, 1 / 4U.

R,R,

TO определ ет крутизну выTO determines the slope you

ходной характеристики корректирующей мостовой схемы.the driving characteristics of the corrective bridge circuit.

Выходной сигнал термозлектрическо- 15 го чувствительного элемента 3 суммируетс с выходным сигналом Е. коррекМThe output signal of the thermo-electric 15th sensor element 3 is summed with the output signal E. correctorM

тирующей мостовой схемы 4, при этомbridge circuit 4, while

суммарный выходной сигнал Е рительной головки 1total output signal E of the output head 1

изме change

. 20 . 20

,-T,) + К,Т. (7), -T,) + K, T. (7)

Из (7) следует, что при суммарный выходной сигнал измерительной головки 1 пропорционален темпера25 туре Т контролируемой поверхности и не зависит от изменени температуры самой измерительной головки, обусловленного как нагревом от контролируемой поверхности, так и изменениемFrom (7) it follows that when the total output signal of the measuring head 1 is proportional to the temperature T of the monitored surface and does not depend on the temperature change of the measuring head itself, caused both by heating from the monitored surface and by changing

30 температуры окружающей среды, т.е.30 ambient temperatures, i.e.

Bir Г6 Т и Bir G6 T and

Выходной сигнал измерительной головки 1 поступает на вход аналого- цифрового преобразовател 7 и отобра- 35 жаетс на цифровом индикаторе 8 непосредственно в единицах температуры,The output signal of the measuring head 1 is fed to the input of the analog-digital converter 7 and is displayed on the digital indicator 8 directly in units of temperature,

Claims

Invention Formula

40 1. Device for measuring the surface temperature of solids, containing a measuring head with a thermoelectric sensitive element displaced in it, equipped with

45 with a nozzle, and a recording device connected to a thermoelectric sensitive element, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, into it

50 is introduced in series with a thermoelectric sensitive element, a resistive correction bridge with a thermistor included in one of its shoulders and spaced in the measuring head, and the thermoelectric sensitive element is made in the form of a film thermoelectric battery formed on a thin dielectric

a substrate placed on a massive, heat-receiving base, provided with protrusions in contact with the supporting junctions of a thermoelectric battery, over which a pressure pad is installed with slots, jumpers between which are aligned with the protrusions of the heat-receiving base; Made of heat-resistant polymeric material, and on the surface

-

64

thermoelectric battery or on

film membranes are applied a specular reflective coating. 2, the device according to p. I, about tl and the fact that the membrane is made of a thin polyamide film.

3. The device according to PP.1 and 2, t - characterized by the fact that the specular reflecting coating is made of aluminum.

;;

2