Пристрій для виміру температури

Изобретение относится к технике измерения температуры (Т) жидких и газообразных сред, в частности морской воды, и может быть использовано в океанографии и различных областях і народного хозяйства. Цель изобрететения - расширение диапазона измеряемых Т ч повышение точности измере П 12 5 I Ю І ний. Герметичный корпус 12, содержащий первичный измерительный преобразователь 1, блок 5 возбуждения колебаний струны и преобразователь 6 колебаний струны, помещают в среду, Т которой подлежит контролю. При изменении Т среды изменяется Т рабочей жидкости благодаря высокой теплопроводности материала корпуса, изменяются вязкость жидкости и фаза сигнала колебаний струны на выходе преобразователя 6, который затем поступает через усилитель 7 на блок 8 сравнения фаз. Фазовый сдвиг обусловливается вязким трением, которое является функцией температуры. Струна и база крепления выполнены из материалов с близкими значениями коэффициентов теплового расширения, тем самым сведена к минимуму погрешность измерений, вызываемая временной нестабильностью натяжения струны и ее собственной частоты, поскольку натяжение не зависит от Т. 4 ил. fj 1 L S § оо СО І ' фиг.І 9 4/ 1 1223059 Струна 10 может быть закреплена Изобретение относится к технике в корпусе, например, так, как покаизмерения температуры жидких и газозано на фиг.З. Корпус 12 выполнен в образных сред, в частности морской виде стакана 14, имеющего кольцевой воды, и может быть использовано в океанографии и различных областях на- ^ выступ 15. Корпус имеет подвижную втулку 16 и закрыт с торцов нелодві-пкродного хозяйства. ной втулкой 17 и крышкой 18. На высЦелью изобретения является расшис тупе 15 и втулке 17 закр лл^ і і "поь рение диапазона измеряемых темперарожки" 19 в виде планок, которые тур и повышение точности измерений. На фиг.1 приведена структурная К) образуют базу c^pv^bt 10. Для исключения возмо Kb' „ деформаций струны схема предлагаемого устройства; на в точках соприкосновения с "порожкафиг=2 - график фазотемпературнои * ' " 1У последние изготавливают из •характеристики; На фиг.З и 4 - один более мягкого материала. Концы струиз возможных вариантов выполнения первичного измерительного преобразо- |5 ны 10 прикреплены к втулкам 16 и 17. Натяг струны 10 можно регулировать, перемещая вдоль корпуса подвижную Устройство для измерения температувтулку 16, посредством трех винтов ры содержит (фиг.1) первичный измери20 (под углом 120 друг к другу), тельный преобразователь 1, генератор пропущенных через крышку 18. 2 опорной частоты, делитель 3 частоты» первый усилитель 4, блок 5 возбуждеВблизи струны 10 установлены блок ния колебаний струны, преобразователь 5 возбуждения колебаний струны и пре6 колебаний струны, второй усилитель образователь 6 колебаний струны с по7, блок 8 сравнения фаз, регистмощью кронштейна 21, прикрепленного ратор 9. 25 к выступу 15. Расстояние между блоГенератор 2 опорной частоты подком 5 и преобразователем 6 и базой ключен к делителю 3 частоты, один из крепления струны зависит от конкретвыходов которого соединен с входом ных размеров первичного преобразовапервого усилителя 4. Выход усилителя теля и выбирается из условия получе4 подан на вход блока 5 возбуждения ния максимально возможной чувствиколебаний струны. Выход преобразова- 30 тельности и линейности характеристителя 6 колебаний струны подключен к ки преобразования. входу второго усилителя 7, выход котоВтулки 16 и 17 снабжены элементарого подан на первый вход блока 8 ми герметизации рабочей полости корсравнения фаз. Второй вход блока 8 пуса, втулка 16 имеет технологичессравнения фаз соединен с выходом де- 35 кое отверстие 22 для заполнения раболителя 3 частоты, а выход блока 8 чей полости жидкостью 13. В качестве подключен к регистратору 9. рабочей жидкости 13 может быть испольПервичный измерительный преобразозована дистиллированная вода. При ватель выполнен в виде струны 10, заполнении в корпусе оставляют воз4Q натянутой на базе крепления 11, и усдушный пузырек для компенсации темтановлен в корпусе 12, заполненном пературного расширения жидкости. жидкостью 13. Струна 10 крепится с помощью элеменСтруна 10 может быть выполнена из тов 23-25 (фиг.З). упругого материала, например рессорБлок 5 возбуждения колебаний струно-пружинной стали, диаметром d = ^5 ны 10 предназначен для возбуждения * 0,05-0,2 мм и длиной Z - 20-200 мм. вынужденных периодических колебаний Рекомендуется выдержать соотношение струны. Это может быть любой малогаJ/d ^-300, в этом случае поперечной баритный электромагнит с напряжением жесткостью струны можно пренебречь. питания 5-15 В и частотой возбуждеКорпус \2 служит для герметизации 50 ния несколько килогерц. Преобразорабочего объема и крепления узлов. ватель 6 служит для преобразования Он может быть выполнен из материала механических колебаний струны 10 в с высокой теплопроводностью для повыэлектрический сигнал. Он может быть шения быстродействия первичного препьезоэлектрическим, электромагнитобразователя, например из латуни и 55 ным, можно использовать готовые звут.п. Если корпус является базой крепкосниматели, например ГЗУМ-73С ления струны, то ov изготавливается Генератор 2 опорной частоты слуиз того же материала, что и струна. жит для питания блока 5 возбуждения *-*> З 1 223059 колебаний струны через дилитель 3 частоты. Основное требование к его выбору - высокая стабильность частоты. Может быть использован любой генератор с кварцевой стабилизацией частоты, например генератор частоты декадный прецезионный Г5-35 на 1 мГц. Введение в электрическую схему делителя 3 частоты вызвано тем, что высокостабильные кварцевые генераторы имеют высокую выходную частоту, обычно на несколько порядков превышающую собственную резонансную частоту струны. Б качестве блока 3 может использоваться делитель частоты, встроенный в генератор опорной частоты, либо отдельный стандартный делитель с выходной частотой несколько килогерц. Первый усилитель 4 служит для усиления по мощности напряжения с выхода делителя 3 частоты. Коэффициент усиления его выбирается в зависимости от конструкции блока 5 возбуждения колебаний струны. Усилитель 4 может быть выполнен на базе операционного усилителя, например К140 УД8, совместно с транзистором большой мощности КТ 805, либо используют готовый усилитель мощности У7-3. Второй усилитель 7 предназначен для усиления по амплитуде сигнала, снимаемого с преобразователя Ь (для обеспечения надежной работы блока 8 сравнения фаз), и может быть выполнен на операционном усилителе К140 УД8. Блок 8 сравнения фаз служит для выделения электрического сигнала, пропорционального разности фаз колебаний струны 10 (с преобразователя 6) и частоты вынуждающих колебаний (с делителя 3 частоты). В качестве блока 8 можно использовать фазометр Ф2-16. Регистратор 9 служит для визуального наблюдения или регистрации выходного сигнала блока 8 сравнения фаз (фазового сдвига) на любом носителе информации. Это может быть самописец, магнитное записывающее устройство, устройство оперативного контроля типа дисплей. Переход от электрического сигнала к значениям измеряемой температуры производится с помощью градуировочных характеристик оператором либо посредством ЭВМ. Градуировка осуществляется при аттестациях устройства. Устройство для измерения температуры работает следующим образом. 5 Ю J5 20 25 30 35 40 45 50 55 * Корпус 12, содержащий первичный измерительный преобразователь, блок возбуждения колебаний струны и преобразователь колебаний струны, помещают в среду, температура которой подлежит контролю. При подаче питания сигнал с генератора 2 опорной частоты через делитель 3 частоты и усилитель 4 поступает на блок 5 и возбуждает вблизи струны 10 электромагнитное поле с частотой порядка нескольких килогерц. С одного из выходов делителя 3 частоты опорный сигнал поступает на первый вход блока 8 сравнения фаз. Воздействие электромагнитного поля на струну 10 вызывает ее колебания с той же частотой. В преобразователе 6, связанном со струной 10 электромагнитным полем, механические колебания струны преобразуются в электрический сигнал. При измерении температуры среды изменяется температура рабочей жидкости благодаря высокой теплопроводности материала корпуса, изменяются вязкость жидкости и фаза сигнала вынужденных колебаний струны на выходе преобразователя 6. Этот сигнал поступает через усилитель 7 на второй вход блока 8 сравнения фаз. Так как фаза вынужденного сигнала на выходе преобразователя 6 отличается от фазы вынуждающих колебаний (с делителя 3 частоты), на выходе блока 8 появляется сигнал у. Фазовый сдвиг ^ связан с температурой (фиг.2). По регистратору 9, используя зависимость V = = f(t), судят о температуре среды* Помещение первичного измерительного преобразователя в жидкость с (Высоким температурным коэффициентом вязкости позволяет построить измеритель температуры, принцип действия которого основан на изменении фазы вынужденных колебаний струны от вязкости окружающей среды, зависящей в спою очередь от температуры. Как известно, например для дистиллированной воды при изменении температуры от 0 до 20°С вязкость уменьшается примерно в 2 раза; для глицерина вязкость изменяется в 60 раз при изменении температуры от 100 до 200°С. Изменение фазы вынужденных колебаний струны в жидкости происходит за счет наличия сил вязкости трения, пропорциональных вязкости среды. 1223059 Диапазон измерений известного устройства равен 2 . В предложенном устройстве отказ от дилатометрического принципа действия первичного измерительного преобразователя позволяет выполнить струну и базу ее крепления из материалов с одинаковыми коэффициентами теплового расширения и тем самым 10 свести к минимуму погрешности измерений, вызванные временной нестабильностью натяжения струны и ее собственной частоты, поскольку натяжение не зависит от температуры. 15 В предложенном устройстве фазовый сдвиг ч> обусловливается вязким трением, которое является функцией температуры. Что касается изменения сдвига фа- 20 зы за счет эффектов теплового расширения струны и базы крепления, то в данном случае им можно пренебречь, поскольку струна и база крепления выполняются из одного и того же 25 материала либо из разных материалов, но имеющих близкие значения коэффициентов теплового расширения. При этом натяжение струны не изменяется при изменении температуры, и тем 30 самым исключаются явления упругого последействия и ползучести, что приводит к существенному повышению временной стабильности струны. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство для измерения температуры, содержащее струну, закрепленную на базе, последовательно соединенные генератор опорной частоты, делитель частоты, первый усилитель и блок возбуждения колебаний струны, преобразователь колебаний струны, подключенный к входу второго усилителя, и блок сравнения фаз, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур, в нем струна и база выполнены из материалов с одинаковыми ко-' эффициентами теплового расширения и вместе с блоком возбуждения колебаний струны и преобразователем колебаний струны помещены в герметичный корпус, заполненный жидкостью с высоким температурным коэффициентом вязкости, при этом выход второго усилителя и выход делителя частоты подключены к входу блока сравнения фаз. Фиг. 2 1223059 17 Редактор О.Юрковецкая Составитель Ю.Андриянов Техред И.Гайдош Корректор И.Эрдейи Заказ 1702/43 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам Изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4