Контактный измеритель температуры с самостоятельной градуировкой

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при создании измерителей температуры, предназначенных для контактного измерения температур.

В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в повышении достоверности и надежности измерения температуры.

Поставленная задача решается тем, контактный измеритель температуры, содержит чувствительный элемент, соединенный проводниками с блоком электроники, и модуль с веществом или смесью веществ, температуры обратимых фазовых переходов которых находятся в области диапазона измерений контактного измерителя температуры, а температура модуля совпадает с температурой чувствительного элемента.

1 н.п., 14 з.п., 4 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при создании измерителей температуры, предназначенных для контактного измерения температур.

Из уровня техники известен измеритель температуры (патент РФ на полезную модель 86306 «Измеритель температуры с самодиагностикой неисправности чувствительных элементов в процессе работы», опубликованный 27.08.2009, G01K 7/04). Измеритель температуры содержит три независимых термочувствительных элемента, измеряющих единую температуру.

Недостатком указанного измерителя температуры является невозможность самостоятельной градуировки или корректировки зависимости параметров термочувствительных элементов от температуры в процессе эксплуатации.

Из уровня техники известен интеллектуальный преобразователь температуры

(http://metran.ru/netcat_files/333/553/h_edee2735ed1cb580fad1050dbd5676f5, преобразователь температуры «Метран-280», стр.97-108, (дата обращения к странице 29.09.09 г.), выбранный в качестве прототипа.

Конструктивно интеллектуальный преобразователь температуры содержит чувствительный элемент (первичный преобразователь), подверженный воздействию измеряемой температуры и блок электроники (электронный преобразователь), встроенный в корпус. В интеллектуальном преобразователе используются следующие чувствительные элементы: термопара типа K, N, платиновые резистивные чувствительные элементы. Интеллектуальный преобразователь температуры осуществляет самодиагностику - при обнаружении неисправности в первичном преобразователе выходной аналоговый сигнал электронного преобразователя переводится в состояние аварии.

Недостатком указанного интеллектуального преобразователя температуры является невозможность самостоятельной градуировки или корректировки зависимости параметров термочувствительного элемента от температуры в процессе эксплуатации или их оценки.

В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в повышении достоверности и надежности измерения температуры.

Поставленная задача решается тем, контактный измеритель температуры, содержащий чувствительный элемент, соединенный проводниками с блоком электроники, согласно полезной модели содержит модуль с веществом или смесью веществ, температуры обратимых фазовых переходов которых находятся в области диапазона измерений контактного измерителя температуры, а температура модуля совпадает с температурой чувствительного элемента.

Другой особенностью полезной модели является то, что модуль и чувствительный элемент соприкасаются друг с другом.

Также поставленная задача достигается тем, что модуль и чувствительный элемент соприкасаются с общим тепловым проводником и могут быть покрыты теплоизолирующим материалом.

Также поставленная задача достигается тем, что вещество или смесь веществ модуля при изменении измеряемой температуры изменяет свое состояние из твердого в жидкое или изменяет структуру кристаллической решетки, магнитную или диэлектрическую проницаемости, а смесь веществ находится в виде порошков или растворов.

Также поставленная задача достигается тем, что модуль состоит из нескольких составных частей, каждая из которых состоит из разного вещества или смеси веществ.

Другой особенностью полезной модели является то, что он дополнительно содержит средство измерения параметров вещества или смеси веществ модуля.

Также поставленная задача достигается тем, что в качестве вещества используют олово или никель, или титанат бария.

Также поставленная задача достигается тем, что в качестве смеси веществ используют бинарный сплав никеля и кобальта.

Также поставленная задача достигается тем, что в качестве смеси веществ используют смеси порошков никеля и кобальта.

Технический результат выражается в повышении достоверности и надежности измерения температуры.

При возникновении в веществе или смеси веществ модуля фазового перехода первого рода (например, плавление) - при переходе измеряемой температуры через точку изменения обратимых фазовых переходов веществ или их смесей (реперную точку) происходят явления поглощения или выделения теплоты (в зависимости от направления перехода), направленных на изменение агрегатного состояния вещества без изменения температуры. При соприкосновении модуля с чувствительным элементом, обеспечивается практически одинаковая температура модуля и чувствительного элемента, измеряемый параметр чувствительного элемента будет на некоторое время стабилизирован, несмотря на происходящие процессы теплообмена в части измерителя температуры, в которой находится чувствительный элемент и модуль с веществом или смесью веществ.

При возникновении в веществе или смеси веществ фазового перехода второго рода (например, перекристаллизация) - при переходе измеряемой температуры через точку изменения обратимых фазовых переходов веществ или их смесей, а температура модуля совпадает с температурой чувствительного элемента, явления поглощения или выделения теплоты не происходят, однако могут изменяться какие-либо параметры вещества или смеси веществ модуля, например значительное изменение диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика модуля, что может быть обнаружено, например, с помощью введения в контактный измеритель температуры средства измерения диэлектрической проницаемости модуля, либо значительное изменение магнитной проницаемости ферромагнетика модуля, что может быть обнаружено, например с помощью введения в контактный измеритель температуры средства измерения магнитной проницаемости модуля.

Обнаружив и распознав в процессе эксплуатации фазовый переход вещества или смеси веществ модуля с помощью блока электроники, осуществляется сличение измеренной температуры с температурой фазового перехода, которая является аналогом градуировочной точки или точки корректировки зависимости параметров термочувствительного элемента от температуры в процессе эксплуатации или их оценки в точках фазовых переходов вещества или смеси веществ модуля.

Определив параметры термочувствительного элемента в достаточном количестве точек фазовых переходов, осуществляется градуировка, в противном случае производится корректировка зависимости параметра термочувствительного элемента от температуры, например корректировка параметра R ₀ номинальной статистической характеристики для платинового сопротивления, либо оценивается погрешность контактного измерителя температуры в точках фазовых переходов вещества или смеси веществ модуля, возникшая в процессе эксплуатации.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет осуществить возможность градуировки или корректировки зависимости параметров чувствительного элемента от температуры в процессе эксплуатации или их оценки в точках фазовых переходов вещества или смеси веществ модуля.

Полезная модель поясняется чертежами, где представлены функциональные схемы контактного измерителя температуры: - фиг.1 - функциональная схема контактного измерителя температуры с непосредственным тепловым контактом чувствительного элемента и модуля;

- фиг.2 - функциональная схема контактного измерителя температуры, где чувствительный элемент и модуль соприкасаются с проводником;

- фиг.3 - функциональная схема контактного измерителя температуры, где чувствительный элемент и модуль соприкасаются с проводником, покрытым теплоизолирующим материалом;

- фиг.4 - функциональная схема контактного измерителя температуры со средством измерения параметров вещества или смеси веществ модуля.

Контактный измеритель температуры (фиг.1) содержит корпус 1, в котором находится блок электроники 2, чувствительный элемент 4, соединенный с блоком электроники 2 проводниками 3 и модуль 5 с веществом или смесью веществ, который непосредственно контактирует с термочувствительным элементом 4.

Непосредственный контакт модуля 5 и термочувствительного элемента 4 обеспечивает практически одинаковые их температуры. При возникновении в веществе модуля 5 фазового перехода первого рода (например, плавление) - при переходе измеряемой температуры через реперную точку вещества или смеси веществ модуля происходят явления поглощения или выделения теплоты (в зависимости от направления перехода), без изменения их температуры, поэтому измеряемый параметр термочувствительного элемента 4 будет стабилизирован на время фазового перехода, несмотря на происходящие процессы теплообмена в части измерителя температуры, в которой находится чувствительный элемент 4. При этом вещество или смесь веществ модуля 5 будет находиться либо в твердом, либо в жидком состоянии, в зависимости от измеряемой температуры.

Обнаружив и распознав в процессе эксплуатации фазовый переход вещества модуля, осуществляется сличение параметра термочувствительного элемента или измеренной температуры с температурой фазового перехода, которая является аналогом градуировочной точки или точки корректировки зависимости параметров термочувствительного элемента от температуры в процессе эксплуатации или точки оценки погрешности измерителя температуры.

На фиг.2 представлена функциональная схема контактного измерителя температуры, где чувствительный элемент 4 и модуль 5 соприкасаются с проводником 3, выполненного из металла с высокой теплопроводностью, например из меди. Проводник 3 между чувствительным элементом 4 и модулем 5 обеспечивает практически одинаковые их температуры. При этом проводник 3 также является электрическим проводником, соединяющим чувствительный элемент 4 с блоком электроники 2.

При возникновении в веществе модуля 5 фазового перехода первого рода (например плавление) - при переходе измеряемой температуры через реперную точку вещества или смеси веществ модуля происходят явления поглощения или выделения теплоты (в зависимости от направления перехода), без изменения их температуры, поэтому измеряемый параметр термочувствительного элемента 4 будет стабилизирован на время фазового перехода, несмотря на происходящие процессы теплообмена в части измерителя температуры, в которой находится чувствительный элемент 4. При этом вещество или смесь веществ модуля 5 будет находиться либо в Твердом, либо в жидком состоянии, в зависимости от измеряемой температуры.

Обнаружив и распознав в процессе эксплуатации фазовый переход вещества или смеси веществ модуля, осуществляется сличение параметра термочувствительного элемента или измеренной температуры с температурой фазового перехода, которая является аналогом градуировочной точки.

На фиг.3 представлена функциональная схема контактного измерителя температуры, чувствительный элемент 4 и модуль 5 соприкасаются с проводником 3, покрытым теплоизолирующим материалом 6. Теплоизолирующий материал 6 обеспечивает практически одинаковые температуры чувствительного элемента 4 и вещества или смеси веществ в модуле 5.

При возникновении в веществе модуля 5 фазового перехода первого рода (например плавление) - при переходе измеряемой температуры через реперную точку вещества или смеси веществ модуля происходят явления поглощения или выделения теплоты (в зависимости от направления перехода), без изменения их температуры, поэтому измеряемый параметр термочувствительного элемента 4 будет стабилизирован на время фазового перехода, несмотря на происходящие процессы теплообмена в части измерителя температуры, в которой находится чувствительный элемент 4. При этом вещество или смесь веществ модуля 5 будет находиться либо в твердом, либо в жидком состоянии, в зависимости от измеряемой температуры.

Обнаружив и распознав в процессе эксплуатации фазовый переход вещества модуля, осуществляется сличение параметра термочувствительного элемента или измеренной температуры с температурой фазового перехода, которая является аналогом градуировочной точки.

Пример 1. В качестве чувствительного элемента измерителя температуры используется резистор из платины, модуль состоит из трех составных частей, содержащих галлий, олово и цинк соответственно и имеет непосредственный тепловой контакт с сопротивлением из платины. Рабочий диапазон температур от 25 до 430°C.При измеряемой температуре от 25 до 29.78°C все три вещества модуля находятся в твердом состояний. При переходе измеряемой температуры через точку плавления галлия 29.78°C галлий модуля переходит из твердого в жидкое состояние, что сопровождается небольшим отрезком временной стабильности измеренного значения сопротивления платинового резистора. Обнаружив с помощью блока электроники данную стабильность сопротивления платинового резистора и сопоставив с полученным значением сопротивления температуру фазового перехода галлия, получаем первую градуировочную точку.

При измеряемой температуре от 29.78 до 231.95°C галлий находится в жидком состоянии, а олово и цинк находятся в твердом состоянии. При переходе измеряемой температуры через точку плавления олова 231.95°C олово модуля переходит из твердого в жидкое состояние, что сопровождается небольшим отрезком временной стабильности измеренного значения сопротивления платинового резистора. Обнаружив с помощью блока электроники данную стабильность сопротивления платинового резистора и сопоставив с полученным значением сопротивления температуру фазового перехода олова, получаем вторую градуировочную точку.

При измеряемой температуре от 231,95 до 419.58°C галлий и олово находятся в жидком состоянии, а цинк находится в твердом состоянии. При переходе измеряемой температуры через точку плавления цинка 419.58°C цинк модуля переходит из твердого в жидкое состояние, что сопровождается небольшим отрезком временной стабильности измеренного значения сопротивления платинового резистора. Обнаружив с помощью блока электроники данную стабильность сопротивления платинового резистора и сопоставив с полученным значением сопротивления температуру фазового перехода цинка, получаем третью градуировочную точку.

При измеряемой температуре от 419.58 до 430°C все три вещества модуля находятся в жидком состоянии.

По полученным градуировочным точкам можно рассчитать индивидуальную зависимость сопротивление - температура, например функцию Каллендара - Ван Дюзена для платинового резистора по формуле для диапазона температур выше 0°C по методике п.А. 5 ГОСТ Р 8.624-2006.

На фиг.4 представлена функциональная схема контактного измерителя температуры со средством измерения параметров вещества или смеси веществ модуля. В качестве средства измерения параметров вещества или смеси веществ модуля выступает второй чувствительный элемент 7, соединенный проводниками 8 с блоком электроники 2.

При возникновении в веществе или смеси веществ фазового перехода второго рода (например перекристаллизация) - при переходе измеряемой температуры через точку изменения обратимых фазовых переходов веществ или смесей веществ модуля, явления поглощения или выделения теплоты не происходят, однако могут изменяться какие либо параметры вещества или смеси веществ модуля, например значительное изменение диэлектрической проницаемости вещества или смеси веществ - сегнетоэлектриков модуля, что может быть обнаружено например с помощью введения в контактный измеритель температуры средства измерения диэлектрической проницаемости, либо значительное изменение магнитной проницаемости вещества или смеси веществ - ферромагнетиков модуля, что может быть обнаружено например с помощью введения в контактный измеритель температуры средства измерения магнитной проницаемости.

Также в качестве вещества можно использовать никель (фазовый переход 2 рода - ферромагнетик с точкой Кюри 354.25°C), кварц (фазовый переход 2 рода - сегнетоэлектрик с точкой Кюри 573°C), титанат бария (фазовый переход 2 рода - сегнетоэлектрик с точкой Кюри 121°C), смеси веществ в виде растворов, например бинарный сплав никеля атомным содержанием 70% и кобальта 30% (фазовый переход 2 рода - ферромагнетик с точкой Кюри 679.85°C), смеси веществ модуля в виде порошков никеля и кобальта (фазовые переходы 2 рода - ферромагнетики с точками Кюри 354,25°C и 1114.85°C соответственно), из нескольких составных частей, каждая из которых состоит из разного вещества или смеси веществ, например модуля состоящего из двух частей, одна из которых состоит из никеля, а вторая из кобальта (фазовые переходы 2 рода - ферромагнетики с точками Кюри 354,25°C и 1114.85°C соответственно).

Пример 2. В качестве чувствительного элемента измерителя температуры используется резистор из платины, модуль является электрическим конденсатором, диэлектриком которого является титанат бария в твердом состоянии, конденсатор подвержен воздействию измеряемой температуры. Рабочий диапазон температур от 100 до 200°C.

При переходе измеряемой температуры через точку Кюри титаната бария 121°C его диэлектрическая проницаемость скачком изменяется с 2000 безразмерных единиц (ниже точки фазового перехода) до 18000 безразмерных единиц в точке фазового перехода. Как следствие этого емкость конденсатора при переходе его температуры через точку 121°C изменится скачком в 9 раз, что будет обнаружено блоком электроники.

Сопоставив значение сопротивления платинового резистора в момент скачкообразного изменения емкости конденсатора с температурой фазового перехода титаната бария, производится корректировка параметра R₀ номинальной статистической характеристики для платинового сопротивления, либо оценивается погрешность контактного измерителя температуры в точке фазового перехода, возникшая в процессе эксплуатации.

В сравнении с прототипом заявляемый измеритель обладает возможностью самостоятельной градуировки или корректировки зависимости параметров термочувствительного элемента от температуры в процессе эксплуатации или их оценки в точках фазовых переходов вещества или смеси веществ модуля.

Предлагаемое устройство может быть использовано при создании измерителей температуры, предназначенных для контактного измерения температур.

1. Контактный измеритель температуры, содержащий чувствительный элемент, соединенный проводниками с блоком электроники, отличающийся тем, что измеритель содержит модуль с веществом или смесью веществ, температуры обратимых фазовых переходов которых находятся в области диапазона измерений контактного измерителя температуры, а температура модуля совпадает с температурой чувствительного элемента.

2. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что модуль и чувствительный элемент соприкасаются друг с другом.

3. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что модуль и чувствительный элемент соприкасаются с общим тепловым проводником.

4. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что модуль и чувствительный элемент соприкасаются с общим тепловым проводником и покрыты теплоизолирующим материалом.

5. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что вещество или смесь веществ модуля находятся в твердом или жидком состоянии.

6. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что смесь веществ находится в виде порошков или растворов.

7. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что модуль состоит из нескольких составных частей, каждая из которых состоит из разного вещества или смеси веществ.

8. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит средство измерения параметров вещества или смеси веществ модуля.

9. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества используют олово.

10. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества используют никель.

11. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества используют титанат бария.

12. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что в качестве смеси веществ используют бинарный сплав никеля и кобальта.

13. Контактный измеритель температуры по п.1, отличающийся тем, что в качестве смеси веществ используют смеси порошков никеля и кобальта.