УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ РАЗНОСТЕЙ ТЕМПЕРАТУР

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к измерению температуры вещества с помощью термопар, и может быть использована в различных отраслях промышленности, в частности, радиоспектроскопии для дистанционного и контактного измерения температуры образца в ограниченном пространстве зазора магнита.
Прототипом является устройство для измерения малых разностей температур, которое представляет собой дифференциальную многоспайную термопару из термоэлектродной проволоки, отличающееся тем, что, используется термоэлектродная проволока из сплавов хромель и копель, причем термоэлектроды и пары выбраны из одного класса партий проволоки и подвергнуты отжигу при температуре 750-770 К, при этом на электроды нанесено электроизоляционное покрытие (патент RU №2337333, МПК G01K 7/02, H01L 35/00 от 27.10.2008.
Недостатками прототипа являются низкая чувствительность и точность измерения температур при дистанционном и/или контактном измерении температуры, возможность возникновения теплового и электрического контактов между разными ветвями термопары в ограниченном пространстве, низкий диапазона измерения, влияние Джоулева тепла, эффекта Томсона и Зеебека на протяженных проводах между спаями термопары, а также большие размеры устройства.
В предлагаемой полезной модели решаются следующие технические задачи: повышение чувствительности и точности измерения температур при дистанционном и/или контактном измерении температуры; обеспечение теплоэлектроизоляции между ветвями термопары; расширение диапазона измерения; снижение влияния помех; разработка компактного устройства для измерения температуры образца в ампуле, находящейся в датчике магнитного резонанса в узком зазоре магнита.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения малых разностей температур, в корпусе которого установлена дифференциальная многоспайная термопара, имеющая концевые выводы, согласно предлагаемой полезной модели, введены емкость с теплопроводящим дном, керамический диск, в котором выполнены отверстия, и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и электронно-вычислительная машина, на нижнюю половину спаев нанесено электроизолирующее черное матовое теплопоглощающее покрытие, а на верхнюю половину спаев нанесено теплоизлучающее электроизолирующее покрытие, причем верхняя половина спаев контактирует через теплопроводящую пасту с теплопроводящим дном емкости, установленной в корпусе и наполненной хладоагентом, имеющим температуру таяния, соответствующую нижней границе диапазона измерения температуры, при этом ветви термопары между спаями пропущены сквозь отверстия в керамическом диске, концевые выводы термопары выполнены в виде закрученной витковой пары в помехозащитной медной оплетке и подключены к аналого-цифровому преобразователю.
Таким образом, технический результат достигается пропусканием ветвей термопар сквозь отверстия в керамическом теплоэлектроизолирующем диске; применением сменяемого хладоагента для смещения и увеличения диапазона измерений; высокочастотной изоляцией выводов для минимизации влияния внешних электромагнитных помех, и использованием современных методов обработки сигнала в ЭВМ.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для измерения малых разностей температур, а на фиг. 2 показан разрез Α-A на фиг. 1.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - корпус,
2 - нижняя половина спаев,
3 - электроизолирующее черное матовое теплопоглощающее покрытие,
4 - вещество,
5 - ампула,
6 - верхняя половина спаев,
7 - теплопроводящая паста,
8 - емкость,
9 - хладоагент,
10 - концевые выводы термопары,
11 - керамический диск,
12 - отверстия в керамическом диске,
13 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
14 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ).
Устройство для измерения малых разностей температур имеет корпус 1, в котором установлена дифференциальная многоспайная термопара, имеющая концевые выводы 10.
Отличием предлагаемого устройства является то, что в него введены емкость 8 с теплопроводящим дном, керамический диск 11, в котором выполнены отверстия 12, и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 13 и электронно-вычислительная машина 14.
На нижнюю половину 2 спаев дифференциальной многоспайной термопары нанесено электроизолирующее черное матовое теплопоглощающее покрытие 3.
На верхнюю половину 6 спаев дифференциальной многоспайной термопары нанесено теплоизлучающее электроизолирующее покрытие.
Верхняя половина 6 спаев контактирует через теплопроводящую пасту 7 с теплопроводящим дном емкости 8.
Емкость 8 установлена в корпусе 1 и наполнена хладоагентом 9, имеющим температуру таяния, соответствующую нижней границе диапазона измерения температуры.
Ветви термопары между спаями пропущены сквозь отверстия 12 в керамическом диске 11.
Концевые выводы 10 термопары выполнены в виде закрученной витковой пары в помехозащитной медной оплетке и подключены к аналого-цифровому преобразователю 14.
Пример конкретного выполнения.
В предлагаемом устройстве для измерения малых разностей температур используют двенадцатиспайную термопару.
П
В корпусе 1 нижняя половина 2 спаев, защищенная электроизолирующим черным матовым теплопоглощающим покрытием 3, расположена в непосредственной близости к веществу 4, находящегося в ампуле 5, и температуры которого измеряются. Верхняя половина 6 спаев через теплопроводящую пасту 7 контактирует с дном емкости 8, наполненной хладоагентом 9, например льдом, имеющим температуру плавления (таяния) Т=273,15°К (вода имеет максимальную из всех жидкостей теплоемкость - 4.19 кДж/(кг·К). Дно емкости 8 должно быть теплопроводящим, а стенки должны иметь плохую теплоэлектропроводность. К емкости 8 могут быть подведены патрубки для осуществления режима теплоотвода проточной водой. Ветви термопары между спаями пропущены через отверстия 12 в керамическом диске 11. Концевые выводы 10 термопары в виде закрученной витковой пары заключены в помехозащитную медную оплетку и подключены к аналого-цифровому преобразователю 14 и далее к электронно-вычислительной машине 15 для вывода на экран и распечатки зависимости изменения температуры.
П
И
Нижняя граница и диапазон измерения могут быть изменены путем замены льда на хладоагент с более низкой температурой плавления и с большим диапазоном жидкого состояния. Так, например, этиловый спирт (этанол) имеет Т=-114,2°С, а испарения Т=197,2°С, т.е. диапазон температур жидкого состояния ΔT=311 К. Теплоемкость этанола также велика и составляет 2,47 кДж/(кг·К).
Для одной из наиболее чувствительных термопар хромель-копель для перепада температур ΔT=50 К термоЭДС составляет Ε=3,11 мВ, что соответствует крутизне характеристики к=0,062 мВ/°.
По предлагаемой полезной модели, при том же перепаде температур ΔТ=50 К, термо ЭДС составляет Ε=39 мВ, что соответствует крутизне характеристики k=0,8 мВ/°.
Использование полезной модели обеспечивает меньшее отклонение измеренной предлагаемым компактным устройством температуры от градуировочной характеристики, которое по эксперименту не превышает 0,15°C (в обычных термопарах 0,2°C и выше), повышение чувствительности по сравнению с одиночной термопарой, обеспечивает хорошую электроизоляцию между ветвями термопары, возможность расширения диапазона измерения путем смены хладоагента.