пневматическое устройство для измерения температуры

Формула изобретения

Пневматическое устройство для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент, дифференциальный усилитель, нелинейный элемент, вторичный прибор, два пневмосопротивления, подстроечное пневмосопротивление, источник стабилизированного питания и односторонний клапан, отличающееся тем, что в него введен регулятор подачи стабилизированного питания, первый вход которого подключен через односторонний клапан к выходу первого пневмосопротивления и входу подстроечного пневмосопротивления, второй - к выходу второго пневмосопротивления и входу чувствительного элемента, третий - к выходу источника питания, а выход регулятора подачи стабилизированного питания подключен к входу дифференциального усилителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в пневматических устройствах для измерения температуры.

Известно пневматическое устройство для измерения температуры, выполненное в виде мостовой схемы из четырех пневмосопротивлений, одно из которых служит термочувствительным элементом. Измерение производится за счет измерения давления в каналах под действием чувствительного элемента [Авторское свидетельство СССР 678333, М.Кл. G 01 К 5/28, 1979].

Недостаткам и устройств а является невысокая точность измерения и отсутствие возможности настройки диапазонов.

Известен газовый термометр, работа которого основана на термическом расширении или сжатии газа в термобаллоне [Авторское свидетельство СССР 905661, М.Кл. G 01 К 5/32, 1982].

Недостатком изобретения является недостаточно широкий диапазон измерений.

Также известно устройство для измерения температуры путем измерения разности плотностей газа в термометрических элементах [Авторское свидетельство СССР 1232957, М.Кл. G 01 К 5/28, 1986].

Недостатком изобретения является невысокая точность измерений.

Существует способ определения температуры путем измерения разности давлений газа в двух герметизированных объемах с начальной разностью давлений между объемами, формирование которой осуществляют при одинаковой температуре (Авторское свидетельство 1645852, М.Кл G 01 R 5/28, 1991].

Недостатком способа также является невысокая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является пневматическое устройство, которое выполнено в виде мостовой схемы из четырех пневмосопротивлений, два из которых служат термочувствительным элементом и построечным пневмосопротивлением. Также устройство содержит нелинейный элемент, дифференциальный усилитель, стабилизированный источник питания, к которому подключены два параллельных пневмосопротивлевия, вторичный прибор и подстроечиое пневмосопротивлеиие, подключенное к выходу одного из пневмосопротивлеиий и к одному из входов нелинейного элемента, к симметричному входу которого подсоединены чувствительный элемент и выход другого пневмосопротивдения. Выходы нелинейного элемента подключены ко входу дифференциального усилителя, выходы которого подключены ко входу вторичного прибора. Нелинейный элемент представляет собой две камеры, соединенные соплами с атмосферой, между которыми расположена эластичная мембрана [Авторское свидетельство СССР 901840, М. Кл. G 01 К 5/28, 1982].

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения при резких изменениях температуры.

Задача изобретения - повышение точности измерений при резких изменениях температуры за счет введения в пневматическое устройство регулятора подачи стабилизированного питания.

Поставленная задача достигается тем, что в пневматическое устройство для измерения температуры, содержащее чувствительный элемент, дифференциальный усилитель, нелинейный элемент, вторичный прибор, два пневмосопротивления, построечное пневмосопротивление, источник стабилизированного питания и односторонний клапан, введен регулятор подачи стабилизированного питания, первый вход которого подключен к выходу первого пневмосопротивления и входу подстроечного пневмосопротивления, второй вход - через односторонний клапан к входу чувствительного элемента и выходу второго пневмосопротивлення, третий - к стабилизированному источнику питания а выход регулятора подачи стабилизированного питания - к питающему входу дифференциального усилителя.

Сущность устройства поясняется чертежами. На фиг.1 представлена блок-схема пневматического устройства для измерения температуры; на фиг.2 - нелинейный элемент, разрез; на фиг.3 - регулятор подачи стабилизированного питания, разрез.

Пневматическое устройство для измерения температуры содержит чувствительный элемент 1, дифференциальный усилитель 2, нелинейный элемент 3, вторичный прибор 4, регулятор подачи стабилизированного питания 5, пневмосопротивления 6 и 7, построечное пневмосопротивление 8, источник 9 стабилизированного питания, односторонний клапан 10 и соединительные каналы 11-28. Нелинейный элемент 3 состоит из корпусов 29 и 30, между которыми расположена эластичная мембрана 31, образующая камеры 32 и 33. На мембране 31 имеется заслонка 34. На корпусе 29 имеется вход 35, соединенный с каналом 18, выход 36, соединенный с каналом 20 и сопло 37, соединенное с атмосферой. На корпусе 30 имеются вход 38 и выход 39, соединенные соответственно с каналами 15 и 21, и сопло 40, соединенное с атмосферой. Источник 9 питания соединенен с каналом 11, который разветвляется на каналы 12, 13 и 24 соответственно к входу пневмосопротивлений 6 и 7, и к третьему входу регулятора подачи стабилизированного питания 5. Выход пневмосопротивления 7 соединен посредством канатов 17 и 18 с одним из входов нелинейного элемента 3, а посредством канала 25 через односторонний клапан 10 - с регулятором подачи стабилизированного питания 5 и одновременно каналом 19 со входом построечного пневмосопротивления 8. Выход пневносопротивления 6 соединен со вторым входом нелинейного элемента 3 посредством каналов 14 и 15, с регулятором подачи стабилизированного питания 5 посредством каналов 14 и 26 и одновременно каналами 14 и 16 со входом чувствительного элемента 1. Выходы нелинейного элемента 3 через сопла 37 и 40 соединены с атмосферой, а каналами 20 и 21 соединены со входами дифференциального усилителя 2, выходы которого каналами 22 и 23 соединены со вторичным прибором 4 например дифманометром. Регулятор подачи стабилизированного питания 5 состоит из двух камер 41 и 42, между которыми расположена эластичная мембрана 43, на которой закреплен шток 45; камеры соединены калибровочным отверстием 44. Вход 46 регулятора подачи стабилизированного питания 5 через каналы 17, 18 и 25, а также 18, 19 и 25 соответственно соединен с выходом пневмосопротивлеиия 7 и входом построечного пневмосопротивления 8; вход 47 через каналы 14, 15 и 26, а также 15, 16 и 26 - соответственно с выходом пневмосопротивления 6 и входом чувствительного элемента 1. Канал 24 соединен с выходом источника 9 питания через канал 11 и связан со входом дифференциального усилителя 2 посредством перекрывающегося канала 27 и канала 28.

Устройство работает следующим образом При подключении источника 9 питания в каналах 11, 12, 13, и 24 возникает избыточное давление, которое через пневмосопротивление 7 по каналам 17-19 передается на вход 35 нелинейного элемента 3, на вход построечного пневмосопротивления 8 и через односторонний клапан 10 по каналам 17, 18 и 25 - на вход 46 регулятора подачи стабилизированного питания 5, а через пневмосопротивление 6 по каналам 14-16 подается на вход 38 нелинейного элемента 3, на вход термочувствительного элемента 1 и через каналы 14 и 26 - на вход 47 регулятора подачи стабилизированного питания 5. Одновременно газ постоянного давления поступает по каналу 24 на вход регулятора подачи стабилизированного питания 5, с выхода которого по каналу 28 газ постоянного давления поступает на вход питания дифференциального усилителя 2. На выходах 22 и 23 дифференциального усилителя 2 появляется избыточная разность давлении, которая поступает во вторичный прибор 4. При помощи построечного пневмосопротивления 8 устанавливается избыточное давление, соответствующее начальной точке шкалы вторичного прибора 4, причем во время подстройки необходимо, чтобы сопло 37 не сообщалось с атмосферой. Избыточное давление также поступает по каналу 25 через односторонний клапан 10 и по каналу 26 соответственно в камеры 41 и 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5 Следовательно, в момент начальной настройки давление в камерах 41 и 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5 одинаково, и шток 45 находится в среднем положении. При повышении температуры измеряемой среды благодаря чувствительному элементу 1 поднимается давление в каналах 14-16, которое передается в камеру 33 через вход 38 нелинейного элемента 3, одновременно сообщается с атмосферой через сопло 40 и через выход 39 и канал 21 поступает на вход дифференциального усилителя 2. Одновременно избыточное давление по каналу 26 через вход 47 поступает в камеру 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5, поднимая шток 45. Шток 45 в свою очередь увеличивает сечение перекрывающегося канала 27, в результате чего дополнительное давление поступает через канал 28 на вход питания дифференциального усилителя 2, усиливая показания вторичного прибора 4 в начальный момент изменения температуры. Затем за счет калибровочного отверстия 44 давления в камерах 41 и 42 уравновешиваются и мембрана 43 возвращается в первоначальное положение, опуская шток 45 в среднее положение. При дальнейшем увеличении температуры поднимается давление в камере 33 и эластичной мембраной 31, заслонкой 34 постепенно перекрываются сопла 37 и 40. После перекрытия сопел 37 и 40 давление в камерах 32 и 33 нелинейного элемента 3 соответственно через каналы 20 и 21 подается на входы дифференциального усилителя 2, через выходы 22, 23 которого поступает на вторичный прибор 4. Этот момент соответствует началу диапазона измерений. Шкала вторичного прибора 4 может быть отградуирована в градусах Цельсия, по Фаренгейту и пр.

Однако при быстром изменении температуры показания вторичного прибора 4 отстают от ее реального изменения за счет инерционности всей системы. Для компенсации инерционности системы с каналов 16 и 26 давление поступает в камеру 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5 Односторонний клапан 10 не пропускает давление из канала 25 в канал 18. Из-за перепада давления а камерах 41 и 42 мембрана 43 отклоняется, двигая шток 45, который в свою очередь увеличивает подачу стабилизированного питания на дифференциальный усилитель 2. Если измеряемая температура перестает изменяться, давление в камерах 41 и 42 выравнивается за счет калибровочного отверстия 44. Изменяя сечение калибровочного отверстия 44, регулируют величину компенсации замера температуры; то есть, чем больше сечение, тем меньше компенсация. Величина компенсации зависит от условий, в которых будет работать устройство.

При уменьшении измеряемой температуры происходит уменьшение сечения перекрывающегося канала 27 штоком 45 и мембраной 43, которая прогибается в противоположную сторону из-за начальной разницы давлений в камерах 41 и 42 регулятора подачи стабилизированного питания 5.

Итак, предлагаемое устройство обеспечивает более точное измерение при быстро меняющихся значениях температуры, которые могут теряться за счет инерционности системы.