Датчик разницы температур

Датчики разности температур

Датчиком разности температур называют прибор, который являясь как бы сердцем гелиосистемы, служит для автоматического включения и выключения коллекторных насосов.

Под воздействием сигналов, получаемых от высокотемпературного датчика, помещенного на коллекторной пластине вблизи выходного отверстия коллектора, и низкотемпературного датчика, находящегося в нижней части теплоаккумуляторного бака, в терморегуляторе фиксируется разность температур. Когда разность температур превышает определенный уровень, автоматический регулятор включает коллекторные насосы. Если разность температур ниже определенного уровня, то автоматический регулятор отключает насосы.

Высокотемпературный датчик помещается на нагреваемой потоком солнечного излучения тепловоспринимающей пластине, где температура достигает наибольшего значения. По мере того как на пластину поступает поток солнечного излучения, ее температура повышается. В момент, когда разница в показаниях высоко- и низкотемпературного датчика, находящегося в нижней части теплоаккумуляторного бака, превысит заданный уровень, приводится в действие коллекторный насос, в результате чего рабочее вещество перекачивается в коллектор, где и нагревается.

На рисунке представлена схема действия датчиков разности температур, регулирующих работу коллекторных насосов.

Датчики разность температур, регулирующий работу коллекторных насосов

1 - коллектор; 2 - высокотемпеpатурный датчик; 3 - стекло; 4 - тепловоспринимающая пластина;

5 - теплоизоляционный материал; 6 корпус; 7 - шкала датчиков разности температур;

8 - коллекторный насос; 9 - низкотемпературный датчик

Обычно принимается что при включении коллекторного насоса разность температур на измерительной шкале прибора Должна составлять 5-7°С, а при выключении - 0,5-2°С. Однако у этих приборов, выпускаемых разными производителями, возможны некоторые различия в устройстве. Имеются также, как правило, приспособления, позволяющие проверять и настраивать приборы.

Если высокотемпературный датчик помещается на тепловоспринимающей пластине плоского солнечного коллектора, оборудованного селективно-поглощающей пленкой, то он может подвергаться воздействию температур выше 180°С, поэтому необходимо обращать особое внимание на термостойкость материалов, из которых изготовляются датчики. Датчики, выполненные из материалов на основе платины, выдерживают сравнительно высокую температуру и в отношении термостойкости не вызывают беспокойства. Датчики, сделанные на основе меди, ограничены температурой 120°С.

Если датчики разности температур, у которых значение разницы температур точно фиксировано, изготовлены вместе с гелиосистемой, то устройство работает хорошо. Однако если гелиосистема проектировалась отдельно от термостата, рекомендуется выбирать датчики разности температур с саморегулировкой для того, чтобы после установки системы во время пусконаладочных работ можно было определить оптимальное значение разности температур.

Датчики разности температур с саморегулировкой (фирма "Оедэнко Коге")

1 - высокотемпературный датчик (помещается на тепловоспринимающей пластине);

2 - низкотемпературный датчик (помещается в нижней секции теплоаккумуляторного бака);

3 - регулятор разности температур (включение и выключение насосов); 4 - электропитание коллекторного насоса

Методика выбора солнечного коллектора. В последнее время в продаже появилось множество различных типов коллекторов.

При выборе коллектора следует руководствоваться такими основными положениями:

1) Следует учитывать не только тепловую эффективность коллектора, но и его стоимость. Например, при выборе данного устройства для системы горячего водоснабжения необязательно исходя из соотношения стоимости и качеств коллектора останавливаться на вакуумированных трубчатых коллекторах.

2) Рекомендуется принимать во внимание прочность коллектора. Каково бы ни было качество тепловоспринимающей пластины, материал его корпуса вскоре ржавеет, и если в нем появятся отверстия, то коллектор не сможет функционировать в заданном режиме. Следует выбирать такой коллектор, который смог бы работать по крайней мере не менее 15 лет.

3) Следует обращать внимание на надежность коллектора. Где бы ни монтировалась гелиосистема, в случае аварии коллектор может оказаться перед опасностью воздействия высоких температур. У коллекторов, оборудованных селективно-поглощающими пленками, температура поглощающих пластин поднимается до 180°С, поэтому возможны явления вскипания жидкости, вибрации и ухудшения качеств коллекторов. Рекомендуется выбирать коллектор, характеризующийся надежностью в подобных ситуациях.

4) Коллектор должен иметь простую схему монтажа: при установке не только сборка самого коллектора, но и его соединение с трубопроводами должны осуществляться просто.

Нужно выбирать тип коллектора, подходящий для эксплуатации в гелиосистеме. Так, необходимо обращать внимание на то, чтобы в гелиоконтуре можно было осуществить антикоррозионные и антифризные меры, а также установить устройства, предохраняющие систему от чрезмерных перепадов давлений.

5) Оценку коллектору следует давать по его эксплуатационным качествам: следует выбирать такой коллектор, который может работать стабильно по крайней мере в течение 2 - 3 лет.

Устройство измерения разности температуры c терморезистивными датчиками

Устройство измерения разности температуры c терморезистивными датчиками (RU 2405131):

G01K3/08 - показывающие разность значений (с помощью термоэлектрических элементов G01K 7/02); показывающие дифференциальные значения

Вледельцы патента:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Смоленская государственная медицинская академия федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию (RU)

Для измерения разности температур технологических объектов и в медицинской технике предложено устройство, которое включает в себя два терморезистивных датчика, два источника тока и аналого-цифровой преобразователь с внешним источником опорного напряжения. Замкнутый элемент первого переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом второго переключателя и выходом первого источника тока, а нормально замкнутый элемент второго переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом первого переключателя и выходом второго источника тока, что обеспечивает возможность последовательного подключения источников тока к терморезистивным датчикам. К точке объединения этих датчиков веден дополнительный резистор, через который протекает суммарный ток обоих источников. Падение напряжения на этом резисторе используется в качестве опорного напряжения АЦП, за счет чего результат суммы двух последовательных измерений разности температур не зависит от нестабильности источников тока. Технический результат - повышение точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах сбора данных в технологических устройствах, а также в медицинской практике.

Известны устройства для измерения разности температуры, использующие электрический мост с двумя терморезистивными датчиками с управляющими электродами и схемой уравновешивания моста [Коробов P.M. Брусенцов Ю.А. Королев А.П. Фесенко А.И. Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт). Устройство измерения разности температуры. Патент (11)2254559. Опубл. 20.06.2005; Фесенко А.И. Ищук И.Н. Чудинов Ю.В. Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт). Устройство измерения разности температуры. Патент (11)2006106082. Опубл. 20.09.2007]. Недостатками устройств являются сложность используемых схем управления, использование дорогостоящих терморезистивных датчиков с управляющими электродами, ограничивающими точность измерения и быстродействие измерителя.

Известно устройство [АВТЭКС Санкт-Петербург, http://www.autexspb.da.ru, стр.7.13], [AnalogDevice], измеряющее температуру, содержащее последовательно соединенные терморезистивный датчик, дополнительный резистор и источник тока, выводы терморезистора подключены к измерительному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а выводы дополнительного резистора - ко входам внешнего опорного напряжения АЦП.

Недостатком устройства является то, что измеряется падение напряжения на полном сопротивлении датчика Rt=Rt(0)(1-α·t), а не на приращении ΔRt=a·t, вызываемом приращением измеряемой температуры, что приводит к неэффективному использованию диапазона преобразования АЦП. Последнее особенно важно при медицинских измерениях, где из-за относительно малых измеряемых температур приращение ΔRt невелико, и, соответственно, используется лишь малая часть диапазона преобразователя, что не позволяет обеспечить высокое разрешение измерения температуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство [АВТЭКС Санкт-Петербург, http://www.autexspb.da.ru, стр.7.14], измеряющее разность температур, содержащее два источника тока, один из которых соединен с первым терморезистивным датчиком, а второй - с образцовым резистором, вместо которого может использоваться второй терморезистивный датчик, выводы этих резисторов подключены к дифференциальному входу АЦП. Устройство лишено соответствующего недостатка предыдущей схемы.

Недостатком данного устройства является наличие погрешности, вносимой отклонением токов от номинала.

Целью настоящего изобретения является обеспечение независимости результатов измерения от нестабильности токов питания.

Достижение цели достигается введением переключателей в токовые цепи последовательно с каждым терморезистивным датчиком и введением дополнительного резистора, включенного между точкой объединения терморезисторов и общей точкой схемы, выводы внешнего опорного напряжения АЦП подключены к выводам этого резистора.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой, представленной на чертеже.

Устройство содержит два источника тока 1 (I₁ ) и 2 (I₂ ), два переключателя 3, 4, коммутирующие элементы которых соединены с выводом первого терморезистивного датчика 5 (Rt1) и второго терморезистивного датчика 6 (Rt2), нормально замкнутый элемент первого переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом второго переключателя и выходом источника тока 1, а нормально замкнутый элемент второго переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом первого переключателя и выходом источника тока 2, точки соединения источников тока и терморезистивных датчиков 5, 6 соединены с дифференциальными входами аналого-цифрового преобразователя 8, вторые входы резисторов объединены и соединены с выводом дополнительного резистора 7 (R_Д ) и с входом внешнего опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя (REF+), второй вывод резистора подключен к общей точке и ко второму входу внешнего опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя (REF-).

Устройство работает следующим образом. При исходном положении (а1, а2) переключателей 1, 2 через резистор Rt1 протекает ток I₁. создавая на нем падение напряжения I₁ ·Rt1, через резистор Rt2 протекает ток I₂. создавая на нем падение напряжения I₂ ·Rt2. Через дополнительный резистор R_Д протекает суммарный ток I₁ +I₂. создавая падение напряжения U_Д =(I₁ +I₂ )·R_Д. При этом к входу IN1 будет приложено напряжение U_IN1 =I₁ ·Rt1+(I₁ +I₂ )·R_Д. а к входу IN₂ U_IN2 =I₂ ·Rt2+(I₁ +I₂ )·R_Д. Дифференциальное напряжение, приложенное между двумя входами АЦП:

Затем переключатели 1, 2 переводятся в положение (б1, б2). При этом положении переключателей через резистор Rt1 протекает ток (I₂ ), создавая на нем падение напряжения I₂ ·Rt1, через резистор Rt2 протекает ток (I₁ ), создавая на нем падение напряжения I₁ ·Rt2.

Дифференциальное напряжение, приложенное между двумя входами АЦП, в этом случае будет:

Среднеарифметическое значение результата двух измерений

Напряжение U_Д. прикладываемое к обоим входам АЦП, носит синфазный характер. Наличие положительного значения синфазного сигнала позволяет измерять с помощью АЦП как положительное, так и отрицательное значение сигналов ΔU.

В результате каждого аналого-цифрового преобразования сигналов ΔU мы получим:

где N_max - максимальное значение кода АЦП, U_REF - опорное напряжение АЦП, I₁ - значение тока первого источника, I₂ - значение тока второго источника, Rt₁ - сопротивление терморезистивного датчика 5 при температуре t₁. Rt₂ - сопротивление терморезистивного датчика 6 при температуре t₂ ,

Соответственно, среднеарифметическое значение двух преобразований:

Опорное напряжение в предлагаемом устройстве снимается с дополнительного резистора 7 (R_д ):

Из выражений (5), (6) следует:

Или, учитывая зависимость сопротивления терморезисторов от температуры Rt=Rt(0)(1-α·T):

Полученное выражение показывает, что результат преобразования не зависит от стабильности источников токов 1 и 2.

Пример реализации заявляемого устройства. Работу устройства можно проиллюстрировать на примере построения разработанной и используемой экспериментальной установки для контроля неравномерности температуры различных участков кожного покрова пациентов при медицинских исследованиях.

Простейшая реализация устройства осуществлялась с использованием аналого-цифрового преобразователя (8) микроконтроллера Atmega 16A, двух источников тока (1, 2) на транзисторной сборке СА3086, сдвоенного интегрального переключателя ADG436 (3, 4), терморезистивных датчиков (5, 6) типа ТСП100П. Обработка полученных результатов производилась с помощью микроконтроллера, входящего в состав микросхемы. Величина токов обоих источников задана равной 5 мА, что не приводит к саморазогреву датчиков. Дополнительный резистор (7) выбран равным 2.4 кОм. При этом на нем сформируется опорное напряжение для АЦП, равное 2.4 В. Для исследования неоднородности температурного поля кожного покрова примем максимальную разность температур (t₁ -t₂ )=5°С. Программируемый коэффициент усиления встроенного предусилителя АЦП выберем равным 200, для платинового терморезистивного датчика α=0,00385 (°С) -1. В этом случае в соответствии с выражением (6) коэффициент использования диапазона измерения АЦП (N2+N1)/N_max =0.83. При использовании АЦП микроконтроллера в дифференциальном включении N_max =255 (8 разрядов), разрешающая способность измерителя будет 5°С/(0.83·255)=0.02°С.

Испытания схемы показали, что разброс токов по обоим каналам в пределах 20% (в пределах допустимого изменения опорного напряжения) на погрешность измерения не влияет.

Устройство измерения разности температур, включающее два терморезистивных датчика, к каждому из которых подключен свой источник тока, аналого-цифровой преобразователь, дифференциальные входы которого подключены к точкам соединения источников тока и терморезистивных датчиков, отличающееся тем, что введены два переключателя, нормально замкнутый элемент первого переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом второго переключателя и выходом первого источника тока, а нормально замкнутый элемент второго переключателя соединен с нормально разомкнутым элементом первого переключателя и выходом второго источника тока, вторые выводы терморезистивных датчиков объединены и соединены с выводом дополнительного резистора и с входом внешнего опорного напряжения, второй вывод дополнительного резистора подключен к общей точке и ко второму входу внешнего опорного напряжения.

Измерение разности температур с большой точностью до -200°С - КИП, датчики

10.01.2013, 11:22 Измерение разности температур с большой точностью до -200°С

Привет всем!

Столкнулся с задачей измерения разности температур (T1-T2) с большой точностью - нужно получить регулирование с точностью 0,1С, что предполагает использование платиновых сопротивлений высокого класса. Все предлагаемые изм.средства (УСО) предлагают минимальную погрешность 0,1-0,6С, но мне абсолютная величина не нужна - нужна только разница T1-T2.

Процесс инертен в принципе, поэтому, можно использовать солидную фильтрацию сглаживанием и фильтрами. Пока что также не рассматривается использование калибровочных датчиков и преобразователей, т.к. все же это не средства для постоянных измерений. Хотя, и подключение к ПК у них имеется.

И я задался вопросом - можно ли получить разницу температур, зацепив датчики в разные плечи измерительного моста с инструментальным ОУ в нагрузке? Поделитесь опытом, у кого таковой имеется. Можно ли качественной измерительной электроникой решить эту задачку?

И еще, может, кто сталкивался - насколько для ТСП актуальна проблема замены рабочей температуры? то есть если ЧЭ ТСП работает в температуре 300С, потом при остановке агрегата получает комнатную температуру, то он вернется в свои показания при новом включении? Понимаю, что обязан просто, изготовитель дает характеристики на срок службы, но как-то в требованиях погрешности 0,1С, а то и меньше тут уже начинает казаться разное ).

В любом случае, благодарен за любые рекомендации в этом вопросе.