RU2051342C1 - Method of measuring nonuniformity of temperature field - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: reference semiconductor diode is placed into basis point of the field. Measuring semiconductor diodes are placed into the first and sequent control points. Preset value permanent current is passed through open p-n junctions of the diodes. Voltage drop at diode is transformed into alternating voltage. Alternating voltage frequency is measured then, and diode temperature is judged from this frequency. After frequency is measured, which corresponds to temperature of reference diode, preset current is passed in turn through the first and subsequent diodes. Variable voltage frequencies are measured at specific points of temperature field. Then current is increased which flows through p-n junction of the last diode. The second value of variable voltage frequency is measured, and the same current is passed in back order through open p-n junctions of measuring and reference diodes, measuring the second value of variable voltage frequency. Difference in temperatures of points under check and temperature of basis point and relative temperature differences are determined from the relations, given in the description of the invention. EFFECT: reduced error of temperature difference. 1 dwg

Description

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для определения неравномерности температурных полей различных сред с помощью совокупности полупроводниковых датчиков, имеющих р-n-переход, без предварительного подбора и индивидуальной градуировки. The invention relates to thermometry and can be used to determine the unevenness of the temperature fields of various media using a combination of semiconductor sensors having a pn junction, without preliminary selection and individual calibration.

Неравномерность температурного поля оценивается по абсолютной или относительной разности температур контролируемых точек поля по отношению базисной точки, температура которой известна или принимается за условный ноль. Получение информации о профилях температуры поля в различных сечениях и оценка неравномерности распределения температур связаны с большими аппаратурными затратами, с необходимостью использования и размещения многих десятков и сотен термодатчиков, расположенных в различных точках поля и соответствующих измерительных схем, преобразующих значения температур поля в электрические сигналы, удобные для последующей обработки, передачи и хранения. Нестабильность и технологический разброс параметров термодатчиков из дешевых материалов не позволяют обнаруживать малые разности температур и, следовательно, исследовать тонкую структуру температурного поля. Вследствие этого приходится применять термодатчики из благородных металлов, обладающих высокой стабильностью и малым разбросом параметров. Однако стоимость таких систем резко возрастает. The unevenness of the temperature field is estimated by the absolute or relative temperature difference of the controlled field points with respect to the base point, the temperature of which is known or is taken as a conditional zero. Obtaining information on field temperature profiles in different sections and assessing the unevenness of temperature distribution is associated with high hardware costs, the need to use and place many tens and hundreds of temperature sensors located at different points of the field and corresponding measuring circuits that convert the field temperature values into electrical signals, convenient for subsequent processing, transfer and storage. The instability and technological variation in the parameters of temperature sensors made of cheap materials do not allow one to detect small temperature differences and, therefore, to investigate the fine structure of the temperature field. As a result, it is necessary to use temperature sensors made of noble metals, which have high stability and a small variation in parameters. However, the cost of such systems rises sharply.

Наиболее перспективно для определения неравномерности температурных полей использование полупроводниковых датчиков с p-n-переходом, обладающих высокой чувствительностью, малыми габаритами и высоким быстродействием, на основе серийных бескорпусных триодов и диодов. Эти приборы серийно выпускаются и относительно дешевы. The most promising for determining the non-uniformity of temperature fields is the use of semiconductor sensors with a p-n junction, which have high sensitivity, small dimensions and high speed, based on serial open-frame triodes and diodes. These devices are commercially available and relatively cheap.

Известно, что зависимость параметров вольт-амперной характеристики (ВАХ) p-n-перехода в режиме прямого тока в диоде или транзисторе от абсолютной температуры используют в термометрии [1] Полупроводниковые диодные термометры имеют высокую чувствительность и способы перекрывать широкий диапазон температур (от 1 до 400 К). It is known that the dependence of the parameters of the current-voltage characteristic (CVC) of the pn junction in the direct current mode in a diode or transistor on the absolute temperature is used in thermometry [1] Semiconductor diode thermometers have high sensitivity and methods to cover a wide temperature range (from 1 to 400 K )

Однако они мало пригодны для измерения разности температур, особенно малых температурных перепадов, из-за нестабильности тока через p-n-переход и большого технологического разброса параметров ВАХ. However, they are of little use for measuring the temperature difference, especially small temperature differences, due to the instability of the current through the pn junction and the large technological spread of the I – V characteristics.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения неравномерности темпера- турного поля [2] заключающийся в том, что в контролируемых точках температурного поля размещают термодатчики на основе полупроводниковых диодов, подключают термодатчики через коммутатор к измерительному преобразователю, пропускают через открытый p-n-переход диода заданное значение постоянного тока, не вызывающее его дополнительный контроль, преобразуют падение напряжения на диодах в переменное напряжение, по значению частоты которого определяют температуру диодов в контролируемых точках поля. The closest in technical essence to the proposed one is a method for determining the unevenness of the temperature field [2], which consists in placing temperature sensors based on semiconductor diodes at controlled points of the temperature field, connecting temperature sensors through a switch to a measuring transducer, and passing through an open pn junction of the diode the set value of the direct current, which does not cause its additional control, converts the voltage drop across the diodes into alternating voltage, according to the frequency value diodes which determine the temperature in the controlled points of the field.

Однако из-за большого разброса ВАХ и параметров полупроводниковых диодов точность измерения температуры в контролируемых точках получается низкой. Поэтому определение неравномерности поля, которое осуществляется посредством измерения разности температур между контролируемыми точками, происходит с большими погрешностями. However, due to the wide variation in the I – V characteristics and the parameters of semiconductor diodes, the accuracy of temperature measurement at controlled points is low. Therefore, the determination of field non-uniformity, which is carried out by measuring the temperature difference between the controlled points, occurs with large errors.

В основу изобретения положена задача повышения точности измерения разности температур контролируемых точек поля относительно базисной точки путем исключения влияния технологического разброса параметров полупроводниковых приборов и их зависимости от температуры на результат измерения разностных температур. The basis of the invention is the task of increasing the accuracy of measuring the temperature difference of the controlled field points relative to the base point by eliminating the influence of technological variation in the parameters of semiconductor devices and their dependence on temperature on the result of measuring differential temperatures.

Поставленная задача решается тем, что в способ определения неравномерности температурного поля, который заключается в том, что в базисной и контролируемых точках температурного поля размещают полупроводниковые диоды, один из которых опорный, остальные измерительные, через открытые p-n-переходы диодов пропускают заданное значение постоянного тока, преобразуют падение напряжения на диодах в переменные напряжения, измеряют частоты переменных напряжений, по значению которых судят о температуре диодов, согласно изобретению введены следующие операции: после измерения частоты F_o', соответствующей температуре опорного диода, размещенного в базисной точке поля, ток заданного значения пропускают поочередно через первый и m последующих измерительных диодов, измеряют частоты переменных напряжений F₁', F₂',F_m' в контролируемых точках температурного поля, увеличивают ток через p-n-переход последнего измерительного диода до значения, которое больше первоначального тока в 2-3 раза, измеряют второе значение частоты F_m'' переменного напряжения, пропускают этот ток через открытые переходы измерительных и опорных диодов в обратном порядке, измеряют вторые значения частоты переменных напряжений F_m-1'', F₁'',F_o'', дополнительно измеряют температуру Т_о опорного диода, определяют разность между температурами контролируемых точек T_m и температурой базисной точки Т_о по формуле
ΔT_m=

T_o, определяют относительные разности температур по формуле
δT_m=

, по которым судят о неравномерности температурного поля.The problem is solved in that in a method for determining the non-uniformity of the temperature field, which consists in the fact that semiconductor diodes are placed in the base and controlled points of the temperature field, one of which is reference, the other measuring ones, through the open pn junctions of the diodes pass a predetermined constant current value, they convert the voltage drop across the diodes into alternating voltages, measure the frequencies of the alternating voltages, the value of which determines the temperature of the diodes, according to the invention Operation: after measuring the frequency F _o 'corresponding to the temperature of the reference diode located at the base point of the field, the current of the set value is passed alternately through the first and m subsequent measuring diodes, the frequencies of the alternating voltages F ₁ ', F ₂ ', F _m ' are measured controlled points of the temperature field, increase the current through the pn junction of the last measuring diode to a value that is 2-3 times greater than the initial current, measure the second value of the frequency F _m '' of the alternating voltage, pass this current through the open junction s measuring and reference diodes in reverse order, measure the second frequency values of alternating voltages F _m-1 '', F ₁ '', F _o '', additionally measure the temperature T _{o of the} reference diode, determine the difference between the temperatures of the controlled points T _m and the temperature base point T _about by the formula
ΔT _m =

T _o determine the relative temperature differences by the formula
δT _m =

by which they judge the unevenness of the temperature field.

Введенные операции обеспечивают уменьшение погрешности разности температур контролируемых точек поля относительной базисной. Это достигается путем исключения влияния на результат измерения индивидуальных параметров полупроводниковых диодов (В и I₅), а также исключения влияния непостоянства чувствительностей масштабного и функционального измерительных преобразователей и возникающих из-за этого аддитивной и мультипликативной погрешностей измерения.The introduced operations provide a decrease in the error of the temperature difference of the controlled points of the field relative to the base. This is achieved by eliminating the influence on the measurement result of the individual parameters of semiconductor diodes (B and I ₅ ), as well as eliminating the influence of the variability of the sensitivities of the scale and functional measuring transducers and the resulting additive and multiplicative measurement errors.

Дополнительные измерения осуществляются с помощью операций, связанных с изменением уровня пропускания через открытые p-n-переходы тока и последовательностью его пропускания, не описаны в патентной и технической литературе, что подтверждает изобретательский уровень предложенного решения. Additional measurements are carried out using operations associated with changing the level of transmission through open p-n-junction currents and the sequence of its transmission, not described in the patent and technical literature, which confirms the inventive step of the proposed solution.

На чертеже приведена структурная схема устройства, позволяющая осуществить способ определения неравномерности температурного поля. The drawing shows a structural diagram of a device that allows you to implement a method for determining the unevenness of the temperature field.

Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, к выходу которого через постоянные резисторы 2 и 3 и переключатель 4 подключен инверсным входом операционный усилитель 5. В цепь обратной связи усилителя 5 через многоточечный коммутатор 6 включается один из диодов 7, 8, 9, 10, расположенных в базисной и контролируемых точках температурного поля. К выходу усилителя 5 подключен частотный преобразователь 11, выход которого соединен с входом микропроцессорного частотомера 12 с пультом 13 управления. К кодовым выходам частотомера 12 подключено цифропечатающее устройство 14. The device contains a constant voltage source 1, to the output of which an operational amplifier 5 is connected by an inverse input through constant resistors 2 and 3 and a switch 4. One of the diodes 7, 8, 9, 10 located in reference and controlled points of the temperature field. The output of the amplifier 5 is connected to a frequency converter 11, the output of which is connected to the input of the microprocessor frequency meter 12 with the remote control 13. A digital printing device 14 is connected to the code outputs of the frequency counter 12.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. The essence of the proposed method is as follows.

В базисную точку поля с температурой F_о помещают опорный полупроводниковый диод (ПДО), а в первую и последующие точки контроля с температурами Т₁, Т₂, Т₃,T_m измерительные полупроводниковые диоды ПД1, ПД2,ПД_m. Через открытый переход ПДО с известной температурой вначале пропускают ток I₁, который в соответствии с ВАХ диода имеет вид
I₁ I_se^-В/To(e^qU/KTo- 1) (1) где I_s exp(-B/T_o) ток обратного насыщения перехода, зависящий от абсолютной температурой Т_о; I_s значение тока насыщения при Т_о ->>∞; В коэффициент, зависящий от ширины зоны перехода и имеющий разность температуры; q заряд электрона; К постоянная Больцмана; U падение напряжения на переходе.A reference semiconductor diode (PDO) is placed at the base point of the field with a temperature of F _о , and PD1, PD2, and PD _m measuring semiconductor diodes with temperatures T ₁ , T ₂ , T ₃ , and T _m are placed at the first and subsequent control points with temperatures. First, a current I _{1 is} passed through an open PDO junction with a known temperature, which, in accordance with the I – V characteristic of the diode, has the form
I ₁ I _s e ^{-B / T} o (e ^{qU / KT} o- 1) (1) where I _s exp (-B / T _o ) is the reverse saturation current of the junction, which depends on the absolute temperature T _o ; I _{s the} value of the saturation current at T _about - >>∞; In a coefficient depending on the width of the transition zone and having a temperature difference; q electron charge; K Boltzmann constant; U voltage drop across the junction.

Ток I₁ выбирают таким, чтобы его значение превышало ток насыщения I_s exp(-B/T_o) при температуре Т_о по крайней мере в 10 раз, но было относительно небольшим и не вызывало дополнительный нагрев диода. Поэтому ток выбирают из соотношения
I₁ (10.100) I_s exp (-B/T_o) (2)
Тогда, учитывая соотношение (2) и то, что при температуре Т_о ≥ 300 К значение KT_o/q ≥ 26 мВ, можно выражение (1) рассматривать в упрощенном виде:
I₁ I_s e^-b/Toe^qUo^/KTo (3)
Падение напряжения на переходе опорного диода ПДО
U

(4) усиливают и преобразуют в частоту переменного напряжения. С учетом погрешностей измерительного преобразования частота опорных колебаний равна
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF, (5) где S₁ и S₂ крутизна масштабного (по напряжению) и функционального (по частоте) преобразований соответственно; γ суммарная относительная мультипликативная погрешность преобразования от непостоянства S₁ и S₂; Δ F суммарная абсолютная аддитивная погрешность преобразования от дрейфа нуля усилителя напряжения и частотного преобразователя.The current I _{1 is} chosen so that its value exceeds the saturation current I _s exp (-B / T _o ) at a temperature T _o at least 10 times, but was relatively small and did not cause additional heating of the diode. Therefore, the current is selected from the ratio
I ₁ (10.100) I _s exp (-B / T _o ) (2)
Then, given relation (2) and the fact that at a temperature T _o ≥ 300 K the value of KT _o / q ≥ 26 mV, expression (1) can be considered in a simplified form:
I ₁ I _s e ^{-b / T} oe ^qU o ^{/ KT} o (3)
Voltage drop at the junction of the PDO reference diode
U

(4) amplify and convert to AC frequency. Taking into account the errors of the measurement conversion, the frequency of the reference oscillations is
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF, (5) where S ₁ and S _{2 are the} steepnesses of the scale (voltage) and functional (frequency) transformations, respectively; γ total relative multiplicative error of the transformation from the variability S ₁ and S ₂ ; Δ F is the total absolute additive error of conversion from zero drift of the voltage amplifier and the frequency converter.

Измеряют первое значение частоты F_o', соответствующее току I₁. Затем этот ток I₁ пропускают через открытый переход первого измерительного диода ПД1 с температурой Т₁ и получают соответствующее значение частоты переменного напряжения:
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF. (6)
Измеряют первое значение частоты F₁', соответствующее первой точке.Measure the first value of the frequency F _o 'corresponding to the current I ₁ . Then this current I _{1 is} passed through the open junction of the first measuring diode PD1 with temperature T ₁ and get the corresponding value of the frequency of the alternating voltage:
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF. (6)
The first frequency value F ₁ ′ corresponding to the first point is measured.

Пропускают затем ток I₁ через второй и последующие измерительные диоды (ПД2.ПД_m), измеряя каждый раз частоту переменного напряжения:
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF; (7)
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF; (8)
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF; (9)
Значения частот переменного тока (6)-(9) пропорциональны температурам T₁.T_m соответствующих точек поля.Then passed current I ₁ through the second and subsequent measurement diodes (PD2.PD _m), measuring each time the frequency of the AC voltage:
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF; (7)
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF; (8)
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF; (nine)
The values of the AC frequencies (6) - (9) are proportional to the temperatures T ₁ .T _{m of the} corresponding field points.

Далее увеличивают ток через p-n-переход последнего диода (ПД_m) до значения I₂, которое выбирают в 2-3 раза больше тока I₁, т.е.Then, the current through the pn junction of the last diode (PD _m ) is increased to a value of I ₂ , which is chosen to be 2-3 times greater than the current I ₁ , i.e.

I₂ (2.3)I₁ (10)
Измеряют второе значение частоты переменного напряжения
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF. (11)
Затем этот ток I₂ пропускают в обратном порядке через открытые переходы диодов ПД_m-1.ПДO и измеряют вторые значения частоты переменного напряжения:
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF; (12)
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF; (13)
F

S₁S₂(1+γ)

+ΔF. (14)
По результатам измерений (5)-(9) и (11)-(14) определяют разностные частоты:
F

F

S₁S₂(1+γ)

T_mln(I₂/I₁); (15)
F

F

S₁S₂(1+γ)

T_m-1ln(I₂/I₁); (16)
F

F

S₁S₂(1+γ)

T₁ln(I₂/I₁); (17)
F

F

S₁S₂(1+γ)

T_oln(I₂/I₁); (18)
Из выражений (15) и (18) значения температур в точках контроля имеют следующие значения:
T_m=

(19)
T_m-1=

(20)
T₁=

(21)
T_o=

(22)
Разность температур между первой точкой поля и базисной точкой
ΔT₁= T₁-T_o=

(23)
Относительная разность температур
δT₁=

. (24)
Аналогично определяются абсолютная и относительная разности температур последующих точек контроля поля, в которых расположены измерительные диоды ПД2, ПД3,ПД_m, относительно базисной точки с опорным диодом:
δT_m=

; (25)
ΔT_m=

T_o. (26)
Из полученных выражений (25) и (26) видно, что относительная разность температур контролируемых точек поля не зависит как от индивидуальных параметров полупроводниковых диодов (В и I_s), так и физических констант (q и К). Поэтому отпадает необходимость их подбора и стабилизации индивидуальных параметров. Кроме того, исключено влияние непостоянства чувствительностей масштабного и функционального измерительных преобразований (S₁ и S₂) и возникающих из-за этого аддитивной (Δ F) и мультипликативной (γ) составляющих погрешности измерения.I ₂ (2.3) I ₁ (10)
Measure the second value of the frequency of the alternating voltage
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF. (eleven)
Then this current I _{2 is} passed in reverse order through the open junctions of the PD diodes _m-1. PDO and the second values of the frequency of the alternating voltage are measured:
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF; (12)
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF; (13)
F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

+ ΔF. (fourteen)
According to the measurement results (5) - (9) and (11) - (14), the difference frequencies are determined:
F

F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

T _m ln (I ₂ / I ₁ ); (fifteen)
F

F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

T _m-1 ln (I ₂ / I ₁ ); (sixteen)
F

F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

T ₁ ln (I ₂ / I ₁ ); (17)
F

F

S ₁ S ₂ (1 + γ)

T _o ln (I ₂ / I ₁ ); (eighteen)
From expressions (15) and (18), the temperature values at the control points have the following values:
T _m =

(19)
T _m-1 =

(twenty)
T ₁ =

(21)
T _o =

(22)
Temperature difference between the first point of the field and the reference point
ΔT ₁ = T ₁ -T _o =

(23)
Relative temperature difference
δT ₁ =

. (24)
Similarly, the absolute and relative temperature differences of the subsequent field control points are determined, in which the measuring diodes PD2, PD3, PD _{m are located} , relative to the reference point with the reference diode:
δT _m =

; (25)
ΔT _m =

T _o . (26)
From the obtained expressions (25) and (26), it can be seen that the relative temperature difference of the controlled field points does not depend on the individual parameters of semiconductor diodes (B and I _s ), or physical constants (q and K). Therefore, there is no need for their selection and stabilization of individual parameters. In addition, the influence of inconstancy of sensitivities of large-scale and functional measurement transformations (S ₁ and S ₂ ) and the additive (Δ F) and multiplicative (γ) components of the measurement error arising from this is excluded.

Для определения абсолютных разностей температур контролируемого поля ΔТ₁ Δ Т_m достаточно знать температуру Т_о базисной точки, которая может быть измерена с помощью одного высокостабильного термодатчика из благородных металлов.To determine the absolute temperature differences of the controlled field ΔТ ₁ Δ Т _{m it is} enough to know the temperature Т _{about the} base point, which can be measured using one highly stable precious metal temperature sensor.

Устройство, реализующее способ определения неравномерности температурного поля, работает следующим образом. A device that implements a method for determining the unevenness of the temperature field works as follows.

Напряжение от источника 1 постоянного напряжения через резистор 2 с сопротивлением R₁ и переключатель 4 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 5. Коммутатором 6 в цепь обратной связи усилителя 5 включается один из полупроводниковых диодов 7, 8, 9, 10 (ПД0, ПД1,ПД_m), размещенных в базисной (ПД0) и контролируемых точках поля (ПД1,ПД_m). Благодаря глубокой отрицательной обратной связи в усилителе 5 через p-n-переход включенного диода входное напряжение операционного усилителя близко к нулю, а выходное напряжение усилителя пропорционально падению напряжения на p-n-переходе включенного диода с обратным знаком. Поэтому через p-n-переход любого включенного диода протекает всегда неизменный ток, задаваемый значением сопротивления резистора R₁, включенного переключателем 4. При этом значение тока не зависит от разброса сопротивлений p-n-переходов диодов 7, 8, 9, 10, а выходное напряжение усилителя 5 является функцией температуры точек расположения диодов в контролируемом поле.The voltage from a constant voltage source 1 through a resistor 2 with a resistance of R ₁ and a switch 4 is supplied to the inverting input of the operational amplifier 5. By a switch 6, one of the semiconductor diodes 7, 8, 9, 10 (PD0, PD1, PD _m ) located at the base (PD0) and controlled points of the field (PD1, PD _m ). Due to the deep negative feedback in the amplifier 5, through the pn junction of the turned-on diode, the input voltage of the operational amplifier is close to zero, and the output voltage of the amplifier is proportional to the voltage drop at the pn-junction of the turned-on diode with the opposite sign. Therefore, through the pn junction of any diode turned on, an unchanged current flows always, which is set by the resistance value of the resistor R ₁ turned on by the switch 4. Moreover, the current value does not depend on the spread of the resistance of the pn junctions of the diodes 7, 8, 9, 10, and the output voltage of the amplifier 5 is a function of the temperature of the location points of the diodes in a controlled field.

Выходное напряжение усилителя 5 преобразуется в частоту переменного напряжения с помощью частотного преобразователя 11. Частота переменного напряжения измеряется микропроцессорным частотомером 12. Температура опорного диода 7, расположенного в базисной точке темпеpатурного поля, измеряется отдельным высокоточным измерителем (не показан). The output voltage of the amplifier 5 is converted to the frequency of the alternating voltage using a frequency converter 11. The frequency of the alternating voltage is measured by a microprocessor frequency meter 12. The temperature of the reference diode 7, located at the base point of the temperature field, is measured by a separate high-precision meter (not shown).

Определение неравномерности температурного поля осуществляется в следующей последовательности. Вначале переключатель 4 включает резистор 2 с сопротивлением R₁, обеспечивающий требуемое значение тока I₁. Коммутатором 6 поочередно включаются полупроводниковые диоды ПД0, ПД1,ПД_m. При этом происходит измерение и запоминание частот переменного напряжения F_o', F₁',F_m'. Затем переключателем 4 вводится резистор 3 с сопротивлением R₂, что обеспечивает изменение тока I₁ до значения I₂. Коммутатором 6 в обратном порядке включаются диоды ПД_m, ПД_m-1,ПД0. Соответствующие значения частот F_m'', F_m-1'',F_o'' измеряются и запоминаются в частотомере 12.Determining the unevenness of the temperature field is carried out in the following sequence. Initially, the switch 4 includes a resistor 2 with a resistance R ₁ , providing the desired current value I ₁ . The switch 6 alternately turns on the semiconductor diodes PD0, PD1, PD _m . When this occurs, the measurement and storage of the frequencies of the alternating voltage F _o ', F ₁ ', F _m '. Then, switch 4 introduces a resistor 3 with a resistance of R ₂ , which provides a change in current I ₁ to the value of I ₂ . Switch 6 in the reverse order turns _{on the} diodes PD _m , PD _m-1 , PD0. The corresponding frequency values F _m ″, F _{m − 1} ″, F _o ″ are measured and stored in the frequency meter 12.

В память микропроцессорного частотомера 12 с пульта 13 вводится значение температуры базисной точки Т_о и задается алгоритм обработки запомненных частот. По набранной программе частотомер 12 вычисляет и индуцирует на табло относительные и абсолютные разности температур между контролируемыми и базисной точками. При необходимости результаты вычислений выводятся на цифропечатающее устройство 14.In the memory of the microprocessor frequency counter 12 from the remote control 13, the temperature value of the base point T _o is entered and the algorithm for processing the stored frequencies is set. According to the dialed program, the frequency meter 12 calculates and induces on the scoreboard the relative and absolute temperature differences between the controlled and reference points. If necessary, the results of the calculations are displayed on the digital printing device 14.

При экспериментальном исследовании предложенного способа использовались полупроводниковые диоды типа Д9. Токи через p-n-переходы задавались на уровне 1 и 2 мА, что обеспечивало падение напряжений на их переходах 40 и 70 мВ соответственно. При частотном преобразовании температур поля, неравномерность которого находилась в пределах 30^оС, частота изменялась в диапазоне 0-300 Гц, что при шести разрядах табло частотомера обеспечивало чувствительность к градиенту температурного поля не менее 0,01^о. Абсолютная погрешность измерения разности температур не превышала 0,05-0,08^оС, а относительная погрешность измерений находи- лась в пределах 0,1-0,2% Обработка результатов промежуточных измерений и вычисление параметров, характеризующих неравномерность температурного поля, осуществлялась с помощью микропроцессорного частотомера ЧЗ-65.In an experimental study of the proposed method, semiconductor diodes of the D9 type were used. The currents through the pn junctions were set at the level of 1 and 2 mA, which ensured a voltage drop at their junctions of 40 and 70 mV, respectively. When the field frequency transformation temperature unevenness that is within 30 ^{° C,} the frequency was varied in the range of 0-300 Hz, while that six bits of the frequency score provided sensitivity to temperature field gradient of at least ^about 0.01. The absolute error of measuring the temperature difference did not exceed 0.05-0.08 ^о С, and the relative error of measurements was in the range 0.1-0.2%. The results of intermediate measurements were processed and the parameters characterizing the non-uniformity of the temperature field were calculated using microprocessor frequency meter ChZ-65.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ, заключающийся в том, что в контролируемых точках температурного поля размещают термодатчики на основе полупроводниковых диодов, подключают термодатчики через коммутатор к измерительному преобразователю, пропускают через открытый p-n-переход диода заданное значение постоянного тока, не вызывающее его дополнительный нагрев, преобразуют падение напряжения на диоде в переменное напряжение, по значению частоты которого определяют температуру диодов в контролируемых точках поля, отличающийся тем, что одну из контролируемых точек выбирают базисной и размещают в ней опорный диод, в остальных точках контроля измерительные диоды, после измерения частоты

соответствующей температуре опорного диода, ток заданного значения пропускают поочередно через первый и m последующих измерительных диодов, измеряют частоты переменных напряжений

увеличивают ток через p-n-переход последнего измерительного диода до значения, которое больше первоначального тока в 2 3 раза, не изменяя тепловое состояние диода, измеряют второе значение частоты

переменного напряжения, затем этот же ток пропускают через открытые переходы измерительных и опорного диодов в обратном порядке, измеряют вторые значения частоты переменных напряжений

дополнительно измеряют температуру T_о опорного диода и определяют разность между температурами контролируемых точек T_m и температурой T_о базисной точки поля по формуле

а относительные разности температур по формуле

по которым судят о неравномерности температурного поля.THE METHOD FOR DETERMINING THE TEMPERATURE FIELD UNEQUISITY, which consists in placing temperature sensors based on semiconductor diodes at controlled points in the temperature field, connecting the temperature sensors through a switch to a measuring transducer, passing through the open pn junction of the diode a predetermined direct current value that does not cause additional heating, convert the voltage drop across the diode to alternating voltage, the frequency value of which determines the temperature of the diodes at controlled points in the field, from ichayuschiysya in that one of the monitored points selected basal and placed therein a reference diode in the remaining measuring points control diodes, after the frequency measurement

corresponding to the temperature of the reference diode, a current of a given value is passed alternately through the first and m subsequent measuring diodes, the frequencies of the alternating voltages are measured

increase the current through the pn junction of the last measuring diode to a value that is 2 3 times greater than the initial current, without changing the thermal state of the diode, measure the second frequency value

alternating voltage, then the same current is passed through the open transitions of the measuring and reference diodes in the reverse order, the second values of the frequency of the alternating voltages are measured

additionally measure the temperature T _{about the} reference diode and determine the difference between the temperatures of the controlled points T _m and the temperature T _{about the} base point of the field according to the formula

and relative temperature differences according to the formula

by which they judge the unevenness of the temperature field.

Images