Измерительный преобразователь криогенных температур

 

Изобретение относится к технике измерений криогенных температур и предназначено для использования с термометрами сопротивления с зависимостью сопротивления от температуры, близкой к гиперболической. С целью повышения точности измерения в преобразователь, включающий в себя первый операционный усилитель 1, ограничительный резистор 2, источник опорного напряжения 3, полевой транзистор 4, второй операционный усилитель 6 с резистором 7 обратной связи, термометр сопротивления 12, четырехпроводную линию связи, введены корректирующий резистор 13, герметизированная магнитоуправляемая нормально разомкнутая контактная пара 14 и два дополнительных проводника 15 и 16, выполненных из материалов, имеющих величину коэффициента термоЭДС, близкую к коэффициенту термоЭДС выводов контактной пары. 1 ил.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)$ С 01 К 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4341232/24-10 (?2) 10.12.87 (46) 15.06.90..Бюл. ¹ 22 (72) Т.А.Домницкая, В.Г.Корчагин, В.Г.Мазаев, О.Е.Степанцов и Л.А.Хоменкер (53) 536.5(088.8) (56) Патент ГДР № 224113, кл, G О1 К 7/18,опублик. 26,06.85.

Илюкович А.М. Техника электрометрии. Энергия, 1976, с.273-274. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУР (57) Изобретение относится к технике измерений криогенных температур и предназначено для использования с термометрами сопротивления с зависимостью сопротивления от температуры, „,SU„„1571425 А 1

2 близкой к гиперболической. С целью повышения точности измерения в преобразователь включающий в себя первый операционный усилитель 1, ограничительный резистор 2, источйик опорного напряжения 3, полевой транзистор 4, второй операционный усилитель 6 с резистором 7 обратной связи, термометр сопротивления 12, четырехпроводную линию связи, введены корректирующий резистор 13, герметизированная магнитоуправляемая нормально разомкнутая контактная пара 14 и два дополнительных проводника 15 и 16, выполненных из материалов, имеющих величину коэффициента терлоЭДС, близкую к коэффициенту термоЭДС выводов контактной пары.. 1 ил.

1571425

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля низких температур, Целью изобретения является повышение точности измерений при использовании криогенных термометров с гиперболической зависимостью сопротивления от температуры. 10

На чертеже приведена электрическая схема предложенного устройства.

Устройство содержит первый операционный усилитель 1, неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор 2 подключен к одному полюсу источника 3 опорного напряжения, а выход — к затвору полевого транзистора 4, сток которого соединен с одним полюсом источника 5 питания, вто" рой операционный усилитель б, неинвертирующий вход которого соединен .с общей шиной источника питания операционных усилителей 1 и б, резистор обратной связи 7, соединяющий выход второго операционного усилителя 6 с его инвертирующим входом, четыре попарно перевитые (скрученные) провода 8-11 линии связи, термометр 12 сопротивления, например типа ТПК или ТСУ, один вывод которого соединен с одними концами проводов. 8,9 линии связи, а другой — через корректирующий резистор 13 с одними концами проводов 10 и 11 линии связи, герметиэированную магнитоуправляемую нормально разомкнутую контактную пару 14, например реле типа РЭС64, и два дополнительных проводника 15 н 16, выполненных из материалов, имеющих величину коэффициента термоЭДС, близкую к коэффициенту термоЭДС выводов контактной пары, например из материала 50 Н.

Второй конец провода 8 линии свя- 45 эи подсоединен к инвертирующему входу операционного усилителя 1, второй конец провода 9 - к истоку транзистора 4, второй конец провода 10 линии связи подключен к второму полюсу источника. 3 опорного напряжения и к первому концу дополнительного проводника 15, второй конец которого соеди" нен с одним выводом контактной па- . ры 14, другой вывод которой соединен

55 с первым концом дополнительного проводника 16, второй конец которого подключен к соединению неинвертирующего входа операционного усилителя с ограничительным резистором 2, а второй конец четвертого провода 11 линии связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 6, неинвертирующий вход которого соединен со вторым полюсом источника 5 питания. Со стороны, противоположной выводам контактной пары 14, дополнительные проводники 15 и 16 предельно сближены, например перевиты.

Величина напряжения U „источника 3 выбирается исходя из формулы

UoAгде P-" — максимально допустимая мощАоо ность рассеивания термометра сопротивления;

В. ц„- наименьшее значение сопротивления термометра внутри выбранного .диапазона измерений температуры;

R — величина сопротивления корk ректирующего резистора 13, причем Rk Rìèí

Устройство работает следующим образом.

При подключении питания под действием напряжения источника 3, приложенного через ограничительный резис тор 2, провод 10 линии связи, коррек тирующий резистор 13, термометр 12 сопротивления и провод 8 линии связи ко входам операционного усилителя 1, на выходе последнего возникает напряжение, открывающее транзистор 4. В результате в цепи истока транзистора 4 через провод 9 линии связи, термометр 12 сопротивления, корректирующий резистор 13, провод 11 линии связи, резистор 7 и второй операционный усилитель 6 течет ток

1!оп+ Rz

I = - — — — — р (2)

R(T) +Rk где Е < — результирующее напряжение от смещения нуля операционного усилителя 1, напряжений помех постоянного тока;

R(T) — сопротивление термометра 12.

Этот ток практически не зависит от проводов 8 и 10 линии связи, так как входное сопротивление операционного усилителя 1 значйтельно больше сопротивления термометра 1.2 и не зависит от сопротивления проводов 9 и ll линии связи, так как они не охвачены обратной связью с последова1571425 тельно включенных термометра 12 и корректирующего резистора 13.

Ток через термометр 12 сопротивле ния при помощи второго операционного усилителя 6, охваченного токовой обратной связью посредством резистора 7, преобразуется в напряжение

Roc

U I- R — — — — -- х йых s oc R(T) + В

Еу ф х.где R — сопротивление резистора 7.

При замыкании контактной пары 14 под действием внешнего сигнала формируется выходной сигнал компенсации, т,е. напряжение компенсации, равное ос ьых2 В(Т) +Р,„

Этот сигнал позволяет исключить погрешность измерения температуры от смещения нуля операционного усилителя 1 и напряжений помех постоянного тока в цепях линии связи. При этом наличие дополнительных проводников 15 и 16, подключенных к выводам контактной пары 14, выполненных из материалов, имеющих коэффициент термоЭДС близкий к коэффициенту термоЭДС выводов контактной пары, и предельно сближенных со стороны, противоположной выводам, исключает возникновение паразитной термоЭДС от воздействия окружающей температуры.

Использование перевитой пары проводов 8 и 10 линии связи позволяет компенсировать (устранить) электрические помехи переменного тока между входами операционного усилителя 1, а перевитой пары проводов 9 и 11 линии связи между входами операционного усилителя 6, Величиной К можно добиться усреднения крутизны выходного сигнала преобразователя в функции измеряемой температуры К(Т) при граничных значениях температур измеряемого диапазона Тм,,„,и Т „ц„и. Для этого не- . обходимо выполнить условие

К(Тмако) (В мин+ к)

0((5)

К(Тмин ) В мин

Из (5) следует, что величина корректирующего резистора должна быть равна .

RÄ = RÄ«(47- 1).

5

Практически установлено, что с

= 4-10, т,е ° для усреднения крутизны выходного сигнала преобразователя в функции температуры необходимо, чтобы RK Rìèí °

Увеличение опорного напряжения, вызванное введением корректирующего резистора 13, позволяет увеличить ток через термометр сопротивления при измерении малых температур измеряемого диапазона и тем самым снизить аддиативную погрешность измерения, связанную со стабилизацией этого напряжения.

Таким образом, наличие корректирующего резистора, включенного последовательно с термометром сопротивления с гиперболической характеристикой, позволяет увеличить наименьшую крутизну нелинейного нормализованного сигнала в функции температуры и, тем самым, повысить точность измерений, при этом практически исключается погрешность от влияния линии связи.

Формула изобретения

Измерительный преобразователь криогенных температур, содержащий термометр сопротивления, один вывод которого соединен с первыми концами первого и второго проводов четырехпроводной линии связи, попарно перевитых между собой, первый операционный усилитель неинвертирующий вход которого через ограничительный резистор подключен к одному полюсу источника опорного напряжения, а его выход— к затвору полевого транзистора, сток которого соединен с одним полюсом источника питания, второй операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, резистор обратной связи, включенный между выходом второго oneрационного усилителя и его инвертирующим входом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений для термометров с гиперболической зависимостью сопротивления от температуры, в него введены корректирующий резистор, сопротивление которого не менее минимального сопротивления термометра в измеряемом диапазоне температур, герметизированная магнитоуправляемая нормально разомкнутая контактная пара и два дополнительных проводника, перевитые между собой 1571425 оп— где Р,„— максимально допустимая мощность рассеивания термометра; минимальное сопротивление термометра в измеряемом диапазоне температур; сопротивление корректирующего резистора.

Rìèí

Составитель В.Голубев

Техред М;Дидык Корректор С,Шевкун

Редактор А.Долинич

Подписное

Заказ 1505

Тираж 512

PHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина,101 и выполненные иэ материалов, имеющих величину коэффициента термоЭДС, равную коэффициенту термоЭДС, выводов контактной пары, причем один вывод корректирующего резистора соединен с

5 первыми концами третьего и четвертого проводов линии связи, а другой— с вторым выводом термометра сопротивления, первый провод линии связи перевит с третьим проводом, а второйс четвертым, второй конец первого ровода линии связи соединен с инверирующим входом первого операционноо усилителя, второй конец второго ровода — с истоком полевого транзистора, второй конец третьего провода ( ниии связи подключен к второму полю у источника опорного напряжения и одному концу первого дополнительно( го проводника, другой конец которого соединен с одним выводом контактной ары, второй вывод которой соединен алним концом второго дополнительного проводника, другой конец которого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, второй конец четвертого провода линии связи подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соедьг .: нен с вторым полюсом источника питания, а величина напряжения источника опорного напряжения U выбрана иэ соотношения