Измеритель температуры с непосредственным отсчетом

 

Использование: в области температурных измерений с использованием термопары. Сущность: измеритель температуры с непосредственным отсчетом содержит термопару, три дифференциальных усилителя, суммирующий усилитель, датчик температуры, три транзистора и шесть резисторов. 1 ил.

Изобретение относится к температурным измерениям с использованием термопары.

Известен ряд приборов, предназначенных для измерения температуры совместно с термопарами. Промышленностью выпускаются потенциометры постоянного тока ПП-63, КСП3, КСП4. Потенциометр ПП-63 содержит источник регулируемого напряжения, резисторы для имитации линий, потенциометр, гальванометр (см. паспорт на "Потенциометр постоянного тока ПП-63" 2.736.010ПС, ПТО "Микроприбор", 1976).

Недостаток потенциометра ПП-63 в том, что он не обеспечивает непосредственное измерение температуры. При работе с ним измеряемую температуру определяют по переводным таблицам, учитывая при этом температуру свободных концов термопары, которую измеряют отдельным термометром. Это затрудняет процесс измерения и может привести к дополнительным погрешностям.

Этого недостатка лишены потенциометры КСП3, КСП4, снабженные схемой компенсации температуры свободных концов термопары. Компенсация обеспечивается резистором, выполненным из медной проволоки, который расположен в непосредственной близости от свободных концов термопары (см. Техническое описание и инструкцию по эксплуатации. ГСП. Приборы автоматические следящего уравновешивания КСМ4, КСМ4И, КСП4, КСП4И, КСУ.3.9026.171.ТО: "Потенциометры и уравновешенные мосты автоматические, приборы с токовым входом", 2.556.008.ТО).

Однако более удобными для использования в схемах компенсации являются полупроводниковые элементы, имеющие более высокую чувствительность к изменению температуры и малую тепловую инерцию.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа измеритель температуры с непосредственным отсчетом на термопаре с компенсацией термоЭДС свободного конца термопары, в котором в качестве термочувствительного элемента использован полупроводниковый триод в диодном включении (см. "Приборы и техника эксперимента", N 3, 1989, с. 224-225).

Измеритель температуры состоит из термопары, подключенной к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом суммирующего усилителя. Второй вход суммирующего усилителя соединен с выходом дифференциального усилителя, входы которого соединены с датчиком температуры и выходом источника опорного напряжения, выполненного на транзисторах, резисторах и дифференциальном усилителе. Источник тока соединен с анодом датчика температуры.

Недостатком устройства-прототипа является нерациональная схема включения датчика температуры, в связи с чем возникает потребность в отдельном источнике тока.

Цель изобретения - создание измерителя температуры, работоспособного с любыми типами термопар и обеспечивающего измерение истинного значения температуры среды, измеряемой термопарой.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в следующем. В результате более рациональной схемы включения датчика температуры отпадает потребность в отдельном источнике тока.

Указанный технический результат достигается тем, что в измерителе температуры с непосредственным отсчетом, состоящем из термопары, подключенной к входам первого дифференциального усилителя, выходом подключенного к первому входу суммирующего усилителя, датчика температуры, второго дифференциального усилителя, выходом подключенного к второму входу суммирующего усилителя, и источника опорного напряжения, выполненного на трех транзисторах, третьем дифференциальном усилителе и шести резисторах, причем коллектор и база первого транзистора соединены с первым выводом первого резистора и с базой второго транзистора, а эмиттер второго транзистора соединен с первым выводом третьего резистора, к первому входу третьего дифференциального усилителя подключен первый вывод четвертого резистора, к второму входу - первые выводы пятого и шестого резисторов, а выход соединен с вторыми выводами первого, второго, четвертого и пятого резисторов и первым входом второго дифференциального усилителя, эмиттеры первого и третьего транзисторов соединены с вторыми выводами третьего и шестого резисторов, а база третьего транзистора соединена с коллектором второго транзистора и первым выводом второго резистора, полупроводниковый датчик температуры включен между коллектором третьего транзистора и первым выводом четвертого резистора, причем анод датчика соединен с четвертым резистором, а его катод - с коллектором третьего транзистора и вторым входом второго дифференциального усилителя.

Совокупность признаков заявленного изобретения позволяет обеспечить измерение истинного значения температуры среды, измеряемой термопарой.

Сравнение заявленного изобретения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При анализе уровня техники в данной области не было выявлено влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение технического результата и, следовательно, заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает данному изобретению соответствие критерию "изобретательский уровень".

Для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в принятой к рассмотрению формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Измеритель температуры с непосредственным отсчетом, воплощающий заявленное изобретение, предназначен для использования в промышленности и способе обеспечить достижение технического результата. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

На чертеже изображен измеритель температуры с непосредственным отсчетом.

Измеритель температуры с непосредственным отсчетом состоит из термопары 1, подключенной к входам дифференциального усилителя 2, выход которого соединен с входом суммирующего усилителя 3. Второй вход суммирующего усилителя 3 соединен с выходом дифференциального усилителя 4, один вход которого соединен с датчиком температуры 5, а второй - с выходом источника опорного напряжения, выполненного на транзисторах 6-8, резисторах 9-14 и дифференциальном усилителе 15.

Измеритель температуры работает следующим образом.

Термопара 1 помещается в среду, температуру которой надо измерить. При нагревании (охлаждении) термопарой вырабатывается термоЭДС, величина которой зависит от состава проводников, образующих термопару, и разности температур рабочего и свободного концов термопары. ЭДС усиливается дифференциальным усилителем 2, выходное напряжение которого подается на один из входов суммирующего усилителя 3. В общем случае температура свободного конца термопары не равна 0, в связи с этим ЭДС, вырабатываемая термопарой, а соответственно, и выходное напряжение дифференциального усилителя 2 не будут соответствовать истинному значению измеряемой температуры. Для получения истинного значения измеряемой температуры необходимо провести компенсацию температуры свободного конца термопары, этой цели служит второй компенсационный канал измерителя температуры, состоящий из датчика 5 температуры, дифференциального усилителя 4 и источника опорного напряжения. Источник опорного напряжения содержит элементы базовой схемы: транзисторы 6-8 и резисторы 9-12, и введенные дифференциальный усилитель 15 и резисторы 13, 14. Введение этих элементов позволило стабилизировать коллекторный ток транзистора 8, улучшив тем самым характеристики источника опорного напряжения: повысилась температурная стабильность и коэффициенты стабилизации по току и напряжению.

Постоянство коллекторного тока транзистора 8 позволило в измерителе температуры включить датчик 5 температуры в разрыв цепи, соединяющей коллектор транзистора 8 с резистором 12 и входом дифференциального усилителя 15.

Компенсационный канал измерителя температуры работает следующим образом. Напряжение с катода датчика 5 температуры поступает на вход дифференциального усилителя 4, на второй вход которого подается напряжение. Выходное напряжение дифференциального усилителя 4 пропорционально температуре датчика 5 и свободного конца термопары, так как датчик 5 конструктивно расположен в непосредственной близости от него. Выходное напряжение дифференциального усилителя 4, поступая на вход суммирующего усилителя 3, компенсирует термоЭДС свободного конца термопары, в результате чего выходное напряжение суммирующего усилителя 3 соответствует истинному значению температуры среды, измеряемой термопарой.

Измеритель температуры работоспособе с любыми типами термопар, в качестве датчика температуры компенсационного канала, кроме полупроводникового р -n-перехода, может быть использован любой другой элемент, имеющий линейную зависимость падения напряжения от температуры при постоянной величине протекающего через него тока.

Таким образом, в результате более рациональной схемы включения датчика температуры в предлагаемом изобретении отпадает потребность в отдельном источнике тока.

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ОТСЧЕТОМ, состоящий из термопары, подключенной к входам первого дифференциального усилителя, выходом подключенного к первому входу суммирующего усилителя, датчика температуры, второго дифференциального усилителя, выходом подключенного к второму входу суммирующего усилителя и источника опорного напряжения, выполненного на трех транзисторах, третьем дифференциальном усилителе и шести резисторах, причем коллектор и база первого транзистора соединены с первым выводом первого резистора, а эмиттер второго транзистора соединен с первым выводом третьего резистора, к первому входу третьего дифференциального усилителя подключен первый вывод четвертого резистора, к второму входу - первые выводы пятого и шестого резисторов, а выход соединен с вторыми выводами первого, второго, четвертого и пятого резисторов и первым входом второго дифференциального усилителя, эмиттеры первого и третьего транзисторов соединены с вторыми выводами третьего и шестого резисторов, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, датчик температуры включен между коллектором третьего транзистора и первым выводом четвертого резистора, причем анод датчика соединен с четвертым резистором, а его катод - с коллектором третьего транзистора и вторым входом второго дифференциального усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1