Устройство для измерения температуры

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»972260 (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 14.10.80 (21) 2992167/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 0l К 7/02

Гоеудерстееннык комитет

СССР

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 17.!1.82 (53) УДК 536.532 (088.8) ло делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

Ю. В. Поздняков, А. А. Саченко и М. А. Шваенко

"I . 4 i Ч л ° . ( : ч,„, Тернопольский финансово-экономический 1ищтитут

Г- (I,":(,-,,;, I (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 1

Изобретение относится к измерению температуры электрическими методами, в частности к устройствам для цифрового измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики первичного измерительного преобразователя.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее измерительный мост, в одно плечо которого включен термометр сопротивления, усилитель разбаланса, реверсивный двигатель, причем три плеча моста образованы тремя постоянными резисторами и включенными между ними двумя реохордами, движки которых механически связаны между собой и двигателем (1).

Остаточная погрешность линейности этой схемы определяется в основном классом точности моста. Это не дает возможности обеспечить достаточную точность измерения температуры.

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический термометр, подключенный к входу автоматического компенсатора постоянного тока, цифровой вольтметр, источник стабилизированного напряжения и два реохорда, связанные с основным реохордом компенсатора (2).

В указанном устройстве линеаризация осу ществляется в цепи автоматического компенсатора, в которую включен цифровой вольтметр. Низкая точность измерения температуры ограничена классом точности компенсатора и не позволяет эффективно использовать цифровой вольтметр, класс точности которого выше. Это является существенным недостатком устройства.

Известен также цифровой измеритель

10 температуры, содержащий термоэлектрический термометр, подключенный к входу автоматического компенсатора постоянного тока, цифровой вольтметр, источник стабилизированного напряжения и два реохорда, механически связанные с основным реохордом компенсатора, в котором цифровой вольтметр соединен с термоэлектрическим термометром через первую ветвь первого реохорда, вторая ветвь которого соединена через второй реохорд и резистор с источником стабилизированного напряжения, причем вывод термоэлектрического термометра, соединенный с первым реохордом, соединен с выводом источника стабилизированного напряжения, соединенного с второй ветвью первого реохорда (3).

972260

B данном устройстве приняты меры к снижению влияния класса точности автоматического компенсатора постоянного тока на результирующую погрешность измерения температуры, однако точность измерения температуры недостаточна, что особенно сильно сказывается при измерении температуры в широком диапазоне. Это обусловлено тем, что остаточная погрешность линейности равна нулю лишь при двух значениях температуры в пределах рабочего диапазона. Поэтому в широких температурных диапазонах остаточная погрешность линейности на промежутках между температурами полной компенсации возрастает до недопустимо больших значений, что является серьезным недостатком устройства и ограничивает его функциональные возможности и область применения.

Наиболее близким по техни )еской сущности и достигаемому результату к предлагаемому является цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преобразователь. подключенный к одному из входов сумматора, выход которого через усилитель постоянного тока соединен с входом аналого-цифрового преобразователя и автоматического компенсатора постоянного тока, п формирователей корректирующего напряжения, каждый из которых состоит из двух пар реохордов, движки которых механически связаны с движком реохорда автоматического компенсатора постоянного тока и электрически попарно соединены между собой, а движки выходных реохордов электрически соединены с крайним выводом первогс) из пары выходных реохордов и с последовательно соединенными источником постоянного стабилизированного напряжения, добавочным резистором, двумя токозадающими реохордами и вторым выходным реохордом !4) .

Однако известное устройство характеризуется недостаточной надежностью и точностью измерения.

Цель изобретения — повышение точности, надежности и упрощения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве сумматор выполнен с (и + 1) входами, к и входам которого подсоединены выходы и формирователей корректирующего напряжения.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения температур; на фиг. 2 — схема одного из формирователей корректирующего напряжения; на фиг. 3— графики зависимостей напряжений, ЭДС и погрешности линейности до и после компенсации от температуры.

Устройство для измерения температуры содержит термоэлектрический k.реобразователь 1, автоматический компенсатор 2 постоянного тока, (и + 1) входовой сумматор 3, усилитель 4 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь 5 с устройством индикации, формирователи 6 — 1...6 — и

55 корректирующего напряжения. Каждый формирователь состоит из двух пар реохордов, движки которых механически связаны с движком реохорда автоматического компенсатора 2 постоянного тока. Электрически движки реохордов попарно соединены между собой. Движки выходных реохордов 7 и 8 электрически соединены с крайним выводом первого из пары выходных реохордов 7 и с последователь>ю соединенными источником 9 постоянного стабилизированного напряжения, добавочным резистором 10, двумя токозадающими реохорда ми 11, 12 и вторым выходным реохордом 8. Противоположные крайние участки второго выходного реохорда 8 защищены от соприкосновения с движком реохорда изоляционными втулками (на фиг. 2 показаны в виде заштрихованных участков реохорда 8) .

Принципиальные схемы всех формирователей корректирующего напряжения устройства одинаковы, однако между ними имеются конструктивные различия, состоящие в различной длине всех изоляционных втулок на реохордах 8-1...8-п. Промежуток между изоляционными втулками определяет диапазон отклонений движка реохорда, в котором на выходе данного формирователя имеется корректирующее напряжение.

Кроме того, для всех формирователей различны параметры элементов схем - — ЭДС источников 9-1...9-п постоянного стабилизированного напряжения и сопротивлений добавочных резисторов 10-1...10-v,.

Устройство для измерения м.)«,,k ki ры работает следующим образом

Тс рмо-ЭДС термоэлектри ц ).i)i о )р«с>б разователя 1 Е(t) при по«сониной сс мпературе его свободных концов нелинейнс) зависящая от температуры его рабочего сная, подается на один из входов сумматора 3, к остальным входам которого подключены формирователи 6-1...6-п корректирующего напряжения. При любом значении температуры рабочего спая термоэлектрического термометра напряжения на выходе о ) нс)го из формирователей отличны от нуля, а на пряжения на выходах остальных и-1 формирователей равны нулю. Это обусловлено .гем, что реохорды 8-1...8-п всех формирова..елей конструктивно выполнены таким образом, что изоляционные втулки г>ставляют открытым для движка реохорда участок, нс перекрывающийся с аналогичными участками других реохордов. Поэтому график зависимостей корректирующих напряжений па выходах формирователей от темпера ры рабочего спая термоэлектрического пр. с>бразователя 1 (или от степени отк;,!>i>!- )и)) движков реохордов ) имеет вид, пока>а); ный на фиг. Зб. Зависимос ть выход)!с)):i и;) чряжепия каждоп> и:) формироа.i!() ))).с деляется параметрами элсх)е)).. ь с I(«.:. м), а именно значениями ЭДс.. источник:i f. 9 постоянного стаби пlзир" на п)п)) о н;))) р," ния и сопротивления,сс>бавочнг>гс> рс

)с10. Аналити сески зависимос i i: кс)1 !)«,972260 тирующего напряжения для первого формирователя может быть записана в виде

0 при а A <

U(t) при Ы, A a+, g-i R (1-<)

R ip-i +яo((4 -a()

О при а(<а(о(з

R — сопротивление между крайними выводами каждого из реохордов, где (p,(з — отклонения движка реохорда в условных единицах, соответствующие крайним точкам реохорда; (р =О, 5=1; о(1, а(2 — отклонения движка реохорда в условных единицах, соответствующие границам изоляционных втулок на реохорде 8-1 (фиг. 2).

Измерительный сигнал суммируется с корректирующим напряжением и поступает

15 на усилитель 4 постоянного тока. Усиленный измерительный сигнал подается параллельно на аналого-цифровой преобразователь 5 и автоматический компенсатор 2 постоянного тока, включенный в цепь обратной связи устройства. Благодаря тому, что на вход автоматического компенсатора поступает линеаризованный измерительный сигнал, движок реохорда автоматического ком пенсатора устанавливает связанные с ним движки реохордов формирователей корректирующего напряжения в положение, при котором на вход сумматора поступает необходимое корректирующее напряжение.

Выбор нужного формирователя и установка корректирующего напряжения происходят, таким образом, автоматически.

А над н.о-цифровой преобразователь 5 абж H устройством индикации, при помощи которого обеспечивается непосредственный отсчет результата измерения температуры в С. Измерительная информация в виде обычного двоично-десятичного кода поступает в процессор для дальнейшей обработки и анализа. Автоматический компенсатор 2, кроме основной функции (работы в системе линеаризации) выполняет также вспомогательную функцию регистрации из- 40 мерительной информации в виде непрерывной записи графика зависимости температуры на ленту.

Настройкой параметров Е 9-1 и R 10-1 каждого из формирователей корректирующего напряжения можно получить на его 45 выходе напряжение, равное значению погрешности Л U (t) при двух произвольно выбранных значениях температуры (фиг. 3).

Таким образом, для всего рабочего температурного диапазона устройства корректирующее напряжение равно значениям по- 50 грешности линейности AU(t) при 2п значениях температуры. Соответственно при 2п значениях температуры остаточная погрешность линейности устройства для измерения температуры равна нулю.

Это позволяет достичь высокой степени линейности выходного напряжения устройства. Остаточная погрешность линейности устройства, таким образом, зависит исключительно от общего количества формирователей п корректирующего напряжения. Это дает возможность получить любое заранее заданное значение остаточной погрешности линейности теоретически в сколь угодно широком диапазоне температуры, включив в устройство необходимое, число формирователей. Практически снижение остаточной погрешности линейности и расширение рабочего диапазона устройства ограничены увеличением влияния погрешности от дискретности, однако этот порог лежит значительно ниже требуемых на практике значений остаточной погрешности.

Важнейшим преимуществом предлагаемого устройства для измерения температуры, кроме высокой точности измерения в широком температурном диапазоне, является независимость погрешности измерения от класса точности автоматического компенсатора постоянного тока. Это обусловлено тем, что автоматический компенсатор связан лишь со схемой линеаризации и регистрации измерительной информации, поэтому его погрешность влияет только на точность формирования корректирующего напряжения и точность записи. Степень влияния погрешности автоматического компенсатора на результирующую погрешность измерения температуры при помощи устройства, таким образом, определяется отношением корректирующего напряжения к основному измерительному сигналу — ЭДС термоэлектрического преобразователя 1.

Это отношение очень мало и составляет величину порядка единиц процентов. Поэтому собственная погрешность автоматического компенсатора входит в результирующую погрешность измерения как величина второго порядка малости. Это дает возможность использовать в устройстве автоматический самопишущий потенциометр низкого класса точности без ущерба для погрешности измерения устройства.

Преимущественная область применения предл а гае мого устройства — измерение и контроль температуры в производственных условиях при проведении различных технологических процессов, требующих высокой точности и быстродействия контроля температуры, например при проведении технологических процессов диффузии, окисления. эпитаксии при производстве интегральных микросхем (диапазон до

1300 С) .

Внедрение предлагаемого устройства позволит получить значительный техникоэкономический эффект за счет повышения процента выхода годных изделий и качественных характеристик изделий, Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, подключенный к одному из входов сумматора, выход которого через усилитель

972260 постоянного тока соединен с входом аналого-цифрового преобразователя и автоматического компенсатора постоянного тока, и формирователей корректирующего напряжения, каждый из которых состоит из двух пар реохордов, движки которых механически связаны с движком реохорда автоматического компенсатора постоянного тока и электрически попарно соединены между собой, а движки выходных реохордов электрически соединены с крайним выводом первого из пары выходных реохордов и с последовательно соединенными источником постоянного стабилизированного напряжения, добавочным резистором, двумя токозадающими реохордами и вторым выходным реохордом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности

1 (!

1

1

E и упрощения устройства, в нем сумматор выполнен с (и + 1) входами, к и входам которого подсоединены выходы и формирователей корректирующего напряжения.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 381921, кл. G 01 К 7/24, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

I1p № 327386, кл. G 01 К 7/10, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

Мо 625319, кл. G 01 К 7/02, 1978.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2902003/18-10, кл. G О1 К 7/02, 01. 04.80.

ИМимну рлчорйг аАж алюггипгс и rmee,ла 7юра

l б1

1

1

972260

Составитель Н. Горшкова

Редактор Н. Кешеля Техред И. Верес Корректор А. Ференц

Заказ 7880/28 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4