Устройство для измерения температуры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЯДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р>991186 (6!.) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 170680 (21) 2942298/18-10 (ЩМ.Кл.

G 01 К 7/02 с присоединением заявки ¹â€”

Государственным комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23.0183. Бюллетень ¹ 3 ($33 ÓÄÊ 536 ° 532 (088.8) Дата опублйкования описания 230183

",", - — —;

Ю.В. Поздняков; А.A. Саченко и В.С. Мухин

Ф Д

1

Тернопольский финансово-экономический институ =. (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к измерению температуры электрическими методами.

Известен датчик температуры, содержащий термопару и термометр сопротивления, выполненный, например, из электрода термопары и питаемый от стабилизированного источника, последовательно которым подключено компенсационное сопротивление, питаемое от противовключенного стабилизированного источника (1).

Однако это устройство имеет недостаточно высокую линейность выходного измерительного сигнала и, как следствие этого, низкую точность измерения температуры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее мост с термометром сопротивления; резисторы, источник питания и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный резистор, параллельно которому подключена цепочка, состоящая иэ термопары и последовательно соединенного с ней резистора (23 .

Недостатком этого устройства является то, что термопара нагружена низким сопротивлением резисторов, вследствие чего остаточная погрешность линейности устройства не может быть существенно снижена.

Известно также устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные термопару и четырехзажимный термометр сопротивле" ния и компенсационное сопротивление, подключенные к источникам питания, причем четырехзажимный термометр сопротивления зашунтирован четырехзажимным резистором, токовые и потенциальные выводы которого последовательно соединены с подгоночными и соответствующими токовыми и потенциальныки выводами термометра сопротивления, а отношение сопротивлений подгоночных резисторов к сопротивлению соответствующих выводов термометра равно .отно2 шению сопротивления шунтирующего резистора к сопротивлению термометра (3) .

Основным недостаткбм указанного устройства является значительная остаточная погрешность линейности, обусловленная нелинейным характером характеристики преобразования устройства.

Кроме того, в области высоких температур результирующая погрешность измерения температуры возрастает также, за счет погрешности, обусловленной

991186 влиянием изменения сопротивления проводников-, соединяющих термометр соп- ротивления с источником питания и подгоночньми резисторами, что дополнительно снижает точность измерения температуры. 5

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный мост постоянного то-10 ка с термометром сопротивления в одном иэ плеч, термоэлектрический преC обраэователь, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, образцовый резистор и дополнительный термометр сопротивления, подсоединенные к стабилизированным источникам питания, переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны между собой, подключенные последовательно с дополнительным термометром сопротивления и образцовым резистором к стабилизированным источникам питания, а в диагональ питания и в смежные плечи термочувствительно- 2 го моста постоянного тока включены цепочки, состоящие из зашунтированных ре з ис торами последов а тель но с седине нных постоянных и переменных резисторов, причем движки переменных реэис- 30 торов, включенных в смежные плечи моста, механически соединены между собой (4) .

Известное устройство имеет все еще . значительную величину остаточной пог-35 решностй устройства порядка 0,55 MB в диапазоне 0-600 С, а также характеризуется недостаточной надежностью.

Целью изобретения является повышение надежности, точности измерения 40 температуры и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительно четырехзажимный термометр сопротивления и компенсационный резистор, подключенные через переменные ограничительные резисторы к стабилизированным источникам питания и соединенные по.следовательно с термоэлектрическим преобразователем и входом резистивного делителя напряжения, одно плечо которого соединено последовательно с измерительным прибором и основными и термометром сопротивления и компенсационным резистором.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройетва для измерения температуры с цифровым отсчетом; на фиг. 2 и 3 — графики зави.симостей напряжений от температуры на отдельных элементах схемы. 60

Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, последовательно соединенные измерительный при бор 2, в качестве которого используется цифровой милливольтметр, и основные четырехэажимные термометр 3 сопротивления и компенсационный резистор 4, подключенные через переменные ограничительные резисторы 5 и б к ста" билизированным источникам 7 и 8 посто" янного напряжения. Дополнительные четырехзажимный термометр 9 сопротивления и компенсационный резистор 10 подключены через переменные -ограничительные резисторы 11 и 12 к стабили зированным источникам 13 и 14 посто янного напряжения и соединены последовательно с термоэлектрическим преобразователем 1 и входом делителя напряжения, состоящего из резисторов

15 и 16. Резистор 16, являющийся выходным плечом делителя, соединен последовательно с измерительным прибором 2 и основными термометром 3 сопротивления и компенсационным резистором 4. Движки переменных ограничи1 тельных резисторов 5 и 6 и 11 и 12 попарно механически связаны между собой. а оба термометра 8 и 9 сопротивления и рабочий спай термоэлектрического преобразователя 1 помещены в среду с измеряемой температурой.

Устройство для измерения температуры с цифровым отсчетом работает следующим образом.

При начальной температуре рабочего диапазона (например, при ООС) падение напряжения на сопротивлениях 3 и 4 уравновешивают друг друга поэтому их суммарное напряжение 08(t) = О.

При повышении температуры в измеряемой среде возрастает сопротивление термометра 3 сопротивления, помещен,ного в эту среду, вследствие чего напряжение на термометре сопротивления нелинейно .возрастает. Суммарное напряжение Uz(t) также возрастает нелинейно, поскольку напряжение на основном компенсационном резисторе 4

U>(t) остается постоянным (фиг. 2а) .

Для обеспеченйя линейного характе- ра напряжения U8(t) из него необходимо вычесть корректирующее напряжение, равное по абсолютной величине разности между напряжением U< (t) и линей-

6 но зависящим от температуры напряжением Uh (t) график зависимости которой оТ температуры показан на фиг.2б.

Для формирования корректирующего напряжения в предлагаемом устройстве используются дополнительные четырехзажимный термометр 9 сопротивления и компенсационный резистор 10. Их суммарное напряжение U8(t) также равно нулю в начальной точке рабочего диапазона. При температуре, соответствующей концу рабочего диапазона, напряжение U (t) равно по абсолютной величине термо-ЭДС Е (t) термоэлектрического преобразователя 1 (фиг. За) . Благодаря тому, что напряжение U З(1) и термо-ЭДС E (t) включены встречно, их разность будет иметь характер тем991186 пературной зависимости, подобный характеру зависимости дП(t), причем раэностное напряжение U<(t) будет по абсолютной величине заведомо больше напряжения aU(t) при любом значении температуры в пределах рабочего диапазона (фиг. Зб) . Это обусловлено тем, что. напряжение U3(t) описывается функцией с отрицательной второй производной по температуре, а термо-ЭДС Е (t) описывается функцией с положительной 10 второй производной по температуре, в то время как, разность AU(t) образована напряжением с отрицательной второй производной по температуре Ug(t). и линейно зависящим от температуры на- (5 пряжением U„(t) .

Чтобы снйзить напряжение U4(t) до требуемого уровня, в предлагаемом устройстве использован высокоомный резистивный делитель напряжения. Напряжение U4(t) подается на вход делите;ля, а с его выходного плеча снимается напряжение U (t). Коэффициент деления делителя выбран таким, чтобы корректирующее напряжение () () при произвольно выбранном значении температуры в пределах рабочего диапазона было равно по абсолютной величине значению напряжения ьу (t) . БлагодаряЗ0 этому остаточная погрешность линейности, которая. может быть определена как разность между корректирующим напряжением U5(t) и разностным напряжением hU (t), будет равна нулю при выбран- 35 ной температуре внутри рабочего диа-. пазона, а также в его начале и конце (фиг. Зв). линеаризованное напряжение, подает 40 ся на вход цифрового милливольтметра

2, при помощи которого обеспечивается цифровой отсчет результата измерения непосредственно в градусах Цель- сия. Для этого значение напряжения 45

Об() выбрано равньж числу градусов

i мMиHл л иHв оoл ь тTа х, например, при 600 С

U (t) = 60,0 мВ. Благодаря тому, что погрешность линейности устройства сведена к минимуму, на устройстве индикации цифрового милливольтметра будет с вЫсокой точностью индицироваться значение измеряемой температуры, Преимуществом предлагаемого устройства является возможность учета пог-. решностей, обуоловленных технологическим разбросом характеристик преобразования первичных измерительных преобразователей — термометров сопротивления и термоэлектрического преоб- 60 разователя. Для учета названной погрешности настройка устройства произ,водитчя с учетом результатов последней поверки первичных измерительных преобразователей, с- учетом поправок 65 к их стандартньм характеристикам преобразования.

Предлагаемое устройство может быть

,широко использовано в различных отраслях промышленности, основанных на точ .ном измерении и контроле температуры, для измерения и контроля температуры в производственных условиях с высокими точностью и быстродействием.

В частности, предлагаемое устройство может быть применено для измерения температуры обмотки статора турбогенераторов в электроэнергетике. В результате повышения точности измерения температуры обмотки статора имеется возможность повысить его КПД, что принесет значительный технико-экономический эффект.

Также устройство для измерения температуры может быть использовано для измерения и контроля температуры в процессе термообработки иэделий из алюминиевых сплавов, при этом технико-экономический эффект от внедрения. изобретения может быть получен благодаря повышению качественных характеристик изделий эа счет повышения точ ности и быстродействия измерения температуры в процессе термообработки.

Формула изобретения

Устройство для измерения темпера- . туры, содержащее четырехэажиМные тер мометр сопротивления и комненсацион ный резистор, каждый иэ которых подсоединен к стабилизированным источни кам питания через переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны между собой, измерительный прибор, два стабилизированных источника питания, термоэлект рический преобразователь, одним выводом подключенный к потенциальному выводу термометра сопротивлеиия, а другим — соединенный с выводоМ резнстивного делителя напряжения, два е ременных ограничительных резистора, движки которых механически связаны между собой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, точности измерения температуры и упрощения устройства, в него дополни тельно введены четырехэажимный термометр сопротивления и компенсационный резистор, подключенные через перемен ные ограничительные резисторы к стабилизированным источникам питания и соединенные последовательно с термоэлектрическим преобразователем и входом резистивного делителя напряжения, одно плечо которого соединено после довательно с измерительным прибором и основными термометром сопротивления и компенсационным резистором.. источники информации, принятие во внимаиие при вкспертиве

1. Авторское свидетельство СССР

9 328348, кл, 6 01 К 7/02 1970, .

2, Авторское свидетельстве СССР

9 354287, кл, О 01 К 7/00, 1971, 991186

3, Авторское свидетельство СССР

Р 437930, кл, 0 Ol К 7/02, 1972, 4, Авторское свидетельство СССР по заявке В 2929774/18 10, 5 кл. 6 01 К 7/02 23.05.80 (прототип .

991186

Составитель Н. Горшкова

Техред О.Неце Корректор О. Билак

Редактор Н. Лазаренко

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ ГосударствеННоГо комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 11 О/55

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