Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советеиик

Социалиетичесиик республик (61),дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено. 21.10.77 (21) 2535511/18-10 с присоединением заявки йЪ (23) Приоритет—

ВеуДЩФПйа%Й IK03IRTIT

Вс,ср аа аеяам изобретений и аткриткй

Опубликовано 25,02.80. Бюллетень J% 7

Дата опубликования описания 25.02.80 (72) Авторы изобретения

В. Д, Гринец и Е, А. Вераксич (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для повышения точности измерения температуры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, трансформатор тока, резистор и реохорд, в котором для исключения влияния сопротивления линии связи термометр включен в потенциометрическую схему последовательно с первичной обмоткой трансформатора, во вторичную

Г !О обмотку которого включены резистор и реохорд, с которых снимается компенсационное напряжение foal

Наиболее близким по технической сущности

15 к изобретению является устройство, содержащее термометр сопротивления, подсоединенный четырехпроводной линией связи, вычитающий усилитель, к выходу которого через усилитель переменного тока, демодулятор и усилитель пос-. тоянного тока подключена последовательная цепочка из масштабного резистора и резистора обратной связи, генератор прямоугольных импульсов (2).

Недостатками известного устройства для измерения температуры являются: значительная погрешность, вызванная дрейфом напряжения смещения и разностью токов смещения усилителя постоянного тока с дифференциальным входом, а также невозможность получить на выходе напряжение, пропорциональное приращению сопротивления термометра, т. е. непосредственно измеряемой температуре, так как выходной сигнал устройства пропорционален абсолютной величине сопротивления резистора.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее термометр сопротивления, подсоединенный четырех проводной линией связи, вычитающий усилитель, к выходу которого через усилитель переменного тока, демодулятор и усилитель постоянного Потока подключена йоследовательная цепочка из масштабного резистора и резистора обратной

/ связи, генератор прямоугольных импульсов введены стабилизатор тока, компенсационный резистор и четыре ключа, причем к инвертирую717566 щему входу вычитающего усилителя подключены выходы первого и второго ключей, входы которых соединены с зажимами термомет ра сопротивления, последовательно соединенного со стабилизатором тока и компенсационным резисторбм, общая точка которого С термо. метром сопротивления заземлена, на неинвертирующий вход усилителя подключены выходы третьего и четвертого ключей, входы которых соединены соответственно с незаземленным выводом "компенсационного резистора и резистором обратной связи, а управляющие входы первого и четвертого ключей подсоединены к прямому выходу генератора, противофазный выход Kotopofo подклжчен к управлявшим вхо- 5 дам второго и третьего клвчей, -.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения температуры.

Устройство содержит термометр 1 сопротивления, компенсационный резистор 2, стабилиза- эр тор тока 3, четыре ключа 4-7, генератор 8 прямоугольных импульсов, дифференциальный усинитель 9, включенный в схему вычитающего усилителя, усилитель переменного тока, демодулятор 10, усилитель постоянного тока 11, 25 масштабный резистор 12 и резистор обратной связи 13.

Последовательно соединенные термометр 1 и резистор 2, общая точка которых заземлена, подключен к выводам изолйровайного ста- 30 билизатора тока 3.

Потенциальные выводы термометра 1 через ключи 4 и 5 подсоединены к "инвертирувшему входу вычитавщего усилителя 9, а неэаземленньй" вывод резистора 2 и резистор обратной 35 связи 13 через ключи 6 и 7 подключены к иеинвертирующему входу усилителя 9, Управляющие входы ключей 4 и 7 соединены с прямым выходом генератора 8, а управляющие входы ключей 5 и 6 — с противофазным 4о вйходом генератора 8. Дифференциальный усилйтель 9 включен в йзвестную схему вычитающего усилителя. К его вьгходу через усилитель йеременного тока, демодулятор 10, утфМпяющий вход которого связан с выходой генера- 45 тора 8, усилитель постоянного тока 11 йодклю чена последовательная цепочка масштабный резистор 12 резистор обратной связи 13.

Ток 1 стабилизатора 3, пубтекая "по "последовательно -ceepweuHMu сопфзти1злениям" термо- о метра 1(й,) и компенсационного резистора 2 (Йз), создает на них относительйо земли соответственно падения напряжейия разного знака 14 =1(Й1 + Гд) и Об = — и 2 (j где U4 и Оо — напряжение на входах ключей я

4иб

rn — сопротивление линии связи между нижним выводом термометра 1 и землей.

На вход ключа 5 подается падение напряжения на сопротивлении линии связи гд, равное

U = Irä, а на вход ключа 7 — часть выходного напряжения устройства, снимаемого с резистора 13 — U .

Генератор 8 периодически замыкает попарно или ключи 4 и 7 (ключи 5 и 6 в этот момент разомкнуты), подавая на инвертирующий и неинвертирующий вход вычитающего усилителя

9 соответственно напряжения U4 и U, или ключи 5 и 6 (ключи 4 и 7 разомкнуты), по- давая на входы усилителя 9 соответственно напряжения О, и 06.

Принимая, что коэффициенты усиления ycuwrens 9 по инвертирующему и неинвертирующему входам одинаковые и равны К, при замыкании (в первый полупериод работы генератора 8) ключей 4 и 7 выходное напряжение усилителя будет равно

Одз = — КОд + I 3, (2 j а выходное напряжение усилителя 8 при замыкании ключей 5 и 6 (второй полупериод работы генератора 8) равно и = — КО +КО =К(— 7m-IВз), (3)

Амйдитуда переменной составляющей выход ного напряжения усилителя 8, которая усиливается усилителем переменного тока 10; будет равна разности амплитуд Uù и Uù, т. е. с учетом (2) и (3)

4U = Uro 1П1 = К t-1 (%1 + гд) + Ui z + гд +

+«Ó =К(-т(а -R.)+U J (1) и не зависит от величины сопротивления линии.

При большом коэффициенте усиления усилителей 10 и.11 амплитуда переменной соетавдяющей поддерживается равной нулю, т. е.

0=0.Тогда из выражения {4) получается,что напряжение на резисторе обратной связи 13 равно:

U„= 1 (R,-В,) (5) т. е, зависит только от величины тока I и разности величины сопротивления термометра 1 и сопротивления 2.

Поскольку сопротивление термометра в зависимости от измеряемой температуры выражается зависимостью

Ry = и о 1+п(т-то) 1 (61 и, если выбрать heiiwHHy резистора 2, равную

Rз =Во (7) то подставив выражение (7) и (6) в (5), напряжение на сопротивлении обратной связи 13 будет равно

0) з =Х 1о n(t — то) О где Ro — сопротивление термометра 1 при начальной температуре диапазона измерения; а — температурный коэффициент сопротивления материала термометра 1;

t — текущее значение измеряемой температуры..

71756

ЦНИИПИ Заказ 9824/56

Тираж 713

Подписно

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

Напряжение обратной связи, снимаемое с ре. эистора 13, а, следовательно, и выходное напряжение устройства, снимаемое с резисторов

12 и 13, прямо пропорционально измеряемой емпературе. 5

При установившемся значении измеряемой температуры на резисторе 13 поддерживается такое напряжение обратной связи, чтобы переменная составляющая напряжения на выходе усилителя равнялась нулю. Прн изменении тем- 10 пературы изменяется величина сопротивления термометра 1, и на выходе усилителя возникает переменная составляющая, которая, уси,ливаясь усилителями 10 и }1, изменяет величину U>q до такой величины, пока амплитуда 15 переменного напряжения с выхода усилителя

9 не станет равной нулю (с погрешностью сгатизма) .

Выбором величины сопротивлений 2 и 3 можно соответственно изменять начало диапазона 20 и сам диапазон измерения температуры.

Таким образом, устройство обеспечивает измерение приращения сопротивления термометра; исключение влияния изменения сопротивления линии связи термометра на точность измерения температуры, повышение точности измерения температуры при использовании низкоомных термометров или измерения температуры в узких диапазонах измерения.

Устройство может быть реализовано при использовании в качестве ключей-коммутаторов типа 1КТ902 и в качестве усилителей — операционных усилителей серии 140. Точность, измере-15 ния температуры предлагаемым устройством не хуже +0,5 .

6 . 6

Формула изобретения т

Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, подсоединенный четырехпроводной линией связи, вычнтающий усилитель, к выходу которого через усилитель переменного тока, демодулятор и усилитель постоянного тока подключена после- довательная цепочка иэ масштабного резистора и резистора обратной связи, генератор прямоугольных импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения в устройство введены стабилизатор тока, компенсационный резистор и четыре ключа, причем к инвертнрующему входу вычитающего усилителя подключены выходы первого и второго ключей, входы которых соединены с зажимами термометров сопротивления; последовательно соединенного со стабилизатором тока и компенсационным резистором, общая точка которого с термометром сопротивления заземлена, на иеинвертнрующий вход усилителя подключены выходы третьего и четвертого ключей, входы которых подключены соответственно к незаземленному выводу компенсационного резистора и к резистору обратной связи, а управляющие входы первого и четвертого ключей подсоединены к прямому выходу генератора, противофазный выход которого подключен к управляющим входам второго и третьего ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 134472, кл. G 01 К 7/16, 1960.

2. Павленко В. А. Электрические системы ре. гулнрования с сигналом связи постоянного тока. "Энергия", М., 1971, с. 197 (прототип).