Цифровой измеритель температуры

Цифровой измеритель температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 23. 05. 80 (21) 2929774/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5 t ) NL. Кл.

6 О1 К 7/02

Гооудеротекнйый комнтет

СССР

4D делам изобретений и открытий

Опубликовано 07. 08. 82. Бюллетень М 29

Дата опубликования описания 07. 08. 82 (53) УДК 536. 532 (088,8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Поздняков, А. А. Саченко и Е

1

Тернопольский финансово-экономичес (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУР6!

Изобретение относится к измерению температуры при помощи преобразования температуры в электрические параметры с коррекцией нелинейности их характеристики преобразования, Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный мост и стабилизированный источник питания, причем источник питания подключен к мосту через термозависимый делитель напряжения, состоящий из термометра сопротивления и двух резисторов f13.

Недостатком этого устройства является значительная погрешность линейности характеристики преобразова" ния устройства, а также наличие паразитных тепловых связей, возникающих за счет повышенного самонагрева одного из термометров сопротивления, что приводит к возникновению дополнительной погрешности °

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопару и нуль-орган, являющиеся элементами мостовой измерительной схемы, питаемой от источника постоян5 ного тока, в котором термопара и соединенный с ней параллельно нульорган включены в измерительную диагональ моста, двумя смежными плечами которого служит реохорд, движок которого является одной из вершин диагонали питания моста 1".23.

Недостатками такого устройства являются необходимость использования в схеме устройства источника тока, а также то, что собственная погрешность нуль-органа прямо влияет на результирующую погрешность измерено ния температуры. Это приводит к значительной погрешности измерения температуры, особенно в области высоких температур.

94934

Известно также устройство для измерения температуры, содержащее мостовую схему, в одно плечо которой введены терморезистор и резистор обратной связи, источник стабилизированного питания, усилитель постоянного тока и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный датчик измеряемой тем« пературы () 3 <о

Однако в этом устройстве дополнительный термоэлектрический преобразователь нагружен низким сопротивлением цепочки резисторов, что является источником дополнительной is погрешности. Кроме того, наличие в устройстве цепи. обратной связи при водит к увеличению нелинейности выходного измерительного сигнала, что снижает -точность измерения темпе- 20 ратуры.

-Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является преобразователь температуры, содержащий мосто- 2З вую схему с термометром сопротивления в одном из плеч и резисторами в остальных плечах, последовательно соединенные стабилизированный источник питания и переменный резистор,.зо включенные в диагональ питания моста соединенный последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста термоэлектрический преобразователь и делитель напряжения, вывод которого соединен с последовательно включенным термометром сопротивления образцовым резистором и входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-цифровой 4в преобразователь, а параллельно тер" мометру сопротивления и образцовому резистору включены цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные стабилизированный источ- 4s ник питания и ограничительный резистор 14 3.

Однако известному устройству также присуща остаточная погрешность в диапазоне 0-600 С, равная 0,74 мВ, 50 что ограничивает область его использования.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры, Поставленная цель достигается тем что в устройство введены 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 смежные плечи термочувствительного моста постоянного тока включены цепочки, состоящие из зашунтированных резисторами последовательно соединенных постоянных и переменных резисторов, причем движки переменных резисторов, включенных в смежные плечи моста, механически соединены между собой.

На фиг. 1 показана принципиальная схема измерителя; на фиг. 2 и 3графики зависимостей напряжений на отдельных элементах измерителя.

Цифровой измеритель температуры содержит термочувствительный мост, в одно плечо которого включен термочувствительный резистор-термометр 1, сопротивления, в другое плечо - резистор 2, а два других смежных плеча моста образованы цепочками, состоящими из зашунтированных резисторами

2 и 3 последовательно соединенных постоянных 5 и 6 и переменных 7 и 8 резисторов, движки которых механически связаны между собой. В диагональ питания моста последовательно со стабилизированным источником 9 питания также включена цепочка, со" стоящая из зашунтированных резистором !О последовательно соединенных постоянного 1! и переменного 12 ðåзисторов, служащая для регулировки температурной чувствительности моста, Степень нелинейности характеристики преобразования термочувствительного моста регулируется при помощи переменных резистров 7 и 8,движки которых механически связаны между собой.

Последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста соединен термоэлектрический преобразователь 13, а также вход усилителя 14 постоянного тока с гальванической развязкой входа и выхода, дополнительный термометр 15 сопротивления и образцовый резистор 16.

Дополнительный термометр 15 сопротивления и образцовый резистор 16 через переменные ограничительные резисторы 17 и 18, движки которых механически связаны между собой, подключены к стабилизированным источникам питания 19 и 20 так, что напряжения на дополнительном термометре 15 сопротивления и образцовом

5 949349 6 резисторе 16 направлены встречно. К выходу усилителя 14 постоянного тока подключен аналого-цифровой преобразователь 21, с блоком индикации.

Чувствительные элементы обоих термометров 1 и 15 сопротивления и рабочий спай термоэлектрического преобразователя 13 помещены в среду измеряемой температурой.

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

Напряжение на выходной диагонали термочувствительного моста равно нулю при начальной температуре рабочего диапазона, и с ее повышением нелинейно возрастает (фиг. 2а ). Характер нелинейности выходного напряжения моста таков, что для его линеаризации из него необходимо вычесть некоторое корректирующее напряжение, равное разности между напряжением

0ц(й), и линейно зависящим от температуры, напряжением 0 (й)(Фиг.2б ).

Для формирования такого напряжения в схеме измерителя используется до -полнительный термоэлектрический преобразователь 13, термо-ЭДС которого зависит от температуры по закону, который описывается вогнутой кривой (фиг.2в). Суммарное напрвжение на з0 дополнительном термометре 15 сопротивления и образцовом резисторе 6

03(й) описывается выпуклой кривой (фиг.2в ). Разность термо-ЭДС E(t) и напряжения 03(t) равна нулю в на- зз чале и конце диапазона измерения температуры, поскольку напряжение

03(t) выбрано равным термо-ЭДС E(t} при конечной температуре диапазона, По абсолютной величине это раз- 4р ностное напряжение больше погрешности ф 0(й) при любом значении температуры в пределах рабочего диапазона. тики 0> (t) достигается благодаря наличию в двух смежных плечах моста цепочек, состоящих из зашунтированных резисторами 3 и 4 последовательно соединенных постоянных 5 и 6 и переменных 7 и 8 резисторов. Движки переменных резисторов 7 и 8 механически связаны между собой, что является необходимым для того, чтобы при !

О изменении сопротивления плеч моста оно было одинаковым для обоих плеч.

Регулировкой степени нелинейности выходного напряжения U (t) термочувствим тельного моста можно добиться того, 15 что разность д 0(й) станет больше напряжения 04(t) при любом значении температуры в пределах рабочего диапазона (фиг.2а,б и фиг.3а).

Плавкой регулировкой степени неgp линейности напряжения можно достичь того, что при некотором значении сопротивления плеч моста его выходное напряжение отличается от линейного на величину, равную 04(t), npu2s чем эти значения будут равны не менее, чем при двух значениях температуры в пределах. рабочего диапазона (фиг.3б).

Остаточная погрешность линейности в таком случае будет равна нулю в на45 .Чтобы уменьшить это напряжение, надо изменить параметры схемы, дополнительный термометр 15 сопротивленив и образцовый резистор 16, изменяя степень нелинейности выходного напряжения. Однако гораздо удобнее

50 регулировать степень нелинейности выходного напряжения термочувствительного моста, изменяя сопротивление двух смежных его плеч на одинаковую величину, При этом не нарушается ни равновесие моста, ни его температурная чувствительность. Плавная регулировка степени нелинейности характерисчале, конце и двух значенйях температуры внутри рабочего диапазона (,Фиг.Зв).

Нелинейность напряжения, приао" женного к входу усилителя 14, на промежутках между этими температурами минимальна, что обеспечивает воэможность резкого повышения точности измерения температуры.

Собственные погрешности усилителя постоянного тока и аналого-цифрового преобразователя значительно меньше остаточной погрешности линейности, поэтому не оказывают влияния на результирующую погрешность измерения температуры. Благодаря линейному характеру зависимости информативного сигнала на входе усилителя, на выходе аналого-цифрового преобразователя 21 измерительная информация представляется в виде цифрового кода, который при подаче на блок индикации обеспечивает цифровой отсчет реэультата измерения температуры непосредственно в градусах Цельсия с высокой точностью.

Предлагаемый измеритель предназначен для использования метрологического обеспечения температурных измерений в различных отраслях про949349 мышленности. Особенно эффективно использование его при многоточечном контроле температуры в технологических процессах, требующих высокой точности измерения и высокого быстродействия.

Предлагаемый измеритель обеспечит значительный технико-экономический эффект при внедрении его для температурного контроля термообра- !о .ботки изделий из алюминиевых сплавов, он может быть получен за счет повышения качественных характерис тик изделий благодаря повышению точности измерения температуры. 3S

Формула изобретения

8 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры в измеритель введены переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны между собои, подключенные последовательно с дополнительным термометром сопротивления и образцовым резистором к стабилизированным источникам питания, а в диагональ питания и смежные плечи термочувствительного моста постоянного тока включены цепочки, состоящие из зашунтированных резисторами последовательно соединенных постоянных и переменных резисторов, причем движки переменных резисторов включенных в смежные плечи моста, механически соединены между собой.

Цифровой измеритель температуры, щ содержащий термочувствительный мост постоянного тока с термометром сопротивления в одном из плеч, термоэлек. трический преобразователь, усилитель постоянного тока,к выходу которого 25 подключен аналого-цифровой преобразователь, .образцовый резистор и дополнительный термометр сопротивления, подсоединенные к стабилизированным источникам питания, о т л и - зв

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 309257, кл. G О1 К 7/20.

2. Авторское свидетельство СССР и 316945, кл. G 01 К 7/02, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

У 463007, кл. G 01 К 7/00, 1972.

4 ° Авторское свидетельство СССР по заявке N 2910953/18-20, кл. G 01 К 7/00, 17.04.80 (прототип).

949349

Составитель Н. Горшкова

Редактор Л.филиппова Техред М.Надь. Корректор Н. Король ъ-»------------------Заказ 5729/24 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4