Устройство для измерения температуры Советский патент 1984 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к контактным измерениям температуры с использованием первичных измерительных преобразователей с нелинейной зависимостью выходного сигнала от измеряемого параметра.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, дополнительный источник стабилизированного питания, автоматический потенциометр, компенсационный реохорд, движок которого механически связан с движком реохорда потенциометра, а выводы соединены с первым выводом термоэлектрического преобразователя, второй вывод которого соединен с входами цифрового вольтметра и автоматического потенциометра 1 .

Недостатком устройства является низкая точность измерения температуры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, автоматический компенсатор постоянного тока, источники постоянного напряжения, реохорды, сумматор, схемы сравнения, формирователи корректирующих напряжений, каждый из которых состоит из двух пар реохордов 2.

Недостатками этого устройства являются низкое быстродействие, и низкая надежность из-за больщого количества механических элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, подключенный к входу измерителя напряжения через п выходных резисторов формирователей корректирующих напряжений, включающих в себя последовательно соединенные источники постоянного напряжения и резисторы, источник стабилизированного на фяжения, а также реохорды, движки которых механически связаны с движком автоматического компенсатора 3.

Собственные погрешности автоматического компенсатора и его больщая постоянная времени ограничивают точность и быстродействие устройства, а иснользование в устройстве больщого количества реохордов и .механических связей существенно снижает надежность устройства.

Целью изобретения является повыщение точности измерения температуры и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, подключенный к входу измерителя напряжения через п-выходных резисторов формирователей корректирующих напряжений, включающих в себя последовательно соединенные источники постоянного напряжения и резисторы, источник стабилизированного напряжения, введены дополнительные источники постоянного напряжения, вентильные элементы, фоторезисторы и два источника оптического излучения, первый из которых непосредственно, а второй через источник стабилизированного напряжения подключены к входу измерителя напряжения, при этом выводы каждого выходного резистора формирователя корректирующего напряжения через соответствующие дополнительный источник постоянного

напряжения и вентильный элемент подключены к соответствующим параллельно включенным первому и второму фоторезисторам и последовательно соединенным третьему фоторезистору, источнику постоянного напряжения и резистору, причем первые фоторезисторы каждого формирователя корректирующего напряжения оптически связаны с вторым источником оптического излучения, а вторые и третьи фоторезисторы - с первым источником оптического излучения.

0 На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - графики, поясняющие процесс формирования корректирующего напряжения.

Устройство содержит термоэлектрический преобразователь , измеритель 2 напряже5 ния, например, цифровой вольтметр, или аналого-цифровой преобразователь, источник стабилизированного напряжения 3, п формирователей корректирующего напряжения (на схеме пунктиром показано три формирователя), каждый из которых содержит выходной резистор 4, дополнительный источник 5 постоянного напряжения, вентильный элемент 6, например диод, первый 7, второй 8 и третий 9 фоторезисторы, резистор 10, источник 11 постоянного на5 пряжения, первый 12 и второй 13 источники оптического излучения, в ка.честве которых могут быть использованы, например, накальные источники излучения или полупроводниковые.

Устройство работает следующим обра0 зом.

Измерительный сигнал - термо- ЭДС E(t) термоэлектрического преобразователя 1, нелинейно зависящая от температуры (фиг. 2,0.), на входном сопротивлении измерителя напряжения суммируется с выходными напряжениями всех п формирователей корректирующих напряжений U(t),... Un(t). Поскольку зависимость E(t) отличается от линейной Uj (t) на величину погрешности линейности AUfl(t) (фиг. 2 а., б),

Q для коррекции этой нелинейности с измерительным сигналом E(t) должно быть просуммировано корректирующее напряжение, равное по абсолютной величине и противоположное по знаку погрешности AUj(t). В случае строгого выполнения этого требова5 ния остаточная погрешность линейности после такой коррекции равна нулю. Идеальная кривая корректирующего напряжения - AUj,(t) показана на фиг. 26.

Для формирования реального корректирующего напряжения с заданной точностью, аппроксимирующего указанную идеальную кривую, в устройстве использована цепочка из п формирователей корректирующего напряжения, сумма выходных напряжений которых позволяет с высокой точностью аппроксимировать зависимость Аил(1).

Выходное напряжение первого формирователя корректирующего напряжения Ui(t), просуммированное с выходным сигналом E(t), снижает погрещность линейности &{Jji{t) до весьма малых значений вблизи границ рабочего диапазона (кривая AU (t) на фиг. 2 Ь). Однако в средней части рабочего диапазона погрещность AUi(t) имеет сравнительно больщие значения. Поэтому выходное напряжение второго формирователя корректирующего напряжения U2(t) в двух точках в средней части рабочего диапазона равно погрешности AU(t), взятой с обратным знаком (кривая U2(t) на фиг. 2 Ь). Благодаря этому остаточная погрешность AU3(t) после коррекции выходными напряжениями первого и второго формирователей корректирующего напряжения становится равной нулю уже при щести значениях температуры в пределах рабочего диапазона (график AU2(t) на фиг. 2г).

После суммирования выходного напряжения третьего формирователя корректирующего напряжения Uj(t) с измерительным сигналом и выходными напряжениями предыдущих формирователей корректирующих напряжений Uj (t) и U2(t) остаточная погрещность становится равной нулю еще при двух значениях температуры. Таким образом, каждый из формирователей корректирующего напряжения, включенных в устройство, обеспечивает равенство нулю остаточной погрешности линейности при двух произвольно выбранных значениях температуры Б пределах рабочего диапазона. Изменяя количество формирователей корректирующего напряжения в устройстве можно целенаправленно изменять его метрологические характеристики, повышая точность измерения температуры путем увеличения числа формирователей корректирующего напряжения.

Напряжение коррекции U каждого формирователя формируется при помощи фоторезисторов 7,8 и 9, подключенных через резистор 10 к источнику 11 постоянного напряжения, сопротивление которых одновременно меняется при изменении интенсивности излучения оптических источников 12 и 13 излучения. Источник 5 постоянного напряжения и вентильный элемент 6 совместно с выходным резистором 4 выполняют функцию отсекания отрицательных ветвей характеристики зависимости выходного напряжения формирователя корректирующего напряжения от температуры.

Режимы работы источников 12 и 13 оптического излучения подобраны таким образом, что в начале температурного диапазона интенсивность излучения источника 12 минимальна, а источник 13 - максимальна. Требуемое значение интенсивности излучения источника 13 устанавливается путем соответствующего подбора величины и полярности напряжения источника 3. С увеличением температуры происходит увеличение напряжения на входе измерителя 2 напряжения. А это ведет к увеличению интенсивности излучения источника 12 и уменьшению интенсивности излучения источника 13. Сопротивление фоторезисторов 8 и 9 при этом уменьшается, а сопротивление фоторезистора 9 увеличивается, что вызывает изменение величины корректирующего напряжения на выходе каждого формирователя по требуемому закону.

Наличие в предлагаемом устройстве новых элементов и новых связей между элементами устройства выгодно отличает его от известного, так как это позволяет повысить точность измерения температуры,быстродействие устройства, а также его надежность.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термоэлектрический преобразователь, подключенный к входу измерителя напряжения через п-выходных резисторов формирователей корректирующих, напряжений, включающих в себя последовательно соединенные источники постоянного напряжения и резисторы, источник стабилизированного напряжения. отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения температуры и надежности устройства, в него введены дополнительные источники постоянного напряжения, вентильные элементы, фоторезисторы и два источника оптического излучения, первый из которых непосредственно, а второй через источник стабилизированного напряжения подключены к входу измерителя напряжения, при этом выводы каждого выходного резистора формирователя корректирующего напряжения через соответствующие дополнительный источник постоянного напряжения и вентильный элемент подключены к соответствуюпшм парал,тельно включенным первому и второму фоторезисторам и последовательно соединенным третьему фоторезистору, источнику постоянного напряжения и резистору, причем первые фоторезисторы каждого формирователя корректирующего напряжения оптически связаны с вторым источником оптического излучения, а вторые и третьи фоторезисторы - с первым источником оптического излучения.