Устройство для измерения температуры Советский патент 1984 года по МПК G01K7/13 

1 Изобретение относится к приборостроению, а именно.к устройствам для измерения температуры- с помощью термоэлектрических преобразователей с компенсацией влияния изменения тем пературы их холодного спая. Известно.устройство для измерения температуры содержащее термоэлектри ческий преобразовательJ электрически мост с одним термочувствительным и тремя термонезависимыми резисторами, включенными в его четыре плеча, регистратор и источник постоянного напряжения ij . Недостатками этогоустройства являются невысокая точность компенса ции влияния изменения температуры холодного спая термоэлектрического преобразователя и сложность подстрой ки под индивидуальную градуировочную характеристику термоэлектрического преобразователя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры содержащее термоэлектрический преобразователь, четырехплечий электричес кий мост с двумя идентичными термом чувствительными резисторами с линейной зависимостью сопротивления от температуры, включенными в противоположные плечи моста, и двумя термон зависимыми резисторами,-регистратор, включенный последовательно с термоэлек трическим преобразователем в одну из диагоналей моста, и генератор постоянного тока, включенный в.другук диагональ .моста . Недостатком известного устройства является малая точность компенсации влияния изменения температуры холодного спая термоэлектрических преобразователей с вогнутой градуировочно характеристикой, например , и других, так как выходное напряжени „„..„„„„ „„„„.„„„ „„„„«„..и . такого моста является линейной функцией температуры. Цель изобретения - повышение точности измерений температуры путем умёньшения погрешнрсти компенсации влияния изменения температуры холодного спая термоэлектрического преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения температуры, coдepжaщe термоэлектрический преобразователь, четырехплечий электрический мост с двумя идентичным 482 термочувствительными резисторами с линейной зависимостью сопротивления от температуры, включенными в противоположные плечи моста, и двумя тер- монезависимыми резисторами, регистратор, включенный последовательно с термоэлектрическим преобразователем в одну из диагоналей моста, и генератор постоянного тока, включенный в другую диагональ моста, сопротивление одного из термонезависимьпс резисторов в п раз больше, а другого - в п раз меньше сопротивления термочувствительных резисторов при температуре 0°С, при этом величину п опредепяют из уравнения е, i (2 iiVU4 i i E24/(2ieii,Vn+6t.i,l n42n(Uoi,t,) , t, 24oti, e ii2toti2 где oi - температурный коэффициент сопротивления термочувствительньк резисторов; значения температур холодно:го спая : термоэлектрического преобразователя в пределах диапазона ее изменения,С; е и е значения ЭДС термоэлектрического преобразователя стандартной градуировки при температурах t и tg соответственно. Для упрощения подстройки моста под индивидуальную градуировочнуто характеристику термоэлектрического преобразователя один из термонезависимых резисторов может быть вьшолнен переменным, а генератор постоянного тока - регулируемым на операционном усилителе с источником опорного напряжения, при этом -ВЫХОД усилителя подключается к одной из вершин второй диагонали мос:та, а его инвертирующий вход соединя .......-, ..„ ется с другой вершиной той же диагонаЛИ и через дополнительный переменный резистор с одной из шин источника опорного напряжения, вторая шина которого соединяется с неинвертирующим входом операционного усилителя. На чертеже приведена схема предложенного устройства. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, четырехпле-чий электрический мост, образованный . термочувствительными, резисторами 2 и 3, изготовленными из материала с линейкой зависимостью сопротивления от температуры, например из меди, и включенными в два противоположных пл ча моста, и термонезависимыми резисторами 4 и 5 из материала с очень малым температурным коэффициентом сопротивления, например из манганина включенными в два других противополо ных плеча моста, регистратор 6, вклю ченный последовательно с термоэлектрическим преобразователем 1 в одну из диагоналей моста, генератор 7 постоянного тока, выполненный на операционном усилителе 8 с источником 9 опорного напряжения и переменным резистором 10 и включенный в другую диагональ моста. Компенсирующее напряжение 1) , сни маемой с выходной диагонали моста и суммирующееся с ЭДС термоэлектрического преобразователя 1, зависит от величины тока 3 генератора 7 и сопротивлений резисторов 2-5 .-Rz, R,,.R, tR,.Ra где R. и Ri - сопротивления термоt( 2 чувствительных резисторов 2 и 3; R, и Rg - сопротивления термон зависимых резисторов 4 и 5. Если термочувствительные резисто ры 2 и 3 изготовлены из одного и того же материала с линейной зависимостью сопротивления от температу ры t, то Rt, Ria ) (3) где R - сопротивление резисторов 2 и 3 при температуре ОС; ct - температурный коэффициент сопротивления. С учетом выражения (З) уравнени (2) приводится к виду R iUoLtf-R,-Ra )+R,iRi ыэпротивление одного из те монезависимых резисторов 4 и 5 в п раз больше, а другого - в п раз меньше такого значения сопротивления термо чувствительных резисторов 2 и 3, при котором мост уравновешен. Так как ЭДС термоэлектрических преобразователей всех стандартных градуиро вок равна нулю при , то мост балансируется для данной температуры. При этом R nR, R2 .C учетом последнего сооотношение (+)можно записать в виде U 1 :R --ili i}li ° °2-(.i При равенстве величины ЭДС термоэлектрического преобразователя I и напряжения U при двух разных значениях температуры холодного спая термоэлектрического преобразователя в середине и в конце диапазона ее изменения (t и to) получаем ,-(,l . Р.т .( ь, с 2UtDii, р .с-1,) 2-o oГ) 2(Uett2Un4i де е. и е- - значения ЭДС термоэлектрического преобразователя 1 стандартной градуировки при температуpax t, и tj, . Решив систему уравнений (6) и (7) относительно Oj, и п, можно определить требуемую величину тока Зд питания моста и номиналы термонезависимых резисторов 4 и 5. При этом величина п определяется из уравнения (О , а величина DQ с учетом полученного значения п, находится из уравнения Io-Ro.ett( е,.2(ио(.1,пД Таким образом, в предложенном устройстве достигается точное равенство компенсирующего напряжения U, и ЭДС термоэлектрического преобразователя при трех разных значениях температуры, что и позволяет практически полностью воспроизвести градуировочную характеристику термоэлектрического преобразователя в области изменения температуры,его холодного спая. Необходимое изменение величины тока Зр легко осуществляется изменением сопротивления переменного резистора 10. Выполнение по крайней мере одного из термонезависймых резисторов 4 и 5 переменным позволяет корректировать погрешность от технологического разброса параметров элементов моста и самого термоэлектрического преобразователя 1.

Предлагаемое устройство технологично в изготовлении и по сравнению с известиым,: гуществеино повышает точность измерения температуры путем значительного уменьшения погрешности 5

компенсации влияния изменения температуры холодных спаев, термоэлектрических преобразователей в 20 раз для термоэлектрического преобразователя градуировки ППр-и в 10 раз для ХА.

1.УСТРОЙСТВО ДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термоэлек- . трический преобразователь, четырехплечий электрический мост с двумя идентичными термочувствительными резисторами с линейной зависимостью сопротивления от температуры, включенными В противоположные плечи моста, и двумя термонезависимыми резисторами, регистратор, включенный последовательйо с термоэлектрическим преобразователем в одну из диагоналей моста, и генератор постоянного тока, включенньй в другую диагональ, моста, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения погрешности компенсации влияния изменения температуры холодного спая термоэлектри; чёского преобразователя, сопротивление одного из термонезависимых ре зисторов В п раз больше, а другого В п раз меньше сопротивления термочувствительных резисторов при температуре 0°С, при зтом величину п определяют из уравнения е, i ((Aiг + oltaHl+Ati + 0. h (il,V - температурный коэффициент где вЬ сопротивления термочувствительных резисторов; ty- значения температур холодно ного спая термоэлектрического преобразователя в преде-, лах диапазона ее измененияfС J. Ч,и значения ЭДС термоэлектричес-1 кого преобразователя стандартной градуировки при темtj соответстпературах венно. 2.Устройство поп.1,отличающ е е с я тем, что, с целью упрощения подстройки моста под индивидуальную градуировочную характеристику термоэлектрического преобразователя, СО один из термонезависимых резисторов о NU выполнен, переменным, а генератор постоянного тока выполнен на операционном усилителе с источником опорного 00 напряжения, при выход усилителя подключен к одной из вершин второй i ;диагонали моста, а его инвертирующий ВХОД соединен с другой вершиной той же диагонали и через дополнительный переменный резистор с одной из шин источника опорного напряжения, вторая шина которого соединена с неиивер тирующим ВХОДОМ операционного усилителя.

S