Устройство для дистанционного измерения температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K7/16 

Фи&1

Изобретение относится к термометрии, а точнее к устройствам для дистанционного измерения температуры с помощью термопреобразователей сопротивления, соединяемых со вторичными приборами проводными линиями связи.

Цель изобретения - повышение точности компенсации изменения сопротивления проводов линии связи.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - линия связи, вариант.

Устройство содержит термопреобразователь 1 и вторичный прибор 2, снабженный стабилизированным источником 3 тока и операционным (дифференциальным) усилителем 4, один из входов которого (например неинвертирующий) подсоединен к выходу стабилизованного источника 3 тока и через линию 5 связи с термопреобразователем 1 сопротивления. Выход операционного усилителя 4 подсоединен ко входу узла 6 представления информации, в ка- честве которого может быть применен, например, вольтметр со стрелочным индикатором.

Второй вход операционного усилителя 4 (в данном случае инвертирую- щий) подсоединен к выходу второго операционного усилителя 7, первый вход которого (в данном случае неинвертирующий) подсоединен дополнительным проводником 8 к проводу линии 5, связи, соединяющему термопреобразователь 1 сопротивления с общими шинами операционных усилителей 4 и 7.

Второй вход операционного усилителя 7 подсоединен к выходу регулируемого стабилизированного источника 9 напряжения.

Порядок подсоединения входов операционных усилителей 4 и 7 к соответствующим элементам устройства может быть изменен на обратный, т.е. неинвертирующий входы могут быть подсоединены вместо инвертирующих и наоборот (в обоих усилителях одновременно) .

Линия 5 связи и дополнительный проводник 8 могут быть выполнены в виде соединенных между собой двух отрезков кабеля 10 и 11, первый из которых содержит две жилы, а второй тр жилы. При этом две жилы трехжильно- го отрезка кабеля 11 соединены с двумя жилами двухжильного отрезка кабеля 10 (продолжают их) и служат для

10

ts

20

2530

571426А

соединения термопреобразователя сопротивления 1 со вторичным прибором 2, а третья жила трехжильного кабеля 11 подсоединяет промежуточную точку X провода, соединяющего термопреобразователь 1 сопротивления с общими шинами операционных усилителей 4 и 7 с первым входом операционного усилителя 7.

Устройство работает следующим образом,

На неинвертирующем входе операционного усилителя 4 имеется напряжение Uj, величина которого определяется соотношением

и,-(ит+гяс) .(1+о1тти,м)+

+глсо 0 + ХЛСТОС) ,(1)

где Ит,глс - соответственно величины сопротивлений термопреобразователя и линии связи;

при температу° ТО Г ЛСО

35

то же, - ре 0°С;

с(т, о( Лс - температурные коэффициенты сопротивления соответственно термопреобразователя и линии связи; измеряемая температура; температура среды, окружающей линию связи; I - ток в цепи термопреобразователя сопротивле- fния.

На инвертирующем входе операционного усилителя 4 имеется напряжение иг, определяемое соотношением

т

L HIM

т

1 ОС

5 0

0

(-ив). кт

где I

(UK+U0

) К

7

(2)

Vv

напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя 7, равное падению напряжения за счет тока I на сопротивлении гх участка проводника линии связи 5 от промежуточной точки X до общей шины операционного усилителя 4; U0 - напряжение на выходе

источника стабилизированного напряжения 9; Кт - коэффициент усиления

усилителя 7.

На выходе операционного усилителя 4 будет иметься напряжение, определяемое соотношением

.ы,-Ч|-иг- Ео | + тТ«)

).+глсо 1 + леТ0с

(и„+ио) К7,(3)

Выражая сопротивление участка линии связи от точки X до вторичного прибора как часть общего сопротивления линии связи

rx(Vrnc,(4)

,5 - безразмерная величина, соотношение (3) можно преобразовать к виду

)+гЛСо(И-о(ЛС-Т,с) (.Тос)1- 1-К7- -и0-К7- кто+гдсо(1-рК7).1+ + ОСЛСТАСО Тос- 1(1-рК7)-ио-К + + T-RTO Тизм.(5)

Из полученного соотношения (5) следует, что при легко выполнимых условиях

RTO I-Ue« K,0,(6)

(VK7 1(7)

соотношение (5) преобразуется к виду

.-«ifR

то

т.е. напряжение на выходе операционного усилителя 5 будет зависеть только от измеряемой температуры. Это напряжение поступает на вход узла 6 представления информации, где преобразуется к виду, удобному для восприятия, например, в показания стрелочного индикатора со шкалой, отградуированной в градусах Цельсия,

Условие, выражаемое соотношением (Ь) легко выполняется за счет изменения величины напряжения U0 на выходе источника 9 стабилизированного напряжения (операции установки нуля). ,с

Условие, выражаемое соотношением (7), также легко выполняется за счет выбора величины коэффициента усиления К7 операционного усилителя 7,

сопротивление участка ли связи от точки X до втор ного прибора при 0°С; минимальное изменение те ратуры окружающей линию связи среды, которое нео ходимо учитывать.

Величина АТОС может быть определ 35 на из следующих соображений. Очевид но, что при двухпроводной линии свя вызываемое изменением температуры о ружающей среды изменение сопротивле ния линии связи эквивалентно такому 40 же изменению сопротивления преобраз вателя. Это выражается соотношением

глсо. ftt- .-лт

(П

где &. - изменение измеряемой те пературы, эквивалентное изменению температуры с ды, окружающей линию связи, на величину &ТОС Принимая указанное изменение из

„ ояемой температуры &ТИаМ за предел Для этого необходимо знать вели- pni-мии н з и иэ/v

допускаемой температурной погрешно ти, вызываемой изменением температу окружающей линию связи среды, из (9 (10), (11) получим:

чину параметра Р - 1 гдс

, которая зависит от выбора положения точки X подсоединения к линии связи дополнительного проводника.

Чем меньше величина этого параметра, тем меньше длина дополнительного проводника, однако с уменьшением по5714266

следней уменьшается сопротивление

участка линии связи, на котором образуется напряжение компенсации температурной погрешности, а следова5 тельно, уменьшается и величина указанного напряжения. Очевидно, что для устойчивой работы устройства величина этого напряжения должна быть существенно больше напряжения помех на

Ю входе операционного усилителя 7. Это условие выражается соотношением:

,

(9)

где &UK - изменение падения напряжения на участке линии связи с сопротивлением г у при минимальном изменении температуры окружающей среды, которое нужно учитывать; Un - напряжение помехи, приведенное ко входу операционного усилителя 7.

Величина Л11Х может быть выражена соотношением

.ftC &T-I, где гХо

(Ю)

30

АТОС

о,с

сопротивление участка линии связи от точки X до вторичного прибора при 0°С; минимальное изменение температуры окружающей линию связи среды, которое необходимо учитывать.

Величина АТОС может быть определе- 35 на из следующих соображений. Очевидно, что при двухпроводной линии связи вызываемое изменением температуры окружающей среды изменение сопротивления линии связи эквивалентно такому 40 же изменению сопротивления преобразователя. Это выражается соотношением

глсо. ftt- .-лт

(П)

где &. - изменение измеряемой температуры, эквивалентное изменению температуры среды, окружающей линию связи, на величину &ТОС . Принимая указанное изменение измеояемой температуры &ТИаМ за предел pni-мии н з и иэ/v

ояемой температуры &ТИаМ за предел pni-мии н з и иэ/v

допускаемой температурной погрешности, вызываемой изменением температуры окружающей линию связи среды, из (9), (10), (11) получим:

П2)

(13)

изм

Принимая, например, ,l мВ (возможный температурный дрейф для прецизионного интегрального операцией1 ного усилителя 153УД5 в диапазоне

температур от 10 до 30°С), 1-3 мА

(максимально допустимый ток для высо- коомного термопреобразователя сопротивления типа ТМ-277-01), Ом, ,004, &TH,,2ffC, из (13) получим

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения погрешности изменения сопротивления проводов линии связи. Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления и вторичный прибор 2, снабженный стабилизированным источником 3 тока и операционным усилителем 4, к выходу которого подключен узел 6 представления информации. Во вторичный прибор 2 дополнительно введены операционный усилитель 7 и регулируемый источник 9 стабилизированного напряжения. При этом коэффициент усиления операционного усилителя 7 равен отношению общего сопротивления двух проводов линии связи к сопротивлению участка проводника линии связи от точки подсоединения к нему дополнительного проводника до операционного усилителя 4. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

;-р

ю-4 в

глсо 3-10г А-2-1(Р Ом 4 -10- -0,2

Можно принять Л 0,1; j

(В таком случае К7 - 10), Это означает, что длина дополнительного проводника должна в данном, Случае составлять 0,2 длины линии связи.

Важно отметить, что при этом дос- тигается практическое отсутствие по- |грешности от температурного изменения сопротивления линии связи независимо от ее протяженности и сечения проводников, а также независимо от возможных изменений температуры окружающей среды.

Формула изобретения

14 Устройство для дистанционного измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, подключенный посредством двухпроводной линии связи к стабилизированному источнику тока и первому входу первого операционного усилителя, выход которого подключен к входу узла представления информации, отличающееся .тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения погрешности компенсации измене ния сопротивления проводов линии связи, в него введены второй операционный усилитель и регулируемый источ 0,02,

ник стабилизированного напряжения, причем второй вход первого операционного усилителя подключен к выходу второго операционного усилителя, первый

вход которого соединен с выходом источника стабилизированного напряжения, а его второй вход связан дополнительно введенным проводником с проводом линии связи, соединяющим

0 термопреобразователь сопротивления ,с общей шиной операционных усилителей, при этом коэффициент усиления второго операционного усилителя равен отношению общего сопротивления прово5 дов линии связи к сопротивлению участка провода линии связи от точки подсоединения к нему дополнительного проводника до первого операционного усилителя.

0 2, Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что линия связи выполнена из двух соединенных между собой двухжильного и трехжильного отрезков кабеля, причем две жилы

5 трехжильного отрезка кабеля одними своими концами соединены соответственно с жилами двухжильного отрезка кабеля, а другими концами - соответственно с общей шиной и первым входом

0 первого операционного усилителя, а третья жила трехжильного отрезка кабеля является дополнительным проводником.

Составитель В, Голубев Редактор А. Долинич Техред М.Дидык Корректоре. Шевкун

Заказ 1505

Тираж 508

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фиг.Ј

Подписное