Устройство для измерения температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K7/13 

Фиг.1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах изменения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (термопар) с автоматической компенсацией изменений термоЭДС их холодного спая при изменении температуры окружающей среды.

Целью изобретения является повышение точности измерений температуры.

На фиг. 1 приведена электрическая схема

3 спаев, т.е. разности измеряемой температуры и температуры окружающей среды. Этот сигнал в виде напряжения подается на первый вход операционного усилителя 5. Сигнал, пропорциональный температуре ок- ружающей среды, формируется в виде падения напряжения на стабисторе 7, которое линейно изменяется при изменении температуры стабистора, вызванном изменением температуры окружающей среды. При этом

предложенного устройства; на фиг. 2 -конст- Ю стабистор 7, опорный спай 3 и свободные

концы 4 дифференциальной термопары I находятся в практически одинаковых температурных условиях и, ввиду малой массы

руктивное размещение элементов его термочувствительного узла.

Устройство содержит дифференциальную термопару 1 с рабочим спаем 2, опорным спаем 3 и свободными концами 4, операционный усилитель 5, к одному входу которого подключена дифференциальная термопара 1, последовательно включенные токоограни- чивающий резистор 6 и стабистор 7, резисторы 8- 1}.

Постоянные резисторы 9 и 10 и переменный резистор 11, движок которого соединен с вторым входом операционного усилителя 5, образуют опорный делитель напряжения, подключенный как и последовательно соединенные токоограничивающий резистор 6 и стабистор 7 к стабилизированному источнику постоянного тока (не показан). Резистор 8 вместе с резистором 9, входящим в состав опорного делителя напряжения, образуют масштабирующий делитель напряжения, вход которого подключен к общей точке соединения выводов стабистора 7 и токоограничивающего резистора 6.

Опорный спай 3 дифференциальной термопары 1 вместе с ее свободными концами 4 и стабистор 7 конструктивно объединены в один термочувствительный узел, воспринимающий температуру окружающей реды. Опорный спай 3 дифференциальной термопары 1 с одной стороны и один ее свободный конец с другой стороны припаяны к тонким металлическим пластинкам 12, выполненными, например, из меди толщиной 0,2 мм. Последние повторяют форму корпуса стабистора 7 и контактируют с ним через теплопроводящие изолирующие прослойки (не показаны). Второй свободный конец 4

быстро откликаются на все изменения температуры окружающей среды. Падение напряжения на стабисторе 7 с помощью делителя из резисторов 8 и 9 приводится в один масщтаб в термоЭДС дифференциальной термопары 1, смещивается с задающим напряжением опорного делителя (резисторы 20 9-11) и с движка переменного резистора 11 подается на второй вход операционного усилителя 5. На выходе операционного усилителя 5 выделяется разностный сигнал, зависящий только от температуры рабочего спая 2 дифференциальной термопары 1 и не зависящий от изменения температуры окружающей среды.

25

В зависимости от конкретного назначения в предложенном устройстве можно реа3Q лизовать три основных режима его работы. В первом режиме при сравнительно неболь- щом коэффициенте усиления- операционного усилителя 5 напряжение на выходе последнего пропорционально измеряемой температуре во всем диапазоне ее изменения. Во

35 втором режиме при большом коэффициенте усиления операционного усилителя 5 последний работает как компаратор напряжения. В этом режиме движок потенциометра (резистора 11) перемещают при измерении температуры до тех пор, пока не сравняются напряжения на двух входах операционного усилителя 5. Отсчет значения измеряемой температуры в этом случае производится по щкале (не показана), совмещенной с движком потенциометра-резистора П. В

40

дифференциальной термопары 1 соединяет- 45 третьем режиме предложенное устройство

ся непосредственно с корпусом стабистора (металлическим корпусом ). В случае пластмассового корпуса стабистора второй свободный конец 4 термопары 1 припаивается непосредственно к выводу стабистора 4, как можно ближе к его корпусу, а металлические пластинки 12 контактируют с корпусом стабистора непосредственно, т.е. без изолирующих прослоек.

может быть использовано как сигнализатор превыщения температуры или ее понижения относительно заданного значения. В этом режиме коэффициент усиления операционного усилителя 5 выбирается доста50 точно больщим. Заданное значение темпе ратуры устанавливается движком потенциометра-резистора 11, а изменение температуры фиксируется по изменению выходного сигнала операционного усилителя 5. Во всех трех режимах компенсация термоЭДС опорУстройство работает следующим образом.

На выходе дифференциальной термопарь 1 генерируется сигнал, пропорциональный разности температур рабочего 2 и опорного

3 спаев, т.е. разности измеряемой температуры и температуры окружающей среды. Этот сигнал в виде напряжения подается на первый вход операционного усилителя 5. Сигнал, пропорциональный температуре ок- ружающей среды, формируется в виде падения напряжения на стабисторе 7, которое линейно изменяется при изменении температуры стабистора, вызванном изменением температуры окружающей среды. При этом

стабистор 7, опорный спай 3 и свободные

концы 4 дифференциальной термопары I находятся в практически одинаковых температурных условиях и, ввиду малой массы

быстро откликаются на все изменения температуры окружающей среды. Падение напряжения на стабисторе 7 с помощью делителя из резисторов 8 и 9 приводится в один масщтаб в термоЭДС дифференциальной термопары 1, смещивается с задающим напряжением опорного делителя (резисторы 9-11) и с движка переменного резистора 11 подается на второй вход операционного усилителя 5. На выходе операционного усилителя 5 выделяется разностный сигнал, зависящий только от температуры рабочего спая 2 дифференциальной термопары 1 и не зависящий от изменения температуры окружающей среды.

В зависимости от конкретного назначения в предложенном устройстве можно реализовать три основных режима его работы. В первом режиме при сравнительно неболь- щом коэффициенте усиления- операционного усилителя 5 напряжение на выходе последнего пропорционально измеряемой температуре во всем диапазоне ее изменения. Во

втором режиме при большом коэффициенте усиления операционного усилителя 5 последний работает как компаратор напряжения. В этом режиме движок потенциометра (резистора 11) перемещают при измерении температуры до тех пор, пока не сравняются напряжения на двух входах операционного усилителя 5. Отсчет значения измеряемой температуры в этом случае производится по щкале (не показана), совмещенной с движком потенциометра-резистора П. В

третьем режиме предложенное устройство

может быть использовано как сигнализатор превыщения температуры или ее понижения относительно заданного значения. В этом режиме коэффициент усиления операционного усилителя 5 выбирается достаточно больщим. Заданное значение температуры устанавливается движком потенциометра-резистора 11, а изменение температуры фиксируется по изменению выходного сигнала операционного усилителя 5. Во всех трех режимах компенсация термоЭДС опорного спая 3 дифференциальной термопары 1 при изменении температуры окружающей среды осуществляется аналогично описанному.

Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее дифференциальную термопару, подключенную к одному входу операционного усилителя, второй вход которого соединен с выходом опорного резистивного делителя напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно включенные стабистор и токоограничивающий резистор и масштн:

II 1 /1Л|1 Д 1У1ДЛЧ , -- ™,.-.- --

бирующий резистивный делитель напряже-

t

ряющие его форму.

ния, вход которого подключен к общей точке соединения стабистора и токоограничиваю- щего резистора, а одно его плечо включено в состав опорного резистивного делителя

напряжения, при этом стабистор, опорный спай и свободные концы дифференциальной термопары размещены в тепловом контакте между собой через введенные тепловырав- нивающие металлические пластинки, установленные на корпусе стабистора и повто

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения температуры при использовании термоэлектрических преобразователей. Устройство содержит операционный усилитель 5, на один вход которого подается сигнал с дифференциальной термопары 1, пропорциональный разности измеряемой температуры и температуры окружающей среды, а на другой - компенсирующий сигнал, пропорциональный температуре окружающей среды. При этом термочувствительный элемент, выделяющий сигнал об изменении температуры окружающей среды, выполнен на стабисторе 7 и имеет тепловой контакт с опорным спаем 3 и свободными концами 4 дифференциальной термопары 1 через металлические пластинки, повторяющие форму корпусу стабистора. 2 ил.

Фиг.2