Устройство для измерения температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к области измерительной техники и, в частности к устройствам измерения температуры с помощью термопреобразователей сопротивления.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, сопротивления, источник тока, пять резисторов и измерительный прибор 1. Недостатком устройства является низкая чувствитепьность, связанная, во-первых, с малым изменение напряжения на термопреобрззователе и, во-вторых, с весьма малыми токами, которуе можно использовать аля образования разности напряжений на усилителе В случае увеличения токов возникают нелинейные искажения,

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, является устройство для измерения температуры 2, содержащее источник опорного напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной рсзистивный мост с двумя

резисторами и первым термопреобразовз- телем, включенным между первыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, третий резистор, два операционных усилителя, неинвертирующий вход второго из которых подключен к первой точке измерительной диагонали моста

Недостатком этого известного устройства для измерения температуры, содержащего один термопреобразователя температуры, является невысокая точность. Это обусловлено тем, что сигнал с выхода усилителя, имеющий приращение пропорциональное изменению сопротивлени. термопреобразователя, подается на измерительную диагональ с коэффициентом существенно меньшим единицы, что понижает чувствительность устройства, а. следовательно, и точность Кроме того, от источника опорного напряжения оерегся ток значительной величины, что у лркняет схему источника. Это устройство до.. но пиСО

гаться от двух источников разной полярности, присоединенных к общей шине.

Цель изобретения - повышени. чувствительности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее источник опорного напряжения, отрицательный выход котооого соединен с общей шиной, резистивный мост с двумя резисторами и первым термопреобразователем, включенным между первыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, третий резистор, два операционных усилителя, неинвертирующий вход второго из которых подключен к первой точке измерительной диагонали моста, введены второй термопреобразователь, включенный между вторыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, и измеритель тока, включенный в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с второй точкой измерительной диагонали моста,, вторая точка диагонали питания которого подключена к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через третий резистор - к общей шине, неинпертирующий оход первого операционного усилителя соединен с положительным выходом источника опорного напряжения, а выход - с первой точкой диагонали питания моста.

Существенными отличительными признаками в указанной выше совокупности являются наличие второго термопреобразователя, включенного между вторыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, и измерителя тока, включенного в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с второй точкой измерительной диагонали моста, вторая точка диагонали питания которого подключена к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через третий резистор - к общей шине, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с положительным выходом источника опорного напряжения, а выход-с первой точкой диагонали питания моста. Подключение второй точки измерительной диагонали моста непосредственно к суммирующей точке второго операционного усилителя приводит к тому, что при разбалансе моста на суммирующую точку течет значительный ток, который удваивается в результате включения второго термо- преобрззопчюпя и линеаризуется токовым резистором. Э ю т ток без каких-либо дополнительных усмлп1С. ч-.ных схем и связанных

с ними погрешностей индицируется измерителем тока в цепи обратной связи второго операционного усилителя.

Оригинальное подключение входов

операционных усилителей позволяет питать устройство от одного источника питания (в прототипе-два источника питания). Источник опорного напряжения работает без нагрузки током, что позволяет упростить его

конструкцию.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства для измерения температуры.

Устройство содержит операционные

усилители 1 и 2, источник питания 3, источник опорного напряжения 4, резисторы 5 и 6, термопреобразователи 7 и 8, токовый резистор 9 и измеритель тока 10.

Устройство работает следующим образом.

Выход операционного усилителя 1 подключен к первой точке питания измерительного моста и напряжение на его выходе

поддерживается на таком уровне, чтобы ток от второй точки питания моста Is через сопротивление Rg равнялся постоянной величине

30

,

где Do - напряжение источника опорного напряжения. Целесообразно выбирать Do Q,5Un, где Un - напряжение источника

литания, равное номинальной разности питающих напряжений используемых типов операционных усилителей. Второй опера- цибнный усилитель образует такой ток в цепи обратной связи Но, чтобы напряжение во

второй точке измерительной диагонали равнялось бы напряжению в первой точке. Обозначим

45

Д R. Целесообразно выбирать .

50 По закону Киргофа для точек 1 и 2 измерительной диагонали можно написать

I5 l8+ho.

Для точки 2 питания моста имеет соотношение

19 16+18.

Кроме того, из условия равенства потенциалов в точках 1 и 2 измерительной диагонали имеем соотношения:

(R0+AR); is(Ro+ ARHeRo.

Таким образом получаем систему уравнений:

5 l8+Ho Ig l6+l8

(Rc+AR) le(Ro+AR)--leRo

Здесь э сопзт. Разрешая систему относительно тока Но, получим

Но

AR Ig RO

Изобретение иллюстрируется следующими примерами для медных термопреобразователей - A ,0004 1 /°С.

Приняв мка, получим чувствительность 40 мка/°С Если используется микроамперметр со шкалой 100 мка, то вся шкала устройства будет равна 2,5°С, причем это получено без применения дорогих высокоточных усиливающих элементов.

Как видно из схемы, основную погрешность измерения дает дрейф смещения второго операционного усилителя. Проводя аналогичные выкладки, с учетом смещения получим

AR Iq

2D Ro

где D - смещение входных напряжений операционного усилителя Пусть ом.

Для общедоступных, дешевых операционных усилителей мкВ/°С, тогда погрешность от прогрева схемы составит 0,025°С/ПС, что и показывает качеством точность схемы.

Таким образом, несмотря на простоту схемы и отсутствие высокоточных элементов, настоящее устройство длт измерения температуры, как это показано выше, имеет

высокую чувствительность и точность измерения.

Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее источник опорного напряжения, отрицательный выход которого соединен с общей шиной, резистивный мост с двумя резисторами и первым термопреобразователем, включенным между первыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, третий резистор, два операционных усилителя, неинвертирующий вход второго из которых подключен к первой точке измерительной диагонали моста, отличающееся тем, что, с целью

упрощения устройства и повышения чувствительности, в него введены второй термопреобразователь, включенный между вторыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, и измеритель тока, включенный в цепь отрицатель- ной обратной связи второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с второй точкой измерительной диагонали моста, вторая точка диагонали

питания которого подключена к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через третий резистор - к общей шине, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с положительным выходом источника опорного напряжения, а выход - с первой точкой диагонали питания моста.

3

4+

XT 40A/

Изобретение относится к области контроля температуры и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами. Устройство при относительной простоте имеет высокую чувствительность и абсолютную линейность шкапы. Повышение чувствительности достигается применением мостовой схемы с двумя термопреобразователями в противоположных плечах. Линейность устройства обеспечивается питанием мостовой схемы от источника тока. Непосредственное подключение выходного операционного усилителя к измерительной диагонали моста позволяет получить высокую чувствительность и не предъявлять высокие требования к элементам устройства. 1 ил.