Устройство для измерения температуры Советский патент 1979 года по МПК G01K7/02 G01K15/00 

I

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией градуировочной характеристики.

Известно устройство для измерения температуры д}, содержащее термоэлектрический термометр и корректирующее устройство, подключенные к входам сумматора, выход которого соединен с из мерительным прибором. В этом устройстве периодическая компенсация временного дрейфа градуировочной характеристики термоэлектрического термометра осуществляется по результатам поверки.

Однако известное устройство отличается недостаточной точностью коррекции, кроме того, требует демонтажа термометра и дополнительной аппаратуры при поверке.

Известно устройство, содержащее термоэлектрический термометр, измерительный прибор, калибратор с реперным материалом, источник питания нагревателя калибратора 2J. Это устройство

позволяет провести проверку термометра, определить дрейф градуировочной характеристики.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический термометр, снабженный калибратором, соединенный с блоком управле 1ия, измерительный прибор, сумматор, первый вход которого соединен с блоком коррекции аддитивной составляющей погрешности, а выход соединен через коммутатор с измерительным прибо; ром и первым входом блока сравнения, источник эталонного напряжения L3J.

Это устройство обеспечивает не только поверку первичного преобразователя на месте эксплуатации, но и автомати- 4eciqTO коррекцию погрешности, что увеличивает точность измерения.

Но такое устройство не позволяет полностью скомпенсировать погрешность термоэлектрического термометра в широ36ком диапазоне измерений, а только при одном значении температуры - в точке фазового перехода материала калибратора. По мере удаления от этой точки погрешности измерения будет возрастать, а в случае изменения знака погрешности термоэлектрического термометра погрешность измерения может оказаться даже большей, чем до введения коррекции. Цель изобретения - повышение точ- ности измерения э широком диапайонетемператур. Поставленная цепь достигается тем, что в устройство для измерения темпера туры введены блок коррекции мультипли кативной составляющей погрешности , вто рой сумматор, входы которого соединены с блоком коррекции мультиппикативйой составляющей и термоэлектрическим тер мометром, а выход соединен со вторым входом первого сумматора, второй источ ник эталонного напряжения, второй комму татор, входы которого соединены с источ никами эталонного напряжения, а выход со вторым входом блока сравнения, причем выход блока сравнения соединен с третьим коммутатором, выходы которого соединены с блоками коррекции, а выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторов и управ- ляющим входом блока коррекции мульти- пликатной составляющей погрешности. На фиг.. 1 приведена структурная схема устройства на фиг, 2 - графики, поясняющие работу устройства. Кривая А изображает зависимость по- греТшности термоэлектрического термомет ра от температуры, прямая В - зависимость корректирующей ЭДС от температуры. Устройство содержит снабженный калибратором термоэлектрический термометр 1, сумматор 2, блок 3 коррекции мультипликативной составляющей погреш Ноете термометра , блок 4 управления, коммутаторы 5, 6, 7, блок 8 коррекции аддитивной составляющей погрешности термометра, сумматор 9, измерительный прибор 10, блок сравнения 11, источники 12, 13 эталонного напряжения. Устройство работает следующим обраэоМ., Перед измерениями производится калибровка установленного на объект термо электрического термометра. Объект пере водится в режим постоянного нагрева, блок управления включается на работу в режиме калибрования. 44 В1,1ходной сигнал термометра 1 через сумматоры 2 и 9 поступает на измерительный прибор 10, при этом выходные сигналы блоков 3 и 8 коррекции равны нулю. В момент фазового перехода реперного материала при температуре t .. выходной сигнал термометра 1 становится постоянным, и блок 4 управления выдает команду в коммутатор 5 на переключение выходного сигнала сумматора 9 с входа измерительного прибора 10 на вход блока 11 сравнения Выходной сигнал сумматора 9 сравнивается со стандартной ЭДС, соответствующей температуре Ь, которая поступает с источника 12 через коммутатор 7. Выходной сигнал блока 11 сравнения через коммутатор 6 поступает на вход управления блока 8 коррекции аддитивной составл$пощей погрешности, выходной сигнал которого начинает изменяться до тех пор, пока разница между выходными сигналами сумматора 9 и источника 12 стандартного сигнала не станет меньше порога срабатывания блока 11 сравнения. После окончания процесса фазового перехода реперного материала калибратора блок управления 4 отключает выходы сумматора 9 и источник 12 от входов блока 11 сравнения. При этом погрешность термоэлектрического термометра 1 в начале диапазона измерения, являющаяся аддитивной составляющей погрешности, скорректирована. По достижении температуры фазового перехода второго реперного материала при температуре :t2{ в конце диапазона измерения) по команде блока 4 управления к сравнивающим входам блока 11 сравнения подключаются выходы сумматора 9 и источника 13, выходной сигнал которого соответствует стандартному значению ЭДС при температуре 2 Выходной сигнал блока 11 через коммутатор 6 поступает на управляющий вход блока 3 коррекции мультипликативной составляющей погрешности термометра. Выходной сигнал этого блока пропорционален измеряемой температуре, что обеспечивается наличием связи между блоком управления и одним из управляющих входов блока коррекции мультипликативной составляющей. Эта зависимость является линейной. Под действием выходного сигнала блока 11 сравнения в момент калибрования при температуре tj устанавливается угловой коэффициент этой пропорциональности. До момента калиб-

роваиия этот коэффициент был равен нулю, и выходной сигнал блока 3 отсутствовал .

В режиме Измерение на вход измерительного прибора Ю вместе с ЭДС термометра поступает корректирующая ЭДС с блоков 3, 8 коррекции, изменяющаяся с температурой и почти полностью компенсирующая погрешность термометра в широком диапазоне температур.

Нескомпенсированной остается только составляющая погрешности, связанная с несовпадением формы кривой погрешности {кривая А ) с зависимостью изменения корректирующей ЭДС от температуры (прямая В ), однако она незначительна.

Калибратор, встроенный в защитный чехол термометра 1, представляет собой два небольших объема чистого металла в графитовой оболочке, имеющей хороший тепловой контакт с горячим спаем термометра.

Блок 8 коррекции аддитивной составляющей погрешности может быть выполнен, например, на основе моста, питаемого от истрчника опорного напряжения.

В одно из плеч моста включен калиброванный реохорд с управляемым приводом. Входом блока 8 коррекции является обмотка управления привода реохорда, а выходом - напряжение разбаланса моста.

Блок 3 коррекции мультипликативной составляющей погрешности может быть выполнен на основе моста, источника опорного напряжения и двух реохордов с независимыми управляющими приводами. Один реохорд включен в цепь питания моста, второй - в одно- из его плеч. Управляющий входами блока 3 являются входы обмоток управления приводов, а выходом блока служит, напряжение разбаланса моста. Движок реохорда, включенного в цепь питания моста должен перемещаться пропорционально температуре, а на управляющую обмотку привода второго реохорда поступает выходной сигнал блока 11 сравнения в момент калибрования при температуре 2- До мента калибрования при температуре t2 мост находится в равновесии и его выходное напряжение равно нулю, хотя напряжение его питания растет с темпер атурой. В момент калибрования напряжение разбаланса моста увеличивается до тех пор, пока выходной сигнал сумматора 9 не сравняется со стандартным значением ЗДС, соответствующим температуре фазового перехода реперного материала калибратора при температуре t Схема блока 4 управления должна содержать дифференциатор для фиксации ; моментов фазовых переходов материалов калибратора, при которых производная от выходного сигнала термометра равна нулю, а также устройство для формирования сигнала управления приводом блока 3 для перемещения движка одного из его реохордов пропорционально температуре.

Предлагаемое устройство обеспечивает автоматическую коррек:цию временного дрейфа грмдуировочной характеристики термоэлектрического термометра.

Так как фаза вцходных сигналов блоков коррекции может независимо меняться, устройство обеспечивает компенсацию 0 временного дрейфа и первоначального разброса градуировочных характеристик термоэлектрических термометров при любом законе изменения погрешности, в том числе и при смене знака погрешности

5 на различных участках диапазона измерения.

При эксплуатации устройства практически отпадает необходимость в предварительной и периодической поверке термо0электрических термометров, так как компенсация псмгрешности происходит во всем диапазоне измерения. Это упрощает и удешевляет метрологическое обеспечение производства, а также позволяет расши-

рить сферу применения устройства.

Формула изобретени

Р

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический термометр, снабженный калибратором, соединенный с блоком управления, измерительный прибор, сумматор, первый вход которого соединен с блоком коррекции аддитивной : составляющей погрешности, а выход Соединен через коммутатор с измерительным прибором и первым входом блока сравнения, источник эталонного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок коррекции мультипликативной составляющей погрешности, второй сумматор, входы которого соединены с блоком коррекции мультипликативной составляющей и термоэлектрическим термометром, а выход соединен со вторым входом первого сумматора, второй источник эталонного напряжения, второй коммутатор, входы которого соединены с источниками эталонного .напряжения, а выход - со вторым входом блока сравнения, причем выход блока сравнения соединен с третьим коммутатором, выходы которого соединены с блоками коррекции, а выходы блока управления соединены с управляющими входами коммутаторов и управляющим входом блока коррекции мультипликативной составляющей погрешности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Саченко А. А., Кочан В. А. Повышение точности измерения температуры

с помощью термоэлектрических термометров.Измерительная техника, 9, 1974, с. 51.

2.Авторское свидетельство СССР NO 339SO6, кл. К 7/О2, 1§70.

3.Авторское свидетельство СССР № 569876, кл; Q О1 К 7/О2,

G 01 К 15/ОО, 1976.

Si ле

fui.2