Устройство для компенсации термо- э.д.с. свободных концов термопары Советский патент 1980 года по МПК G01K7/13 

Изобретение относится к области измерений температуры с помощью термопар. Известно устройство дпя измерения температуры, содержащее схему компенсации термоэдс свободных концов термо пары, состоящую из двух последовательн соединенных резисторов, nepisbift из которых выполнен из материала с линейной зависимостью сопротивления от температур, а второй -г со слабой зависимостью сопротивления от температуры, параллель но которым включен третий резистор так же с линейной зависимостью сопротивления от температуры, причем компенсационная схема подключена параллельно источнику тока, а термопара соединена последовательно с первым резистором компенсационной схемы l1 . Недостатками указанного устройства являются недостаточная точность компенсации и сложность, возникающая в связи с необходимостью применения высокостабильного источника тока. Нашолее близким к изобретению по техняческой сущности..является источник напряжешш дпя компенсации Термоэдс термопары Г2, содержащий термочувстBHTenbtuifl мост, стабилизированный источник питагшя, термопару и измерительный прибор. Недостаток указанного устройства заключается в малой точности компенса- ЦИ5 термоэдс, так как выходное напряжение термочувствительного моста аналитически описывается функцией температуры с монотонно убывающей первой производной, а характеристика преобразования термопары - функцией температуры с монотонно возрастающей первой производной. Целью изобретения является повышение точности компенсации термоэдс свободных концов термопары. Указанная цель достигается тем, что в выходную диагональ термочувствительного моста включена цепочка из послодоватапьно соединенных нетермочуветвительного резистора и термометра сопротивления с линейной зависимостью сопротивления от температуры, включенного параллельно термопаре и измерительному прибору, а в диагональ питания термочувстпительного моста включена цепочка, состоящая из аашунтированных резистором последовательно соединенных переменного и постоянного резисторов, На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит термопару 1, измерительный прибор 2, медные термометр сопротивления 3, 4 и нетермочувствительные резисторы 5-8. Питание термочувствительного моста осугаествляется от стабилизированного источника питания 9, последовательно с которым включена ue почка, состоящая- из зашунт1фованйь х ре- зистором 10 последовательно включенных переменного 11 и постоянного 12 резис торов, предназначенная для компенсаш5И погрешности, обусловленной технологическим разбросом характеристик термопар. Устройство для компенсации термоздс свободных концов термопар работает сие дующим образом. При некоторой произвольно выбраниой температуре полной компенсации t« напряжение небаланса моста вызывает ток в его выходной диагонали. Величина этого 1Ч)ка такова, что напряжение, падающее на термометре сопротивления 4, по своей величине и знаку соответствует тармоэдс свободных концов термопары при данной IK. Измерительный прибор 2 показывает сумму термоэдс термопары и компенсирующего напряжения, падающего на термометре сопротивления 4, т. е. величину, лишенную погрешности от температуры свободных концов термопары. При изменении температуры свободных концов Термопары соответственно изменятся сопротивления термометров сопротивления 3,4, что Изшовет такое изменение тока в выходной диагонали термочувствительного моста, при котором напряжение на термометре сопротивления 4 будет соответствовать термоэдс свободных концов термопары при данном знача- НИИ их температуры. Применение в схеме двух термочувствительных элементов 3, 4, имеющих температуру, равную температуре свободных концов термопары, позволяет получить на выходе схемы компен сирующее напряжение, ЕЮСЬМВ точно восп роизводящее характеристику преобразования термопары в рабочем диапазоне изме нений температуры ее свободных концов. Это обусловлено тем, что в выходную иагюналь термочувствительного моста, выходное напряжение которого может ыть аппроксимировано квадратичной ункцией температуры, имеющей первую производную напряжения по температуре отрицательного знака, включен делитель (резисторы 4 и 8), коэффициент деления которого падает с ростом температуры. Поэтому абсолютная величина первой производной функции напряжения на теромометре сопротивления 4 от температуры принципиально меньше первой производн.ой функции выходного напряжения термочувствительного моста от температуры, а при определенных параметрах элементов схемы может иметь и положительный знак, В этом случае функция напряжения на термометре сопротивления 4 от температуры и характеристика преобразования термопары имеют одинаковый характер, а с помошью цепочки резисторов 10-12 возможна подгонка абсолютной величины напряжения, падающего на термометре согфотивпевия 4, до величины, равной термоэдс термопары при выбранной температуре ее свободных концов 1к , Цепочка резисторов 10-12 может быть использована для компенсашш погрешности от технологического разброса параметров термопар, которая для термопар, например, градуировки ПП и ХА может составить и 4 С соответственно, а также для коррекцш погрешностей термопар. Предлагаемое устройство может быть использовано при проведении температурных измерений, требующих высокой точностям, например, в технологических процессах диффузии и окисления при производстве интегральных микросхем и полупроводниковых приборов и в системах температурного контроля термообработки алюминиевых сплавов, а также при изготовлении ферритов и выращивании кристаллов. При этом погрешность устройсл ва не выше, а в большинстве случаев даже ниже погрешности от компенсации термоэдс свободных концов термопары при их термостатировании. Применение предлагаемого устройства в названных отраслях промышленности позволит существенно увеличить процент выхода изделий и повысить их качественные характеристики, что создает значительный технико-экономический эффект, 3ысокая точность компенсации термоэдс свободных концов термопар позволяет использовать предлагаемое устройство также в системах автоматизированной поверки термопар. 571 Формула изобретения Устройство для компенсации термоэдс сьободных концов термопары, содержащее термочувствительный мост, стабилизированный источник питания, термопару и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности компенсации термоэдс свободных концов термопары, в выходную диагональ термочувствительного моста вклкьчена цепочка из последовательно соединенных нетермочувствительного резистора и термометра сопротивления с линейной зависимостью сопротивления от температуры, включенного параллельно термопаре и измерительному прибору, а в диагональ питания термочувствительного моста включена цепочка, состоящая из зашунтированных резистором последовательно соединенных перемешюго и постоянного резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 25О497, кл. Q 01 К 7/12, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 345369, кл. О 01 К 7/02, 1970 (прототип).