Устройство для измерения температуры Советский патент 1980 года по МПК G01K7/10 G01K7/16 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для повышения точности измерения температуры. Известно устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, трансформатор тока, резистор и реохорд, в котором для исключения влияния сопротивления линии связи термометр включен в потенциометрическую схему последовательно с первичной обмоткой трансформатора, во вторичную, обмотку которого включены резистор и реохорд с которых снимается компенсационное напряжение 1. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее термометр сопротивления, подсоединенный четырехпроводной линией связи, вычитающий усилитель, к выходу которого через усилитель переменного тока, демодулятор и усилитель постоянного тока подключена последовательная цепочка из масштабного резистора и резистора об ратной связи, генератор прямоугольных импульсов 2. Недостатками известного устройства для измерения температуры являются: значительная погрешность, вызванная дрейфом напряжения смещениями разностью токов смещения усилителя постоянного тока с дифференциальным входом, а также невозможность получить на выходе напряжение, пропорщ ональное приращению сопротивления термометра, т. е. непосредственно измеряемой температуре, так как выходной сигнал устройства пропорционален абсолютной величине сопротивления резистора. Целью изобретения является повьщхение точности измерения. Поставле1шая цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее термометр сопротивления, подсоединенный четырех проводной линией связи, вычитающий усилитель, к выходу которого через усилитель переменного тока, демодулятор и усилитель постоянного цбтока подключена йоследовательная цепочка из масштабного резистора и резистора обратной связи, генератор прямоугольных импульсов введены стабилизатор тока, компенсационный резистор и четыре ключа, причем к инвертирующ му входу вычитающего усилИ1еля подключены выходы первого и второго ключей, входы которьис соединены с зажимами термометра сопротивления, последовательно соединенного со стабилизатором тока и компенсационным резистором, общая точка которого с термометром сопротивления заземлена, на неинвертарующий вход усилителя подключены выходы третьего и четвертого ключей, входы которых соединены сооШвбтГственно с незаземленным выводом компенсационного резистора и резистоpoivf обратной связи, а }гправля}й1йие входы первого и четвертого ключей подсоединены к пряMoit/9 выходу генератора, противофазнъш подШШёй к у дам второго и третьего ключей.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения температуры.

Устройство содержит термометр 1 сопротивления, компенсационный резистор 2, стабклизйтор трка 3, четыре ключа 4-7, генератор 8 1ф ягм6угольных импульсов, дафференциальный усилитель 9, включенный в схему вычитающего уошитеяя, усилитель переменного тока, демодулятор 10, усилитель постоянного тока 11, масштабный резистор 12 и резистор обратной связи 13. Л.

Последовательно соединенные термометр 1 и резистор 2, общая точка которых заземлена, Tifujjferiro ehiSikBeiBoaaM изолированного стабилизатора тока 3.

Потенщальные выводы термометра 1 через клкяи 4 и 5 подсОейинёны к иййертаруюШему входу BБtчиtaюiцeгo усиШггеля 9, а незаземленйь Жшод резистора 2 и резистор обратной связи. 13 через 6 и 7 под лючены к неинвертирующему входу усилителя 9.

Управляющие входь ключей 4 и 7 Шёдйнейы с прямь1М выходом генератора 8, а управляюиЙе входь ключей 5 и 6 - с противофазным ыход6м генератора 8. Дифф ренадальный усилитель 9. включен в известную вычитающего усилителя. К его вьйсоду через усилитель перемёшгого тока, демодулятор 10, управляющий которого сВЯЗШ с выходов генератора 8, усилитель постоянного тока 11 подключена последовательная цепочка масштабный резистор 12 резистор обратной связи 13.

Ток I стабилизатора 3, протекая иб въследователько едш1еннйм сЪй ТйШлениям термО Метра I(RI) и компенсационного резистора 2 (2) создаёт на них относительно земли соответственно падения напряжения разного знака ; и, l(Ri+Гл);и .Rj (4) где U4 и Об - напряжение на входах ключей

. ; ; : 4 и е- ;- ---

Гд - сопротивление линии свпзи

нижним выводом термометра 1 и землей.

717566

На вход ключа 5 подается падение напряжения на сопротивлении линии связи Гд, равное Uj iTj,, а на вход ключа 7 - часть выходного напряжения устройства, снимаемого с резистора 13 - Ui3.

Генератор 8 периодически замыкает попарно или ключи 4 и 7 (ключи 5 и 6 в этот момент разомкнуты), подавая на инвертирующий и неинвертирующий вход вычитающего усилителя 9 соответственно напряжения UA ии,з, или ключи 5 и 6 (ключи 4 и 7 разомкнуты), по- давая на входы усилителя 9 соответственно напряжения Us и Ue.

Принимая, что коэффициенты усиления усилителя 9 по инвертирующему и неИнвертирующему входам одинаковые и.равны К, при замыкании (в первый полупериод работы генератора 8) ключей 4 и 7 выходное напряжение Усилителя будет равно

Um - KU4 + Ки.з (Р, + гл) + и,зЛ2) а в.ыходное напряжение усил ителя 8 при замыкании ключей 5 и 6 (второй полупериод работы генератора 8) равно

Um - KUs + KU6 К (-Ггл -1 Rj - (з)

Амопитуда переменной составляющей вьгходного напряжения усилителя 8, которая усиливается усилителем переменного тока 10; будет

равна разности амплитуд

и и

т. е.

т« с учетом (2)и (3) Ди и К -Г (R, + г,,) + и, 3 + 1гл + + IR -K -lCRi-R2)+U,3l(4)

и не зависит от величины сопротивления линии. При больщом коэффициенте усиления усилителей 10 и, 11 амплитуда переменной сойтавляющей поддерживается равной нулю, т. е. Л..Тогда из выражения (4) получается.что напряжение на резисторе обратной связи 13 равно:

u.(R,4) : т. е. зависит только от величины тока 1 и разности величины сопротивления термометра 1 и сопротивления 2.

Поскольку сопротивление термометра в зависимости от измеряемой температуры выражается зависимостью/ .

RI (t-to) . (6j

и, есЛи вьгбрать Величину резистора 2, равную

Ri RO ; ()

то подставив выражение (7) и (6) в (5), напряжение на сопротивлении обратной связи 13 будет равно/ .

и.э lRoa(t-to)(Ц

где RO - сопротивление термометра 1 при начальной температуре диапазона иэмереийя;

а - температурный козффидаент сопротивления материала термометра 1; t - текущее значение измеряемой температуры.