Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K7/13 G01K7/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

i

Изобретение относится к термометрии.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, автоматический компенсатор, реохорд и цифровой вольтметр 1 j.

Однако устройство не обладает тре-|буемой точностью измерения из-за nor-fрешности, обусловленной схемой вклю зения автоматического компенсатора.

Наиболее близким по технической сущности к иредлагаемомз является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразоватепь, автоматический компенсатор постоянното тока, цифровой МИЛЛИ- ьильтметр, источник стабилизированного напряжения, источники постоянного напряжения и два реохорда, механически связанные с третьим реохордом автоматического компенсатора 21

Однако данное устройство не обладает требуемой точностью измерения I2 -

из-за погрешности, обусловленной нелинейностью характеристики датчика, а также тем, что линеаризация характеристики осуществлена в цепи автоматического компенсатора.

. Цель изобретения - повьппение точности измерения за счет снижения погрешности, вызванной нелинейностью хара.ктеристики термопреобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два дополнительных реохорда,, механически связанных с основными реохордами компенсатора, резисторы, пороговый элемент и два измерительных преобразователя, ко входу одного из которых подключен термоэлектрический преобразователь, а к выходу - цепь из параллельно соединенных дифрового милливопьтметра и второго измерительного преобразователя, последовательно с которыми соединены пороговый элемент, источник стабилизированного напряжения и два основных реохорда, к одноименным выводам каждого из которых подсоединены последовательно источник постоянного напряжения, резистор и дополнительный реохорд, а к выходУ второго измерительного преобразователя подключен вход автоматического компенсатора. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, автоматический компенсатор 2 постоянного тока, цифровой милливольтметр 3, источник 4 стабилизированного напряжения, пороговый элемент 5, измерительные преобразователи 6 и 7, реохорды 8 и 9, источники 10 и 11 постоянного напряжения, добавочные резисторы 12 и 13, дополнительные реохорды 14 и 15. Устройство для цифрового измерени температуры работает следующим образом. Термо-ЭДС термоэлектрического пре образователя 1 Е (t) подается на вхо измерительного преобразователя 6..Функ иия преобразования последнего TajKOBa, что зависимость ЭДС на его выходе Е (t) от температуры представляет собой нормированный сигнал - постоян ное напряжение, величина которого в милливольтах равна значению температуры рабочего спая термоэлектрическо го преобразователя в градусах Цельси деленному на ГОО. Например, при УОО E(t)7MB, при 1300®С E(t)13 мВ. Указанная зависимость строго выполняется при двух значениях температуры - начальном и конечном в рабочем диапазоне температуры устройства. Внутри рабочего диапазона температур зависимость Е (t) имеет нелинейный характер, обусловленный нелинейным характером зависимости термо-ЭДС тер моэлектрического преобразователя E(t) от температуры. Измерительный преобразователь 6, выполняющий в дан ном случае роль нормирующего, не сни жает степени нелинейности измеритель ного сигнала, так как функция преобразования его линейна (не содержит нелинейных элементов) и записывается уравнетшем ./,. E()U. E(t) где Uyf- постоянное напряжение смещенияК)- постоянный коэффициент деления. 074 Преобразованный измерительный сигнал E{t) отличается от линейно-зависящего от температуры напряжения ид(1) на величину погрешности AU(t)44(t)-E(t). Дня компенсации указанной погрешности к измерительному сигналу Е (t) необходимо прибавить линеаризующее напряжени по своей величине равное значению погрешности uU(t) и обладающее такой же зависимостью от температуры. Напряжение такой же формы может быть получено с помощью цепочки из двух связанных реохордов 8 и 14, подключенных к источнику 10 постоянного напряжения, последовательно с которым включен ограничительный резистор 12. Напряжение на выходе такой цепочки равно ,, f... E.oR(|-4)-(l-) Ь or-LU;, V V-b4K t4J Из приведенного видно, что при крайних положениях движков реохордов (т.е. в начальной и .конечной точках диапазона температуры) напряравно нулю, а при двух произвольно выбранных значениях температуры внутри рабочего диапазона это напряжение может быть выбрано paBjaiM требуемому (равному по величи- . не значению погрешности uU(t). Это достигается соответствующим расчетом и настройкой параметров элементов цепочки - ЭДС источника постоянного напряжени Е и ограничительного резистора , Зависимость погрешности uU(t) и линеаризующего напряжения U(t) равна по величине значению погрешности AU(t) при двух значениях температуры внутри рабочего диапазона - t о и t. 2 3 Дпя компенсации остаточной погрешности, имеющей большие значения в середине рабочего диапазона, в предлагаемом устройстве использована аналогичная рассмотренной выше цепочка, последовательно с выходом которой включены источник 4 стабилизированного напряжения и пороговый элемент 5. Напряжение U (t) на выходе цепочки по форме аналогично зависимости U(t) . Дан получения компенсирующего напряжения в промежутке между значениями температуры t2 и ts встречно с напряжением UMt включено постоянное напряжение смещения от источника 4 ста билизированного напряжения. Чтобы отрицательные ветви характеристики U2(t) не искажали достигнутой остаточной погрешности в промежутках отрицательные ветви отсекаются включенным последовательно с выходом цепочки и источником 4 стабилизированного напряжения, пороговым элементом 5, в качестве которого используется, например, пороговый элемент - индикатор полярности , на базе операционного усилителя с контактным или бесконтактным ключом. Необходимость применения такого порогового элемента вызвана тем, что он должен эффективно работать в области вблизи нуля, при малых значениях напряжений, Наличие порогового элемента 5 позволяет получить напряжение ) требуемой формы. Вычитание полученного напряжения из указанной выше остаточной погрешности линейности позволяет снизить ее до малых значений и получить напряжение, равное линейному, не менее чем на шести точках, т,е, при шести значениях температуры в пределах рабочего диапазона температуры, Преимуществом предлагаемого устройства является высокая степень линейности характеристики преобразования температура-напряжение, что позволяет обеспечить цифровой отсчет результата измерения по табло цифрового милливольтметра непосредственно в градусах Цельсия с .высокой точностью и разрешающей способностью. 7 Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, автоматический компенсатор постоянного тока, цифровой милливольтметр, источник стабилизированного напряжения, источники постоянного напряжения и два реохорда, механически связанные с третьим реохордом автоматического компенсатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения погрешности, вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя, в устройство введены два дополнитедьных реохорда, механически связанных с основными реохордами компенсатора, резисторы, пороговый элемент и два измерительных преобразователя, ко входу одного из которых подключен термоэлектрический преобразователь, а к выходу - цепь из параллельно соединенных цифрового милливольтметра и второго измерительного преобразователя, последовательно с которыми соединены пороговый Элемент, источник стабилизированного напряжения и два основных реохорда, к одноименным выводам каждого из которых подсоединены последовательна источник постоянного напряжения, резистор и дополнительный реохорд, а к выходу второго измерительного преобразователя подключен вход автомати ческого компенсатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР № 280923, кл, Q 01 К 7/14, 18.12,68, 2,Авторское свидетельство СССР № 327386, кл, Q О К 7/10, 08,01,70 (прототип),