Устройство для измерения разностиТЕМпЕРАТуРы Советский патент 1981 года по МПК G01K7/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для точного измерения разности температур.

Известно устройство для измерения разности температур, содержащее два трансформатора тока, первичные обмот ни которых соединены последовательно с реохордом, а ко вторичным обмоткам подключены термометры сопротивления, потенциальными выводами соединенные последовательно с участком реохорда между его началом и движком ко входу нуль-органа l .

Недостатка.ми этого устройства являются наличие погрешности измерения вызванной погрешностями трансформаторов тока; наличие в схеме малонадежного реохорда с подвижным механическим контактом; отсутствие на выходе сигнала в виде напряжения постоянного тока, пропорционального измеряемой разности температур.

Известно устройство для измерения абсолютного значения температуры, содержащее термометр, подключенный последовательно с калиброванным резистором к источнику питания, конденсатор, выводы которого подключены к средним Точкам попарно соединенных

четырех ключей, входы и выходы каждой пары ключей соответственно подключены к термометру цепи, состоящей из последовательно соединенных калиброванного резистора и нуль-индикатора 2.

Кнедостаткам этого устройства следует отнести то, что выходной сигнал (величина калиброванного резистора в момент компенсации) пропорционален величине абсолютного значения сопротивления термометра, а не приращению сопротивления, пропорционального измеряемой температуре; в качестве компенсирующегр элемента используется точный регулируемый калиброванный резистор; термометр сопро тивления гальванически связан со схемой измерения, что-снижает помехоустойчивость устройства для случая удаления термометра на значительные расстояния от устройства; не обеспечивается измерение разности температур, которая пропорциональна разности сопротивлений обоих термометров, выходной сигнал устройства (величина калиброванного резистора) не пригоден для использования в системах централизованного контроля для ввода на многоканальные АЦД или УВМ.

Наиболее близким по технической ущности и достигаемому результату предложенному является устройство ля измерения разности температур, одержащее последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору ока термометры сопротивления, по- . тенциальные выходы которых соединены со входами двух пар ключей, последовательно соединенные усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключены масштабный резистор и резистор обратной связи, генератор .

К недостаткам устройства следует отнести сравнительно низкую чувствительность устройства, определяемую тем, что напряжение на выходе сумматора уменьшается на число, равное числу резистора в сумматоре (в данном случае напряжение разбаланса измерительной схемы устройства уменьшается в три раза); наличие методической погрешности измерения от изменения сопротивлений термометра и линий связи (величина погрешности определяется соотношением величин сопротивлений термометра с линией связи и резистора сумматора и уменьшается с уменьшением этого соотношения); низкую помехоустойчивость.

Цель изобретения - повышение точности из Ifepeния разности температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору тока термометры сопротивления, потенциальные выходы которых соединены со входами двух пар ключей, последовательно соединенные усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключены масштабный резистор и резистор обратной связи, генератор, введены два конденсатора, четвертая пара ключей и дополнительный ключ, при этом выходы ключей первой и второй пары соединены со входами ключей соответственно третьей и четвертой пары, параллельно которым включены конденсаторы, выход первого ключа третьей пары соединен со входом усилителя переменного тока и через дополнительный ключ - с земляной шиной, выход первого из ключей четвертой пары соединен с общей точкой масштабного резистора и резистора обратной связи, выходы вторых ключей третьей и четвертой пар соединены между собой, а цепи управления ключей, входы которых соединены с потенциальными выводс1ми термометров сопротивления, и дополнительного ключа подключены к одному выходу генератора, к другому выходу которого подключены цепи управления остальных ключей.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Соединенные последовате льно термометры сопротивления 1 и 2 подключены к стабилизатору 3 тока. К общим точкам соединения ключей 4,5 и 6,7 подключен запоминающий конденсатор 8 а к общим точкам ключей 9-12 - конденсатор 13. Входы ключей 4 и 6 соединены с потенциальными выводами термометра 1, входы ключей 9 и 11 с выходами термометра 2.

Выход ключа 5 вместе со входом ключа 14, выход которого соединен с землей, подключен через усилитель 15 переменного тока с большим входным сопротивлением, демодулятор 16, усилитель 17 постоянного тока к выходу устройства и к последовательно соединенными масштабному резистору 18 и резистору 19 обратной связи. Общая точка резисторов 18 и- 19 соединена с выходом ключа 10. Выходы ключей 7 и 12 соединены между собой. Один выход генератора 20 прямоугольных импульсов подключен ко входам управления ключей 4,6,11 и 14,. а противофазный выход генератора 20 подключен ко входам управления ключей 5,7,10 и 12. Третий выход генератора 20 связан со входом управления демодулятора 16..

Ток стабилизатора 3i, протекая через термометры 1 и 2, создает на них падения напряжения

и iR IRo -«-i.dLRot

U2 i . o + г где RQ - сопротивление термометров 1 и 2 при начальной температуре;

cL - температурный коэффициент сопротивления термометров 1 и 2; t и t температуры окружакядей

среды в месте расположения термометров 1 и 2.

В первый полупериод выходного напряжения генератора 20 на управляющие входы ключей 4,6,9,11 и 14 подается отпирающий сигнал. Ключи 4,6,9 11 и 14 открываются, а на управляющие входы ключей 5,7,10 и 12 подается запирающий потенциал. Ключи 5,7, 10 и 12 заперты. При этом через открытые ключи 4 и 6 емкость 8 заряжается до падения напряжения на термометре 1, а емкость 13 через открытые ключи 9 и 11 заряжается до падения напряжения на термометре 2. Ключи 5,7,10 и 12 разомкнуты а ключ 14 замыкает вход усилителя на землю. Таким образом, в первый полупериод напряжения генератора 20 на емкостях 8 и 13 запоминаются напряжения U и U-j а .вход усилителя 15 замкнут на землю через открытый ключ 14.Во второй полупериод выходного напряжения генератора 20 ключи 4,6,9 и 11 размыкаются, а ключи 5,7,10 и 12 открываются, и на вход усилителя 15 (ключ 14 разомкнут) поступает алгебраическая сумма напряжений и - U2+ и где напряжение обратной связи, снимаемое с резистора 19. Таким образом, на вход усилителя 15 подается переменное напряжение с двойной амплитудой переменного напря жения, равной ли ди Это переменное напряжение усиливается усилителем 15, выпрямляется демодулятором 16 и затем, усиливаясь усилителем 17 постоянного тока, подается через масштабный резистор 18 на резистор 19 обратной связи. Электронная следящая система, состоящая из усилителей 15 и 17 и демодулятора 16, вырабатывает напряжение обратной связи такой амплитуды и полярности, чтобы обеспечить с точностью до напряжения статизма равенство переменного напряжения на выходе усилителя 15 нулю, т.е. диу 0. Тогда следует, что и - и iotRo - o. Таким образом, выходное напряжение устройства зависит от измеряемой разности температур и не зависит от сопротивлений линий связи. При изменении разности температур на входе усилителя 15 появляется напряжение разбаланса измерительной схемы AUj/, которое усиливается трактом, состоящим из 15,16 и 17 и в ви-де приращения напряжения обратной связи поступает на вход усилителя 15 в такой полярности и такой величины чтобы обеспечить равенство ди 0. Схема приходит в установившийся режим. Коэффициент преобразования устройства определяется соотношением величины масштабного резистора 18 и резистора 19 обратной связи. Точность работы устройства зависит от стабильности резисторов 18 и 19, а также величин конденсаторов 8 и 13, значения которых, в случае использования бесконтактных ключей на МОП транзисторах, должны значительно пре вышать величины межэлектродных емкостей ключей и емкости монтажа. Применение предлагаемого устройства обеспечивает полное исключение влияния сопротивления линии связи на точность измерения; максимально высо кую чувствительность, которая может быть достигнута при компенсационном методе измерения; высокую помехоусто чивость работы, поскольку в момент измерения емкости отключаются от тер мометров, подключаясь ко входу усилителя 15, а источник помех связывается с входными цепями усилителя через большие сопротивления запорных ключей; малые габариты устройства, простоту схемы и высокуга надежность ее работы в случае использования бесконтактных ключей на МОП транзисторах в интегральном исполнении , отсутствие влияния дрейфа напряжения нуля усилителя на точность измерения. Устройство реализовано для точного измерения разности температуры в диапазоне +10°С с помощью медных термометров (100 М). Погрешность измерения не превышала ±0,1% при изменении сопротивления линии на 50 Ом без учета погрешностей термометров. Формула изобретения Устройство для измерения разности температуры, содержащее т-ри пары ключей, последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору тока термометры сопротивления, выходы которых соединены со входами двух пар ключей, последовательно С9единенные усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключены масштабный резистор и резистор обратной связи, генератор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены два конденсатора, четвертая пара ключей и дополнительный ключ, при этом выходы ключей первой и второй пары соединены со вх. ключей соответственно третьей и четвертой пары, параллельно которым включены конденсаторы, выход первого ключа третьей пары соединен со входом усилителя переменного тока и через дополнительный ключ - с земляной шиной, выход первого из ключей четвертой пары соединен с общей точкой масштабного резистора и резистора обратной связи, выходы вторых ключей третьей и четвертой пар соединены между собой, а цепи управления ключей, входы которых соединены с потенциальными выводами термометров сопротивления, и дополнительного ключа подключены к одному выходу генератора, к другому выходу которого подключены цепи управления остальных ключей. Источники информации, принятые во внимание тхри экспертизе 1.Самсонова Г.В. . Датчики для измерения температуры в промышленности. Киев, HayKofija думка , 1972, с. 204. 2.Измерение температуры с помощью термометров сопротивления. Экспресс-информация, сер. Приборы и элементы автоматики. 23.08.67, № 31, с.14. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2633779/18-10, кл. G 01 К7/16, 09.11.78 (прототип).

/

с