Устройство для измерения разности температур Советский патент 1982 года по МПК G01K7/16 

(54) УСТРОЯСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ

1

Изобретение относится к температурным измерениям и предназначено для точного измерения разности температур автоматическими регистрирующими приборами в комплексе с нелинейными термометрами сопротивления.

Известно устройство для измерения разности температур, содержащее термометры сопротивления, включенные в мостовую схему, выходная диагональ которого подключена к усилителю, двигатель, вал которого механически связан с движком реохорда И

Недостатком известного устройства является низкая точность из-за влияния изменения сопротивления линии связи и большая дополнительная погрешность измерения разности температур при использовании термометров сопротивления с нелинейной характеристикой преобразования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения разности температур, содержащее последовательно соединенные два термометра сопротивления, потенциальные выводы которых подключены к входам одного из блоков преобразования, и реохорд, участки межТЕМПЕРАТУР

ду одним из выводов реохорд и движком, между движком и вторым выводом реохорда подключена ко входам второго блока преобразования, включающего в себя управляемые ключи и запоминающий конденсатор, генератор, соединенный со входами управления ключей блоков преобразования, выходы которых соединены с земляной шиной и выходом

10 усилителя, выход которого через фазочувствительный усилитель подключен к двигателю, вал которого механически связан с реохордом, источник напряжения, . соединенный с земляной ши15ной и токовым выводом первого термометра t2 .

Недостатком известного устройства является наличие значительной погрешности измерения разности температур

20 за счет изменения их абсолютных значений при использовании в качестве датчиков нелинейных термометров со-. противления.

Цель изобретения - повышение точ25ности измерения разности температур в широком диапазоне изменения их абсолютных значений при использовании нелинейных термометров сопротивления,

Поставленная цель достигается

30 тем, что в устройство введены два дополнительных блока преобразования усилитель переменного тока, фазочув ствительный выпрямитель, компенсационный резистор и резистор обратно связи, причем ко входам первого дополнительного блока преобразования подключены потенциальные выводы ком пенсационного резистора, включенного последовательно с источником напряжения и токовым выводом первого термометра, ко входам второго допол нительного блока преобразования под ключены потенциальные выводы второг термометра и резистора обратной свя зи, выходы же обоих дополнительных блоков преобразования, соединенные между собой, подключены между земля ной шиной и входом усилителя переме ного тока, выход которого через фазочувствительный выпрямитель и резистор обратной связи подключен к общей точке второго термометра сопротивления и реохорда, а входы управления ключей обоих блоков преобразования соединены с выходами гене ратора. На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока преобразования. Устройство содержит последовател но соединенные и включенные четырех проводной линией.связи два платиновых термометра 1 и 2 сопротивления, реохорд -;3 и компенсационный резистор 4, подключенные к источнику 5 на пряжения, блоки 6-9 преобразования входы которых подключены соответственно к потенциальным выводам термометров 1 и 2, к выводам реохорда 3, к потенциальным выводам компенсацион ного резистора 4 и термометра 1, к потенциальным выводам термометра 2 и резистора 10 обратной связи, а выходы блоков 6 и 7, 8 и 9 попарно включены между земляной шуной и входами усилителей 11 и 12. Усилитель 1 через фазочувствительный усилитель 13 подключен к двигателю 14, вал которого механически связан с движком реохорда 3. Усилитель 12 через фазочувствительный выпрямитель 15 и резистор 10 обратной связи соединен с общей термометра 2 и реохорда 3. Входы управления блоков преобразования соединены с парафазными выходами генератора 16 прямоугольных импульсов. Каждый блок 6-9 преобразования «одержит 1фиг.2 четыре пары управл. ляемых ключей 17 г 24, меяаду общими точками которых включены запоминающие емкости 25 и 26. На раздельные входы блоков - ключи 17 и .19, 21 и 23 подаются информационные сигналы. Выходы ключей 20 и 24 соединены между собою, а.выходы ключей 18 и 24 являются выходом блока преобразования. Управляющие входы ключей 17 23 подключены к одному выходу генератора 16, а входы управления ключей 18 - 24 - другому выходу генератора 16. Схема блока преобразования работает следующим образом. В первый полупериод напряжения генератора 16 ключей 17 - 23 открыты, а остальные ключи заперты, и на запоминающих конденсаторах 25 и 26 запоминаются входные напряжения. Во второй полупериод закрываются ключи 18 - 24, остальные размыкаются, и к ВЫХОДНЫМ выводам блока подключаются последовательно включенные конденсаторы 25 и 26. Выходное напряжение блока при этом равно разности входных напряжений. Выходные напряжения блоков соответственно равны блока 6 - U6 iR -JR/2 i () ; (1) .блока 7 - UT (i + i y)( + )x (I-x)R3-(2x-1)x( (1 + 45)3 (2) блока 8 - Ui.f iR4-iR-, I ( ) ; (3) блока 9 - Uii iRa-ix|5-R/t5 ; (4) где i - ток источника 5 напряжения; - ток обратной связи с выхода выпрямителя 15; X - относительное положение движка реохорда; . На входы усилителей 11 и 12 поочередно со сдвигом на 180° поступают и и UB и Ug. Переменная составляющая входного сигнала на входе усилителя 11 составляет U U6-UT,(5) а на входе усилителя 12 . Ue-U9(6) Напряжение U усиливается усилителями 11 и 13, подается на обмотку управления двигателя 14, вал которого начинает вргицаться и перемещать вижок реохорда 3 до тех пор, пока напряжение на входе усилителя 11 не станет равным нулю, т.е. , тогда из (5) с. учетом (1) и (2) получаем () ,5Н+ При нелинейной характеристике термометров 1 и 2 так, например для платиновых термометров и положительных температур, зависимость сопротивления термометра от температуры выражается(1+At+Bt).(8) При этом разность сопротивлений термометров выргикается R-i-Rl-Rc A{t - t) fHj(t + t5)J{9) т.е. разность сопротивлений термометров зависит как от измеряемой разности температур (), так и от суммы абсолютных значений температур t-l и t(. Максимальная погрешность измерения разности температур, вызванная влиянием (t + tij) составляет для диапазона изменения абсолютных температур 1,47%/ а для диапазона 1000°С 17%. Для коррекции влияния абсолютных значений температур в устройство включен преобразователь суммы абсолютных температур в пропорциональный ток, состоящий из блоков 8 и 9, усилителя 12, выпрямителя 15 и резистора обратной связи . Переменная составляющая на входе усилителя 12 U(J ycиливaeтcя до такой величины, чтобы с точностью до напряжения статизма обеспечить , тогда из (6) с учетом (3) и (4) полу чается 040 -О i,,/, ll4lJi.(; Принимая и подставляя в (7 выражение (10), (9) и (8), получаем; Пренебрегая третьим членом суммы знаменателя (11) и выбирая R« ARg|t -t /max; (дА получаем ,5k -J(12) I it -tijlmav т.е. с введением коррекции показания прибора пропорциональны только измеряемой разности температур. Максимальная остаточная погрешность измерения, вызванная пренебрежением третьего члена суммы знаменателя (11), составляет для диапазона изменения абсолютных температур ЮО 0,007%, 0,18%, 0,72% и уменьшается с уменьшением диапазона абсолютных температур. Точность работы устройства опреде ляется качеством ключей и сопротивле нием утечки конденсаторов блоков пре образования. В качестве управляемых ключей используют коммутаторы в интегральном исполнении типа 1КТ902. Для уменьшения погрешности работы устройства величины запоминающих кон денсаторов должны значительно превышать величины паразитных емкостей монтажа. Применение устройства обеспечивает высокую линейность и точность измерения разности температур при использовании нелинейных (платиновых) термометров сопротивления, отсутствие влияния изменения абсолютных значений температур на точность измерения разности температур и сопротивления линии на точность измерения, что позволяет резко снизить рас ход меди и увеличить дальность передачи информации термометров, а также универсальность, так как позволяет измерять разность других физических величин при помощи нелинейных преобразователей сопротивления. Устройство реализовано при созда;нии автоматического прибора следящего уравновешивания для измерения разности температур в диапазоне с точностью10,5% при изменении абсолютных температур от О до 500°С платиновыми термометрами сопротивления градуировки 100 П. Дополнительная по;грешность измерения, вызванная изменением сопротивления линии связи от О до 200 Ом, не превышает О, или 0,25%. Формула изобретения Устройство для измерения разности температур, содержащее последовательно соединенные реохорд и два термометра сопротивления с нелинейной характеристикой преобразования, потенциальные выводы которых подключены к входам одного из блоков пре Образования, включающего в себя упавляемые ключи и запоминающий кон денсатор, второй блок преобразования, к входам которого подключены участки реохорда между одним из выводов реохорда и движком, между движком и вторым выводом реохорда, усилитель переменного тока, к входу которого подключены соединенные между собою выходы блоков преобразования, фазочувствительный усилитель, двигатель, вал которого механически связан с движком реохорда, источник напряжения, .подключенный между земляной шиной и TOKOBbiM вьгаодом первого термометра, генератор, выходы которого связаны с входами управления ключей блоков преобразования, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения разности температур в широком диапазоне изменения абсолютных значений температур при использовании нелинейных термометров сопротивления, в устройство введены два дополнительных блояа преобразования, усилитель переменного тока, фазочувствительный выпрямитель, компенсационный резистор и резистор обратной связи, причем ко входам первого дополнительного блока преобразования подключены потенциальные выводы компенсационного резистора, включенного последовательно с источником напряжения и токовым выводом первого термометра, ко входам второго дополнительного блока преобразования подключены потенциальные выводы второго термометра и резистора обратной связи, выходы обоих дополнительных блоков преобразования соединенные между собой, подключены между земляной шиной и входом усилителя переменного тока, выход которого через фазочувствительный выпрямитель и резистор обратной связи подключен к общей точке второго термометра сопротивления и реохорда, а Ъходы управления ключей обоих блоков преобразования соединены с выходами генератора .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Коротков П.А. и др. Динамические контактные измерения тепловых

величин. Л., Машиностроение, 1974, с. 168.

2.Заявка № 2807838/18-10,

кл. G 01 К 7/16, 07.08.1979 (прототип) .