Устройство для измерения температуры Советский патент 1983 года по МПК G01K7/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к измерению . температуры электрическими методами.

Известен датчик температуры, содержащий термопару и термометр сопротивления, выполненный, например, из электрода термопары и питаемый от стабилизированного источника, последовательно которым подключено компенсационное сопротивление, питаемое от противовключенного стабилизированного источника 1 .

Однако это устройство имеет недостаточно высокую линейность выходного измерительного сигнала и, как следствие этого, низкую точность измерения температуры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее мост с термометром сопротивления, резисторы, источник питания и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный резистор, параллельно которому подключена цепочка, состоящая из термопары и последовательно соединенного с ней резистора

Недостатком этого устройства является то, что термопара нагружена низким сопротивлением резисторов, вследствие чего остаточная погрешность линейности устройства не может быть существенно снижена.

Известно также устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные термопару и четырехзажимный термометр сопротивления и компенсационное сопротивление, подключенные к источникам питания, причем четырехзажимный термометр со10противления зашунтирован четырехзажямHfcjM резистором, токовые и потенциальные выводы которого последовательно соединены с подгоночными и соответствующими токовыми и потенциальньв4И вы15водами термометра сопротивления, а отношение сопротивлений подгоночных резисторов к сопротивлению соответствуквдих выводов термометра равно отно2Q шению сопротивления шунтирующего резистора к сопротивлению термометра 3.

Основным недостатком указанного устройства является значительная остаточная погрешность линейности, обус25ловленная нелинейным характером характеристики преобразования устройства. Кроме того, в области высоких температур результируквдая йогрешность измерения температуры возрастает также,

30 за счет погрешности, обусловленной влиянием изменения сопротивления про водников, соединянвдих термометр сопротивления с. источником питания и по гоночньми резисторами, что дополнительно снижает точность измерения температуры. 1 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее те мочувствительный мост постоянного TO ка с термометром сопротивления в одном из плеч, термоэлектрический преобразователь, усилитель постоянного тока, к выходу которогоподключен аналого-цифровой преобразователь, об разцовый резистор и дополнительный термометр сопротивления, подсоединенные к стабилизированным источникам питания, переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны между собой, подключенные последовательно с дополнительным термометром сопротивления и, образцовым резистором к стабилизированным источникам питания, а в диагональ питания и в смежные илечк термочувствительного моста постоянного тока включены цепочки, состоящие из зашунтированных резисторами последовательно соединенных .постоянных и переменных резисторов, причем движки переменных резисторов, включенных в смежные плечи мос та, механически соединенымежду собой 4 . Известное устройство имеет все еще значительную величину остаточной погрешностй устройства порядка 0,55 мВ в диапазоне 0-бОО°С, а также характеризуется недостаточной надежностью. Целью изобретения является повышение надежности, точности измерения температуры и упрощение устройства. Поставленная цель достигается .тем что в устройство введены дополнительно четырехзажимный термометр сопротив ления и компенсационный резистор, под ключенные через переменные ограничительные резисторы к стабилизированным источникам питания и соединенные по.следовательно с термоэлектрическим преобразователем и входом резистивного делителя напряжения, одно плечо которого соединено последовательно с измерительным прибором и основными и .термометром сопротивления и компенсационным резистором. На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема устройетва для измерения температуры с цифровым отсчетом; на фиг. 2 и 3 - графики зависимостей напряжений от температуры на отдельных элементах схемы. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, последовательно соединенные измерительный прибор 2, в качестве которого используется цифровой милливольтметр, и основные четырехзажимные термометр 3 сопротивления и компенсационный резистор 4, подключенные через переменные ограничительные резисторы 5 и 6 к стабилизированным источникам 7 и 8 постоянного напряжения. Дополнительные четырехзажимный термометр 9 сопротивления и компенсационный резистор 10 подключены через переменные -ограничительные резисторы 11 и 12 к стабили эированным источникам 13 и 14 постоянного напряжения и соединены последовательно с термоэлектрическим преобразователем 1 и -входом делителя напряжения, состоящего из резисторов 15 и 16. Резистор 16, являющийся выходным плечом делителя, соединен последовательно с измерительным прибором 2 и основными термометром 3 сопротивления и компенсационным резистором 4. Движки переменных ограничительных резисторов 5и6и11 и12 попарно механически связаны между соболи, а оба термометра 8 и 9 сопротивления и рабочий спай термоэлектрического преобразователя 1 помещены в среду с измеряемой температурой. Устройство для измерения температуры с цифровым отсчетом работает следующим образом. При начальной температуре рабочего диапазона (например, при ) падение напряжения на сопротивлениях 3 и 4 уравновешивают друг друга поэтрМУ их суммарное напряжение U8(t) 0. При повышении температуры в измеряемой среде возрастает сопротивление термометра 3 сопротивления, помещенного в эту среду, вследствие чего напряжение на термометре сопротивления нелинейно -возрастает. Суммарное напряжение Ue(t) также возрастает нелинейно, поскольку напряжение на ос-. ионном компенсационном резисторе 4 U-j(t) остается постоянным (фиг. 2а) . Для обеспечения линейного характера напряжения Ug(t) из него необходимо вычесть корректирующее напряжение, равное по абсолютной величине разности между напряжением (t) и линейно зависящим от температуры напряжением ид(Ь), график зависимости которой от температуры показан на фиг.26. Для формирования корректирующего напряжения в предлагаемом устройстве используются дополнительные четырехзажимный термометр 9 сопротивления и компенсационный резистор 10. Их суммарное напряжение U3rt) также равно нулю в начальной точке рабочего диапазона. При температуре, соответствующей концу рабочего диапазона, напряжение U3(t) равно по абсолютной величине термо-ЭДС Е (t) термоэлектрического преобразователя 1 (фиг. За). Благодаря тому, что напряжение U3(t) и термо-ЭДС Е (t) включены встречно, их разность будет иметь характер температурной зависимости, подобный характеру зависимости uU(t), причем разностное напряжение ) будет по абсолютной величине заведомо больше напряжения 4U(t) при любом значении температуры в пределах рабочего диапазона (фиг. 36). Это обусловлено тем что. напряжение U3(t) описывается функ цией с отрицательной второй производной по температуре, а термо-ЭДС Е (t) описывается функцией с положительной второй производной по температуре, в то время как, разность AU(t) образо на напряжением с отрицательной вто рой производной nq температуре Ue(t). и линейно зависящим от температуры напряжением ид(1). Чтобыснизить напряжение U4(t) до .требуемого уровня, в предлагаемом уст ройстве использован высокоомный резистивный делитель напряжения. Напряженке U4(t) подается на вход делите; ля, а с его выходного плеча снимается напряжение U5(t). Коэффициент деления делителя выбран таким, чтобы корректируняцее напряжение UjCt) при произвольно выбранном значении температуры в пределах рабочего диапазона было равно по абсолютной величине значению напряжения ди (t) . Благодар этому остаточная погрешность линейнос ти, которая может быть определена как разность между корректирукщим напря жением Us разностным напряжением ди (t) , будет равна нулю при выбранной температуре внутри рабочего диагпазона, а также в его начале и конце (фиг. Зв) . Линеаризованное напряжение, подается на вход цифрового милливольтметра 2, при помощи которого обеспечивается цифровой отсчет результата измерения непосредственно в градусаз Цельсия. Для этого значение напряжения Ug(t) выбрано равньм числу градусов в милливольтах, например, при UQ(t)- €0,0 мВ. Благодаря тому, что погрешность линейности устройства све дена к минимуму, на устройстве индикации цифрового милливольтметра буде с высокой -точностью индицироваться значение измеряемой температуры. Преимуществом предлагаемого устрой ства йвляется возможность учета пог-г решностей, обусловленных технологическим разбросом характеристик преобразования первичных измерительных преобразователей - термометров сопротивления и термоэлектрического преобразователя. Для учета названной погрешности настройка устройства прокз,водит9Я с учетом результатов послед.ней. поверки первичных измерительных преобразователей, с учетом поправок к их стандартным характеристикам преобразования. Предлагаемое устройство может быть широко использовано в различных отраслях промышленности,основанных на точ-ном измерении и контроле температуры, для измерения и контроля TeMnelJa туры в производственных условиях с высокими точностью и быстродействием. В частности, предлагаемое устройство может быть применено для измерения температуры обмотки статора турбогенераторов в электроэнергетике. В результате повышения точности измерения температуры обмотки статора име ется возможность повысить его КПД, что принесет значительный технико-экономический эффект. Также устройство для измерения температуры может быть использовано для измерения и контроля температуры в роцессе термообработки изделий из алюминиевых сплавов, при этом технико-экономический эффект от внедрения изобретения может быть получен благодаря повышению качественных характеристик изделий за счет повышения точности и быстродействия измерения температуры в процессе термообработки. Формула изобретения Устройство для измерения темпера - . туры, содержащее четырехзажимные тергмометр сопротивления и компенсацион ный резистор, каждый из которых подсоединен к ст абилизированным источни кам питания через переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны между собой, измерительный прибор, два стабилизированных источника питания, те 1ОэлекТрический преобразователь, одним выводом подключенный к потенциальному выводу термометра сопротивления, а другим - соединенный с выводом резрстивного делителя напряжения, два пе ременных ограничительных резистора, движки которых механически связаны между собой, отличающееся тем, что., с целью повышения надежности, точности измерения температуры и упрощения устройства, в него дополнительно введены четырехзажимный термометр сопротивления и компенсационный резистор, подключенные через переменные ограничительные резисторы к стабилизированным источникам питания и соединенные последовательно с термоэлектрическим преобразователем и входом резистивного делителя напряжения, одно плечо которого соединено последовательно с измерительным прибором и основными термометром сопротивлеяия и компенсационным резистором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское свидетельство СССР № 354287, кл, G 01 К 7/00, 1971,

3,Авторское свидетельство СССР 437930, кл, G 01 К 7/02, 1972,

4,Авторское свидетельство СССР по заявке 2929774/18-10,

кл. О 01 К 7/02, 23.05.80 (прототип,

и

t/6

IU7(t)l

a

uU(t)(n-UA()

U(t)Uy(i:)(t)