Устройство для измерения температуры

(яу 8 01 К 7/16 ГОсудАРстВенной кОмитетПО ИЭОБРЕТЕНИЯЛ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем управления (72) А.Т.Пасечник, Б,П,Петлеванов, Г,Г.Харченков и А.Б.Шубин(56) 1, Авторское свидетельство СССР М. 815523, М КИ 0 01 К 7/20, 1981,2, Авторское свидетельство СССР Р 1249348, МКИ 6 01 К 7/16, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретенле о 1 носится к области контроля температуры и может быть использовано Изобретение относится к области измерительной техники и, в частности к устройствам измерения температуры с помощью термопреобразователей сопротивления.Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, сопротивления, источник тока, пять резисторов и измерительный прибор (11, Недостатком устройства является низкая чувствительность, связанная, во-первых, с малым изменение: напряжения на термопреобразователе и, во-вторых, с весьма малыми токами, которые можно использовать для образования разности напряжений на усилителе. В случае увеличения токов возникают нелинейные искажения," Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, является устройство для измерения температуры (21, содержащее источник опорного напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной, резистивный мост с двумя 5) 1760374 А 1 в системах контроля и управления технологическими процессами, Устройство при относительной простоте имеет высокую чувствительность и абсолютную линейность шкалы. Повышение чувствительности достигается применением мостовой схемы с двумя термопреобразователями в противоположных плечах. Линейность устройства обеспечивается питанием мостовой схемы от источника тока. Непосредственное подключение выходного операцлонного усилителя к измерительной диагонали моста позволяет получить высокую чувствительйость и не предъявлять высокие требования к элементам устройства, 1 ил. резисторами и первым термопреобразователем, включенным между первыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, третий резистор, два операционных усилителя, неинвертирующнй вход второго из которых подключен к первой точке измерительной диагонали моста. СНедостатком этого известного устрой- Сд ства для измерения температуры, содержащего один термопреобразователя фь температуры, является невысокая точность.Это обусловлено тем, что сигнал с выходаф1 усилителя, имеющий приращение, и ропор--ф циональное изменению сопротивлени,: термопреобразователя, подается на измерительную диагональ с коэффициентом существенно меньшим единиць, что понижает чувствительность устройства, а, следовательно, и точность. Кроме того, от источника опорного напряжения беоется ток значительной величины, что услс княет схему источника, Это устрс йство до,; жно пи 1750374таться от двух источников разной полярности, присоединенных к общей шине,Цель изобретения - повь;шенин чувствительности и упрощение устройства,Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содеркащее источник опорного напряжения, отрицательный выход котооого соединен с общей шиной, резистивный мост с двумя резисторами и первым термопреобразователем, включенным между первыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, третлй резистор, два операционных усилителя, неинвертирующий вход второго из которых подключен к первой точке измерительной диагонали моста, введены второй термопреобразователь, включенный между вторыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, и измеритель тока, включенный в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с второй точкой измерительной диагонали моста выгорая точка диагонали питания которого подключена к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через третий резистор - к общей шине, неинвеотирующий вход первого операционного усилителя соединен с положительным выходом источника опорного напряжения, а выход- с первой точкой диагонали питания моста.Существенными отличительными признаками в укаэанной выше совокупности являются наличие второго термопреобразователя, включенного между вторыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, и измерителя тока, включенного в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с второй точкой измерительной диагонали моста, вторая точка диагонали питания которого подключена к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через третий резистор - к общей шине, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с положительным выходом источника опорного напряжения, а выход - с первой точкой диагонали питания глоста. Подключение второй точки измерительной диагонали моста непосредственно к суммируюгцей точке второго операционного усилителя приводит к тому, что при разбалансе глоста на суммирующую точку течет значительный ток, который удваивается в рсзультаге включения второго термопреобразовавля и линеаризуется токовым резистором. Э го г ток без каких-либо дополнительньх усл.",тсльных схегл и связанных с ними погрешностей индицируется измерителем тока в цепи обратной связи второго операционного усилителя,Оригинальное подключение входов 5 операционных усилителей позволяет питатьустройство от одного источника питания (в прототипе - два источника питания), Источник опорного напояжения работает беэ нагрузки током, что позволяет упростить его 10 конструкцию.На чертеже изображена схема предлагаемого устройства для измерения температуры.15 Устройство содержит операционныеусилители 1 и 2, источник питания 3, источник опорного напряжения 4, резисторы 5 иб, термопреобразователи 7 и 8, токовый резистор 9 и измеритель тока 10,20 Устройство работает следующим образом,Выход операционного усилителя 1 подключен к первой точке питания измерительного моста и напряжение на его выходе25 поддерживается на таком уровне, чтобы токот второй точки питания моста 19 через сопротивление Я 9 равнялся постоянной величине3019119=00,где Оо - напрякение источника опорного напрюения, Целесообразно выбирать О, =0,5 ОП, где Оо - напряжение источника 35 питания, равное номинальной разности питающих напряжений используемых типов операционных усилителей, Второй операционный усилитель образует такой ток в цепи обратной связи 110, чтобы напряжение во 40 второй точке измерительной диагонали равнялось бы напряжению в первой точке, ОбозначимЙ 7=йб=йо+ Ь В.45Целесообразно выбиратьВ 5=Вб=йо50 По закону КиргоФа для точек ". и 2 измерительной диагонали можно написать17=1 б15=18+1 ю55,Цля точки 2 питания моста имеет соотношение19=1 б+18.Кроме того, из условия равенства потенциалов в точках 1 и 2 измерительной диагонали имеем соотношения: Таким образом получаем систему уравнений,Здесь 1 о=сопэт, Разрешая систему относительно тока 110, получим Изобретение иллюстрируется следующими примерами для медных термопреобразователей - Л Я/0,0004 1/С.Приняво=10 мка, получим чувствительность 40 мка/С Если используется микро- амперметр со шкалой 100 мка, то вся шкала устройства будет равна 2,5 С, причем это получено без применения дороих высокоточных усиливающих элементов.Как видно из схемы, основную погрешность измерения дает дрейф смещения второго операционного усилителя, Проводя аналогичные выкладки, с учетом смещения получим где О - смещение входных напряжений операционного усилителя. Пусть Во=100 ом,25 30 35 40 Для общедоступных, дешевых операционных усилителей О=-50 мкВ/оС, тогда погрешность от прогрева схемы составит 0,025" С/оС, что и показывает качество и точность схемы,Таким образом, несмотря на простоту схемы и отсутствие высокото гных элементов, настоящее устройство для измерения температуры, как это показано вь ше, имеет высокую чувствительность и точность измерения.Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее источник опорного напряжения, отрицательный выход которого соединен с общей шиной, резистивный мост с двумя резисторами и первым термопреобраэователем, включенным между первыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, третий резистор, два операционных усилителя, неинвертирующий вход второго иэ которых подключен к первой точке измерительной диагонали моста, отл ича ющееся тем, что, сцелью упрощения устройства и повышения чувствительности, в него введены второй термопреобразователь, включенный между вторыми точками диагонали питания и измерительной диагонали моста, и измеритель тока, включенный в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с второй точкой иэм .рительной диагонали моста, вторая точка диагонали питания которого подключена к инвертирующему входу первого операционного усилителя и через третий резистор - к общей шине, неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с положительнь 1 м выходом источника опорного напряжения, а выход - с первой точкой диагонали питания моста.1760374 оставитель А.Шуби ехред М,Моргентал орре едактор ственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Про Заказ 3180 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, ХС, Раушская наб 4/5