Устройство для измерения температуры

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВЯДЕТЕЛЬСТВУ Сфаз СоветскихСоциалистическихРеспублик нл 991186(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 170680 (1) 2942298/18-10 р 11 м.к. О 01 К 7/02 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опублйкования описания 23 Л 1 ВЗ Ю.В, Поздняков; А,А. Саченко и Б.С. Мухин1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к измерениютемпературы 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 выходногоизмерительного сигнала и, как следствие этого, низкую точность измерениятемпературы.Известно устройство для измерениятемпературы, содержащее мост с термометром сопротивления; резисторы, источник питания и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный резистор, параллельно которому подключена цепочка,состоящая иэ термопары и последовательно соединенного с ней резистора23Недостатком 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 после"довательно соединенные термопару ичетырехзажимный термометр сопротивле"ния и компенсационное сопротивление,подключенные к источникам питания,причем четырехзажимный термометр со"противления зашунтирован четырехзажим"ньм резистором, токовые и потенциальные выводы которого последовательносоединены с подгоночными и соответствующими токовыми и потенциальньвюи выводами термометра сопротивления, аотношение сопротивлений подгоночныхрезисторов к сопротивлению соответствующих выводов термометра равно .отно шению сопротивления шунтирующего резистора к сопротивлению термометра3 .Основным недостаткбм указанногоустройства является значительная остаточная погрешность линейности, обусловленная нелинейным характером характеристики преобразования устройства.Кроме того, в области высоких температур результирующая погрешность измерения температуры возрастает также,за счет погрешности, обусловленнойвлиянием изменения сопротивления проводников, соединяющих термометр соп-ротивления с источником питания и подгоночньми резисторами, что дополнительно снижает точность измерениятемпературы. 5Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату кизобретению является устройство дляизмерения температуры, содержащее термочувствительный мост постоянного тока с термометром сопротивления в одном иэ плеч, термоэлектрический преобразователь, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-циФровой преобразователь, образцовый 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 плечи термочувствительно го моста постоянного тока включены цепочки, состоящие из зашунтированных резисторами последовательно соединенных постоянных и переменных резисторов, причем движки переменных реэис торов, включенных в смежные плечи моста, механически соединены между собой 4) .Известное устройство имеет все еще . значительную величину остаточной пог решностй устройства порядка 0,55 мВ в диапазоне 0-600 С, а также характеризуется недостаточной надежностью.Целью изобретения является повышение надежности, точности измерения 40 температуры и упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительно 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 и термометром сопротивления и компенсационным резистором.На фиг. 1 показана принципиальная 55 электрическая схема устройетва для измерения температуры с цифровым отсчетом; на фиг. 2 и 3 - графики зависимостей напряжений от температуры на отдельных элементах схемы. 60Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, последовательно соединенные измерительный прибор 2, в качестве которого используется цифровой милливольтметр, и основные четырехэажимные термометр 3 сопротивления и компенсационный резистор 4, подключенные через переменные ограничительные резисторы 5 и б к ста" билизированным источникам 7 и 8 посто" янного напряжения, Дополнительные четырехзажимный термометр 9 сопротивления и компенсационный резистор 10 подключены через переменные .ограничительные резисторы 11 и 12 к стабилизированным 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 5 и б и 11 и 12 попарно механически связанымежду собой, 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 ООС) падение напряжения на сопротивлениях 3 и 4 уравновешивают друг друга, поэтому их суммарное напряжение 08(Т) = О.При повышении температуры в измеряемой среде возрастает сопротивление термометра 3 сопротивления, помещен,ного в эту среду, вследствие чегонапряжение на термометре сопротивления нелинейно возрастает. Суммарное напряжение Бэ также возрастает нелинейно, поскольку напряжение на основном компенсационном резисторе 4 П 7(1) остается постоянным (фиг, 2 а) .Для обеспеченйя линейного характе-ра напряжения ц 8(1) из него необходимо вычесть корректирующее напряжение,равное по абсолютной величине разности между напряжением П (1) и линей-6но зависящим от температуры напряжением П, график зависимости которой от температуры показан на фиг.2 б.Для формирования корректирующего напряжения в предлагаемом устройстве используются дополнительные четырехзажимный термометр 9 сопротивления икомпенсационный резистор 10. Их суммарное напряжение П 87 С) также равно нулю в начальной точке рабочего диапазона. При температуре, соответствующей концу рабочего диапазона, напряжение П равно по абсолютной величине термо-ЭДС Е (Т) термоэлектрического преобразователя 1 (фиг. За) . Благодаря тому, что напряжение Пз(1) и термо-ЭДС Е (в) включены встречно, их разность будет иметь характер температурной зависимости, подобный характеру зависимости д 0(1), причем раэностное напряжение О (1) будет по абсолютной величине заведомо больше напряжения ЬО(Т) при любом значении температуры в пределах рабочего диа пазона (фиг. Зб) . Это обусловлено тем, что. напряжение 0 З(1) описывается Функцией с отрицательной второй производной по температуре, а термо-ЭДС Е (1) описывается функцией с положительной 10 второй производной по температуре, в то время как, разность аО(Ц образована напряжением с отрицательной второй производной по температуре ОВ(О. и линейно зависящим от температуры на пряжением 0 д (МЧтобы снйзить напряжение 04(1) до требуемого уровня, в предлагаемом устройстве использован высокоомный ре зистивный делитель напряжения. Напряжение 04(1) подается на вход делите-;ля, а с его выходного плеча снимается напряжение 0(1). Коэффициент деления делителя выбран таким, чтобы корректирующее напряжение 0(1) при произвольно выбранном значении температуры в пределах рабочего диапазона было равно по абсолютной величине значению напряжения ЬО (1) . БлагодаряЗ 0 этому остаточная погрешность линейности, которая может быть определена как разность между корректирующим напряжением 05(М и разностным напряжением Д 0 (1), будет равна нулю при выбран ной температуре внутри рабочего диа-, пазона, а также в его начале и конце (фиг, Зв).Линеаризованное напряжение подает ся на вход цифрового милливольтметра 2, при помощи которого обеспечивается циФровой отсчет результата измерения непосредственно в градусах Цель-сия. Для этого значение напряжения 45 Об(1) выбрано равньж числу градусов в милливольтах, например, при 600 С О (1) = 60,0 мВ, Благодаря тому, что погрешность линейности устройства сведена к минимуму, на устройстве индикации цифрового милливольтметра будет 1 с вЫсокой точностью индицироваться значение измеряемой температуры,Преимуществом предлагаемого устройства является возможность учета пог-, решностей, обуоловленных технологическим разбросом характеристик преобразования первичных измерительных преобразователей - термометров сопротивления и термоэлектрического преоб разователя. Для учета названной пог-. решности настройка устройства произ,водится с учетом результатов последней поверки первичных измерительных преобразователей, с- учетом поправок 65 к их стандартньм характеристикам преобразования.Предлагаемое устройство может быть ,широко использовано в различных отрас. лях промышленности, основанных на точ ном измерении и контроле температу" ры, для измерения и контроля температуры 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 имеется возможность повысить его КПД, что принесет значительный техиико-экономический эффект.Также устройство для измерения температуры может быть использовано для измерения и контроля температуры в процессе термообработки иэделий из алюминиевых сплавов, при этом технико-экономический эффект от внедрения.изобретения может быть получен благодаря повышению качественных характеристик изделий эа счет повышения точ ности и быстродействия измерения температуры в процессе термообработки.Формула изобретенияУстройство для измерения темпера" . туры, содержащее четырехэажиМные тер. мометр сопротивления и комненсацион ный резистор, каЖдый иэ которых подсоединен к стабилизированным источни" кам питания через переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны между собой, измерительный прибор, два стабилизированных источника питания, термоэлект рический преобразователь, одним выводом подключенный к потенциальному выводу термометра сопротивлеиия, а другим - соединенный с выводом резнстивного делителя напряжения, два не ременных ограничительных резистора, движки которых механически связаны между собой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, точности измерения температуры иупрощения устройства, в него дополни" тельно введены четырехэажимный термометр сопротивления и компенсационный резистор, подключенные через перемен ные ограничительные резисторы к стабилизированным источникам питания и соединенные последовательно с термоэлектрическим преобразователем и входом резистивного делителя напряжения, одно плечо которого соединено после довательно с измерительным прибором и основными термометром сопротивления и компенсационным резистором,.источники информации,принятие во внимаиие при вкспертиве 1. Авторское свидетельство СССР 9 328348, кл, 6 01 К 7/02 1970,2, Авторское свидетельстве СССР У 354287, кл, О 01 К 7/00, 1971, 99118683, Авторское свидетельство СССР9 437930, кл, 0 01 К 7/02, 1972,4, Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2929774/18 10,5 кл. 6 01 К 7/02, 23.05,80 (прототип) .991186 Лаза едакт каз 110/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 ВНИИП по 13035, Составитель Н. ГоршковаТехред О.Неце Корректор О. Билак Тираж 871 Подп ис ноеосударственного комитета СССРлам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д, 4/5