Цифровой измеритель температуры

(61) Дополнительное к авт. свил-ву - (22)Заявлено 23.05.80 (21) 2929771 т/18 с присоединением заявки 1 е 5 М, Кл.601 К 7 удеротекнный комет итет СССР о делам изобретен и открытий(7) Заявитель 51 т) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУР Изобретение относится к нию температуры при помощи зования температуры в элек параметры с коррекцией нел их характеристики преобраз измере" преобрарические нейности вания,строист ры, сод рган, я вой изм т которомней па змере тво длядержащееи стаби соединенныиорган включегональ моста нуль- диа- лечаермо- зироизмерит ельнумя смежными чем исосту че ания, и лючен к и которого служит реохорд, двок которого является однойэ вершин диагонали питания моа 23. о и жпряже делите ермоме сопро сторов йстваьзовани Недостатками такого уст являются необходимость исп в схеме устройства источни а также то, что собственна решность нуль-органа прямо результирующую погрешность го ния температуры. Это приво чительной погрешности изме пературы, особенно в облас температур.Недостатком этого устроиства является значительная погрешность линейности характеристики преобразова ния устройства, а также наличие паразитных тепловых связей, возникающих за счет повышенного самонагрева одного из термометров сопротивления что приводит к возникновению дополнительной погрешностиа тока, погвлияет н измереит к зн рения те ти высок Известно устрой ния температуры с чувствительный мос ванный источник пи точник питания под рез термозависимый ния, состоящий из тивления и двух ре Известно у ния температу пару и нуль-о ментами мосто мы, питаемой ного тока, в о для измерержащее термоляющиеся элерительной схеника постоянтермопара и аллельно94934Известно также устройство для измерения температуры, содержащее мостовую схему, в одно плечо которой введены терморезистор и резистор обратной связи, источник стабилизиро ванного питания, усилитель постоянного тока и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный датчик измеряемой тем пеоатуры 1;3 3 10Однако в этом устройстве дополнительный термоэлектрический преобразователь нагружен низким сопротивлением цепочки резисторов, что является источником дополнительной г 5 погрешности. Кроме того, наличие в устройстве цепи обратной связи приводит к увеличению нелинейности выходного измерительного сигнала, что снижает точность измерения темпе ратуры.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату к изобретению является преобразователь температуры, содержащий мосто вую схему с термометром сопротивления в одном из плеч и резисторами в остальных плечах, последовательно соединенные стабилизированный источник питания и переменный резистор, за включенные в диагональ питания моста соединенный последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста термоэлектрический преобразователь и делитель напряжения, вывод которого соединен с последовательно включенным термометром сопротивления образцовым резистором и входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-цифровой щ преобразователь, а параллельно тер" мометру сопротивления и образцовому резистору включены цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные стабилизированный источник питания и ограничительный резистор С 4 3. Однако известному устройству так" же присуща остаточная погрешность в диапазоне 0-600 С, равная 0,74 мВ,50 что ограничивает область его использования.Целью изобретения является повышение точности измерения температуры,Поставленная цель достигается тем что в устройство введены переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны между собой, подключенные последовательно с дополнительным термометром сопротивления и образцовым резистором к ста- билизированным источникам питания, а в диагональ питания и смежные плечи термочувствительного моста постоянного тока включены цепочки, состоящие из зашунтированных резисторами последовательно соединенных пос. тоянных и переменных резисторов, причем движки переменных резисторов, включенных в смежные плечи моста, механически соединены между собой.На фиг. 1 показана принципиальная схема измерителя; на фиг, 2 и 3- графики зависимостей напряжений на отдельных элементах измерителя,Цифровой измеритель температуры содержит термочувствительный мост в одно плечо которого включен термочувствительный резистор-термометр 1, сопротивления, в другое плечо - резистор 2, а два других смежных плеча моста образованы цепочками, состоящими из зашунтированных резисторами 2 и 3 последовательно соединенных постоянных 5 и 6 и переменных 7 и 8 резисторов, движки которых механически связаны между собой. В диагональ питания моста последовательно со стабилизированным источником 9 питания также включена цепочка, со" стоящая из зашунтированных резистором О последовательно соединенных постоянного 11 и переменного 12 резисторов, служащая для регулировки температурной чувствительности моста, Степень нелинейности характеристики преобразования термочувствительного моста регулируется при помощи переменных резистров 7 и 8,движки которых механически связаны между собой.Последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста соединен термоэлектрический преобразователь 13, а также вход усилителя 4 постоянного тока с гальванической развязкой входа и выхода, дополнительный термометр 15 сопротивления и образцовый резистор 16. Дополнительный термометр 15 сопротивления и образцовый резистор 16 через переменные ограничительные резисторы 17 и 18, движки которых механически связаны между собой, подключены к стабилизированным источникам питания 9 и 20 так, что напряжения на дополнительном термометре 15 сопротивления и образцовом5 949349 6резисторе 16 направлены встречно. Квыходу усилителя 14 постоянного токаподключен аналого-цифровой преобразователь 21, с блоком индикации.Чувствительные элементы обоих термометров 1 и 15 сопротивления и рабочий спай термоэлектрического преобразователя 13 помещены в среду измеряемой температурой.Цифровой измеритель температурыработает следующим образом.Напряжение на выходной диагоналитермочувствительного моста равнонулю при начальной температуре рабочего диапазона, и с ее повышениемнелинейно возрастает ( фиг,2 а ). характер нелинейности выходного напряжения моста таков, что для его линеаризации из него необходимо вычестьнекоторое корректирующее напряжение,равное разности между напряжениемОц(й), и линейно зависящим от температуры, напряжением О(фиг,2 б ).Для формирования такого напряженияв схеме измерителя исполлзуется до-полнительный термоэлектрический преобразователь 13, термо-ЭДС которогозависит от температуры по закону,который описывается вогнутой кривой(фиг.2 в), Суммарное напряжение на з 0дополнительном термометре 15 сопротивления и образцовом резисторе 6О(й) описывается выпуклой кривой(фиг.2 в ). Разность термо-ЭДС Е(й)и напряжения О(й) равна нулю в на- З 5чаде и конце диапазона измерениятемпературы, поскольку напряжениеОз(й) выбрано равным термо-ЭДС Е(й).при конечной температуре диапазона,По абсолютной величине это разностное напряжение больше погрешности 4 О при любом значении температуры в пределах рабочего диапазона. тики О,(й) достигается благодаряналичию в двух смежных плечах мостацепочек, состоящих из зашунтированных резисторами 3 и 4 последовательно соединенных постоянных 5 и 6 ипеременных 7 и 8 резисторов. Движкипеременных резисторов 7 и 8 механически связаны между собой, что является необходимым для того, чтобы приО изменении сопротивления плеч мостаоно было одинаковым для обоих плеч.Регулировкой степени нелинейности выходного напряжения Отермочувствимтельного моста можно добиться того,15 что разность д О(й) станет больше напряжения О(й) при любом значении температуры в пределах рабочего диапазона (фиг,2 а,б и фиг.3 а),Плавкой регулировкой степени не 20 линейности напряжения можно достичьтого, что при некотором значении сопротивления плеч моста его выходное напряжение отличается от линейного на величину, равную О(й), при 25 чем эти значения будут равны не менее,чем при двух значениях температуры впределах. рабочего диапазона (фиг.3 б).Остаточная погрешность линейностив таком случае будет равна нулю в на 45.Чтобы уменьшить это напряжение, надо изменить параметры схемы, дополнительный термометр 15 сопротивленив и образцовый резистор 16, изменяя степень нелинейности выходного напряжения, Однако гораздо удобнее50 регулировать степень нелинейности выходного напряжения термочувствитель" ного моста, изменяя сопротивление двух смежных его плеч на одинаковую величину, При этом не нарушается ни равновесие моста, ни его температурная чувствительность. Плавная регулировка степени нелинейности характерисчале, конце и двух значенйях температуры внутри рабочего диапазона(,фиг.3 в), Нелинейность напряжения, приао" женного к входу усилителя 14, на промежутках между этими температурами минимальна, что обеспечивает воэможность резкого повышения точности измерения температуры.Собственные погрешности усилителя постоянного тока и аналого-цифрового преобразователя значительно меньше остаточной погрешности линейности, поэтому не оказывают влияния на результирующую погрешность измерения температуры, Благодаря линейному характеру зависимости информативного сигнала на входе усилителя, на выходе аналого-цифрового преобразователя 21 измерительная информация представляется в виде цифрового кода, который при подаче на блок индикации обеспечивает цифровой отсчет реэультата измерения температуры непосредственно в градусах Цельсия с высокой точностью.Предлагаемый измеритель предназначен для использования метрологического обеспечения температурных измерений в различных отраслях про949349 мышленности. Особенно эффективно использование его при многоточечном контроле температуры в технологических процессах, требующих высокой точности измерения и высокого быстродействия.Предлагаемый измеритель обеспечит значительный технико-экономический эффект при внедрении его для температурного контроля термообра- о ботки изделий из алюминиевых сплавов, он может быть получен за счет повышения качественных характеристик изделий благодаря повышению точности измерения температуры. 15 формула изобретения 8ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения температурыв измеритель введены переменные ограничительные резисторы, движки которых механически связаны междучсобои, подключенные последовательно с дополнительным термометром сопротивления и образцовым резистором к стабилизированным источникам питания, а в диагональ питания и смежные плечи термочувствительного моста постоянного тока включены цепочки, состоящие из зашунтированных резисторами последовательно соединенных постоянных и переменных резисторов, причем движки переменных резисторов включенных в смежные плечи моста, механически соединены между собой.Цифровой измеритель температуры, щ содержащий термочувствительный мост постоянного тока с термометром сопротивления в одном из плеч, термоэлек. трический преобразователь, усилитель постоянного тока,к выходу которого 2 з подключен аналого-цифровой преобразователь, .образцовый резистор и дополнительный термометр сопротивления, подсоединенные к стабилизированным источникам питания, о т л и - зв Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЮ 309257, кл. С О 1 К 7/20.2, Авторское свидетельство СССРй 316945, кл, 6 01 К 7/02, 1970.3. Авторское свидетельство СССРЮ 463007, кл. О 01 К 7/00, 1972.4Авторское свидетельство СССРпо заявке Н 2910953/18-20,кл, 6 01 К 7/00, 17.04.80 (прототип).3035 ППП "Патент", г, Ужгород, ул ил ектная Тираж 88 Государственного лам изобретений и Москва, Ж, РаПодписноомитета СССРоткрытийшская наб д. 4/5