Устройство для измерения температуры

(19) О 4(51) С 01 16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им,Ленинскогокомсомола и Мукачевский приборостроительный завод Мукаченприбор(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 922534, кл. С 01 К 7/16, 1980.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 362721/24-10,кл. С 01 К 7/16, 1983.3. Авторское свидетельство ССпо заявке У 3610371/24-10,кл. С 01 К 7/16, 1983 (прототип).(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобразонатель сопротивления, соединенный .первым потенциальным приводомс пернйм неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт.которого подключен к первому входудиЬЬеренциального сумматора, первыйобразцовый резистор, соединенный первым выводом с вторым токовым проводомтермопреобразователя сопротивления,ввторой переключатель, источник тока,первый вывод которого соединен спервым токовым выводом второго образ.цового резистора, повторитель напряжения, вход которого соединен с потенциальными выводаии второго образцового резистора, а выхоц подключенк опорному входу преобразователянапряжения в интервал вреиени, первыйвход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход подключен к первому входу блокауправления, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выходы подключены к управляющему входу схемы линеаризации, индикатору знака температуры и первымвходам двух селекторов, вторые входыкоторых соединены с ныходами генератора опорной частоты, а выходы соответственно подключены к входам реверсивного счетчика и входу схемы линеаризации, выход которой соединен сцифровым отсчетным устройствои,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения,н него введен третий переключатель,управляющий вход которого соединенс выходок блока управления, входысоединены. соответственно с вторымивыводами источника тока и второгообразцового резистора, а выходысоответственно подключены к первомутоковому проводу термопреобразователясопротивления, соединенному с вторымнеподвижным контактом первого переключателя, и второму входу дифференциального сумматора, соединенному свторыи выводом первого образцовогорезистора, первый вывод которого соединен с первым неподвижным контактом второго переключателя, выход которого подключен к земляной шине устройства, а второй неподвижный контактсоединен с вторым потенциальным про"водом термопреобразонателя сопротин"ления и третьим входом дифференциального сумматора, четвертый входкоторого соединен с земляной шинойустройства, а выход подключен к входу1154553 источника напряжения смещения, приэтом выход генератора опорной частотычерез блок управления подключен кдополнительному входу преобразователянапряжения в интервал времени. 2, устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дифференциальный сумматор содержит четыре операционных усилителя с гальвани- чески разделенными источниками пита" ния, неинвертирующие входы которых соединены со средними точками своих источников питания, и три образцовых резистора, при этом инвертирующие входы первого, второго и третьего операционных усилителей соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами дифференциального Изобретение относится к температурным измерениям и может быть исполь.эовано при создании цифровых щитовыхИзмерительных приборов, работающихв комплекте с термопреобразователямисопротивления, вкдюченными как потрех-, так и по четырехпроводнойсхеме,Известно устройство для измерениятемпературы, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенныйпо трехпроводной схеме, эталонныйрезистор, переключатель, источниктока, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к 1входу реверсивного счетчика, соединенного с блоком индикации И .Однако это устройство не обеспечивает высокой точности измерениятемпературы иэ-за низкой помехозащищенности, дрейфа напряжения смещениясравнивающего устройства аналого-циф.рового преобразователя, влияния нарезультат измерения изменения сопротивления соединительных проводов,Известно устройство для измерениятемпературы, содержащее термопреобразователь сопротивления, первыйвывод которого через первый соединительный провод подключен к первому 30выводу источника тока, а второй выводчерез второй соединительный провод и сумматора, четвертый вход которогосоединен с неинвертирующим входомчетвертого операционного усилителя,выходом третьего операционного усилителя и через первый образцовый резистор подключен к неинвертирующемувходу второго операционного усилителя,выход которого соединен с выходомпервого операционного усилителя инеинвертирующим входом четвертогооперационного усилителя, выход которого подключен к выходу дифференциального сумматора и через второйобразцовый резистор соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, причем третий образцовыйрезистор включен между неинвертирующими входами первого и третьего операционных усилителей. последовательно соединенные первый и второй образцовые резисторы подключен к второму выводу источника тока, повторитель напряжения, вход которого соединен с выводами второго образцового резистора, а выход подключен к преобразователю напряжения в интервал времени, источник напряжения смещения, два селектора, реверсивный счетчик, генератор счетных импульсов, схему линеариэации, цифровое отсчетное устройство, два переключателя, два поляризованных реле и суммирующее устройство и .В этом устройстве выводы термопреобразователя сопротивления и первого образцового резистора подключены соответственно к контактам поляризованных реле, что позволяет в процессе работы устройства исключать термопреобраэователь сопротивления и образцовый резистор иэ измерительной цепи и тем самым формировать сигнал, пропорциональный падению напряжения на соединительных проводах, который необходим для исключения влияния изменения сопротивления соединительных проводов на результат измерения,Однако в этом устройстве не устра.няется влияние на результат измерения термо-ЭЛС, возникающих в местах контакта соединительных проводов. Кроме того, для его нормальной работы необходимо, чтобы одно поляризованное реле находилось в непосредственной близости от термопреобразователя сопротивления, что в ряде случаев невозможноНаиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для измерения температуры, со О держащее термопреобра ователь сопротивления, соединенный первым потенциальным проводом с первым неподвижным контактом первого переключателя, подвижной контакт которого подключен к 15 первому входу дифференциального сумма. тора, первый образцовый резистор, соединенный первым выводом с вторым токовым проводом термопреобразователя сопротивления, второй переключатель, источник тока, первый вывод которого соединен с первым токовым выводом второго образцового резистора, повторитель напряжения, вход которого соединен с потенциальными выводами вто- щ рого образцового резистора, а выход подключен к опорному входу преобразователя напряжения в интервал времени, первый вход которого соединен с выходом источника напряжения смеще-З ния, а выход подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выходы подключены к управляющему входу схемы линеариэа 35 ции, индикатору знака температуры и первым входам двух селекторов, вторые входы которых соединены с выходами генератора опорнойчастоты, а выходы соответственно подключены к входам реверсивного счетчика и входу схемы линеариэации, выход которой соединен с цифровым отсчетным устройством 131.В известном устройстве преобразо ватель температуры в интервал времени выполнен на основе интегратора с нуль- органом, преобразователь сопротивления включен по трехпроводной схеме. В нем осуществляется коррекция аддитивной 50 составляющей погрешности, обусловленной дрейфом эквивалентного напряжения .смещения преобразователя напряжения в интервал времени, коррекция мультипликативной составляющей погрешности 55 обусловленной изменением значения тока в измерительной цепи. Однако в нем не устраняется погрешность измерения, вызванная наличием паразитныхтермо-ЭДС в цепи термопреобразователя, кроме того, оно требует равенства сопротивлений соединительныхпроводов и не позволяет обеспечитьвысокой точности измерения при работе с термопреобраэователями сопротивления, включаемыми по четырехпроводнойсхеме. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. Поставленная цель достигается тем, что для измерения температуры,. содержащее термопреобразователь сопротивления, соединенный первым потенциальным проводом с первым неподвижным контактом первого переключателя, подвижный контакт которого подключен к первому входу дифференциального сумматора, первый образцовый резистор, соединенный первым выводом с вторым токовым проводом термопреобразователя сопротивления, второй переключатель, источник тока, первый вывод которого соединен с первым токовым выводом второго образцового резистора, повторитель напряжения, вход которого .соединен с потенциальными выводами второго образцового резистора, а выход подключен к опорному входу преобразователя напряжения в интервал времени, первый вход которого соединен с выходом источника напряжения смещения, а выход подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, а выходы подключены к управляющему входу схемылинеаризации, индикатору знака температуры и первым входам двух селекторов, вторые входы которых соединены с выходами генератора опорной частоты, а выходы соответственно подключены к входам реверсивного счетчикаи входу схемы линеариэации, выходкоторой соединен с цифровым отсчетнымустройством, введен третийереключатель, управляющий вход которогосоединен с выходом блока управления,входы соединены соответственно свторыми выводами источника тока ивторого образцового резистора, авыходы соответственно подключены кпервому токовому проводу термопреобразователя сопротивления, соединенному с вторым неподвижным контактомпервого переключателя, и второмувходу дифференциального сумматора, 1154553соединенному с вторым выводом перво"го образцового резистора, первыйвывод которого соединен с первымнеподвижным контактом второго переключателя, выход которого подключен 5к земляной шине устройства, а второйнеподвижный контакт соединен с вторымпотенциальным проводом термопреобра 1зователя сопротивления и третьимвходом дифференциального сумматора, 10четвертый вход которого соединен сземляной шиной устройства, а выходподключен к входу источника напряжения смещения, при этом выход генератора опорной частоты через блок управления подключен к дополнительномувходу преобразователя напряжения винтервал времени,Кроме того, дифференциальныйсумматор содержит четыре операционных усилителя с гальванически разде-,ленными источниками питания, неинвертирующие входы которых соединены сосредними точками своих источниковпитания, и три образцовых резистора, 25при этом инвертирующие входы первого, .второго и третьего операционных усилителей соединены соответственно спервым, вторым и третьим входамидифференциального сумматора, четвер- щтый вход которого соединен с неинвертирующим входом четвертого операционного усилителя, выходом третьего операционного усилителя и через первыйобразцовый резистор подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого соединен с выходом первого операционногоусилителя и инвертирующим входом чет.вертого операционного усилителя,выход которого подключен к выходудифференциального сумматора и черезвторой образцовый резистор соединенс инвертирующим входом операционногоусилителя, причем третий образцовыйрезистор включен между неинвертирующими входами первого и третьегооперационных усилителей.На фиг, 1 изображена структурнаясхема устройства для измерения темпе- уратуры; на фиг. 2 - схема дифференциального сумматора.Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, первый токовый провод 2, первый 3 и второй 4потенциальные соединительные провода, второй токовый соединительный провод 5, первый б и второй 7 образцовыена второй входОаро 1 ае 1 у на третий вход 0 О(2)- ток в измерительнойцепи;- соответственно сопгде Тр т и 11 о ротивления термопреобразователя сопротивления и первогообразцового резистора 6;, н у - соответственно сопротивления первого ивторого токовых проводов,При работе с термопреобразователями сопротивления, включенными по четырехпроводной схеме, подвижные контакты переключателей 9 и 10 перерезисторы, источник 8 тока, первый 9, второй 10 и третий 11 переключатели, дифференциальный сумматор 12, источник 13 напряжения смещения, повторитель 14 напряжения, преобразователь 15 напряжения в интервал времени, генератор 16 опорной частоты, селекторы 17 и 18, блок 19 управления, индикатор 20 знака температуры, схему 21 линеаризации, цифровое отсчетное устройство 22 и реверстивный счетчик 23.Дифференциальный сумматор содержит первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 операционные усилители и три образцовых резистора 28-30, Первый 31, второй 32, третий 33 и четвертый 34 входы дифференциального сумматора соответственно соединены с инвертирующими входами первого, второго, третьего и неинвертирующим входом четвертого операционных усилителей, выход дифференциального сумматора 35 соединен с выходом четвертого операционного усилителя 27,Устройство работает следующим образом.При работе с термопреобразователями сопротивления, имеющими трех- проводную линию связи, первый потенциальный провод 3 отсутствует, а переключатели 9 и 10 переводятся в верхнее по схеме положение, Относительно общей точки устройства на первый вход дифференциального сумматора поступает напряжение0 = 1 рВтд 1)(1)1154553 водятся в нижнее по схеме положение.Относительно общей точки на первыйвход сумматора подается напряжение 11(3) 5 Измерение производят в два цикла.В исходном состоянии реверсивный счетчик и цифровое отсчетное устройство обращены в нуль, через термопреобразователь протекает ток 1 Р в прямом направлении.В первом цикле напряжение, поступа. ющее на вход преобразователя 15 напряжения в интервал времени, преобразуется в интервал времени на второй вход(4) на третий вход 10(5) О =1 Р Уяе При изменении направления протека ния рабочего тока на выходе дифференциального сумматора получим напряже- ние Дифференциальный сумматор собранна операционных усилителях с гальванически развязанными цепями питания. Первый 24 и второй 25 операционные усилители представляют собойпреобразователи напряжение-ток, третий операционный усилитель 26 - повторитель напряжения, четвертый 27преобразователь ток-напряжение,Сопротивления резисторов 29 и 30равны между собой. Выходное напряжение дифференциального сумматораопределяется. выражением,И 1- соответственно сопротивления резисторов29 и 28,При трехпроводном включении навыходе дифференциального сумматорабудет напряжение( вых ъ 0(т о 3 й виу (7) при четырехпроводном включении где Ь - приведенная к выходу диф-Ференциального сумматорапогрешность, обусловленнаядрейфом эквивалентного нап ряжения смещения дифференциального сумматора, наличием термо-ЭДС на переходных контактах линии связии входными токами дифферен фциального сумматора, протекающими через измерительную цепь. вх "вых см (11) где О - напряжение источника 13напряжения смещения;(1 о - опорное напряжение преобразователя 15 напряжения винтервал времени, Формируемое на выходе повторите.- ля 14.На протяжении времени, Т на суммирующий вход реверсивного счетчика 23поступают импульсы частотой хо с генератора 16 опорной частоты. По окончании первого цикла преобразования вреверсивном счетчике запишется число8 = 10Т, и по команде, поступающейс блока 19 управления, переключатель11 произведет реверс тока в измерительной цепи.Между концом первого и началомвторого цикла преобразования выдерживается некоторая пауза, достаточнаядля завершения переходных процессов,вызванных реверсом тока в измерительной цепи,Во,втором цикле производится преобразование в интервал времени напряжения. В результате преобразования Формируется интервал временивх в сС началом времени Т на вычитающийвход реверсивного счетчика 23 проходят импульсы с генератора 16 опорнойчастоты, После прохождения на реверсивный счетчик 11, импульсов на еговыходе сформируется сигнал обнуления,который поступит на блок 19 управления и прохождение импульсов черезселектор 18 прекратится, В промежутке времени между окончанием интервала времени Т и обнулением реверсивного счетчика 23 через селектор 17тьу; б) нестабильность коэффициента усиления дифференциального сумматора; в) нестабильность коэффициента преобразователя напряжения в интервал времени Р.; г) нестабильность резисто ров; д) дрейф эквивалентного напряжения смещения повторителя напряжения; е) нестабильность коэффициента усиления повторителя напряжения,Если применить преобразователь 1 О напряжения в интервал времени двух- тактового интегрирования и длительность первого такта преобразования задавать частотой 1 , то погрешности от нестабильности не возникнет, 15 Составляющие погрешности, отмеченные в пунктах б, в, г, е, определяются характеристиками применяемых вустройстве резисторов и при использовании манганиновых резисторов не превысят всумме 0,013. Если падение напряжения в резисторе 1 0 = Оо = 5 В, то при использовании в повторителе напряжения операционного уси лителя широкого применения, для которого температурный дрейф напряжения смещения обычно составляетф20 мкВ/ С, а временной не превышает 200 мкВ/1000 ч, погрешность, обусловленная дрейфом эквивалентного напря-. жения смещения, в температурном диапазоне 0-(+40) С за несколько тысяч часов не превысит уровня 0,022. Высокая стабильность характеристик предлагаемого устройства позволяет увеличить время работы без подстроек до нескольких тысяч часов.,Редактор А. Козори Заказ 27 Ти одписное иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Го по дела3035, Иоск аж 897дарственноизобретенийЖ, Ра комитета СССРи открытийская наб., д, 4/5