Устройство для измерения температуры
Изобретение относится к области измерения температур и позволяет повысить точность измерения за счет увеличения помехоустойчивости при использовании платиновых термопреобразователей сопротивления . Источник 7 тока вырабатывает стабильный ток, который протекает последовательно по эталонному резистору 5, второму проводу 3 линии связи, термопреобразователю сопротивления (ТС) 1, первому проводу 2 линии связи. Сигнал поступает через неинвертирующий усилитель 10 на вход измерительного усилителя 13. Коэффициенты усиления по входам измерительного усилителя 13 подбираются расчетным путем , что обеспечивает линеаризацию выходного сигнала измерительного усилителя, пропорционального температуре. 1 ил. ё а 00 NJ 00 hO оо
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 К 7/16
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ЬЗ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4686499/10 (22) 28.04,89 (46) 07.10.91. Бюл. hL 37 (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению и средствам автоматизации (72) Н.И. Коровин (53) 536.53 (088,8) (56) Заявка Великобритании М 1443241, кл. G 01 К 7/16, 1976.
Авторское свидетельство СССР
М 1249348, кл. G 01 К 7/16, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к области измерения температур и позволяет повысить
„„. Ж„„1682828 А1 точность измерения за счет увеличения помехоустойчивости при использовании платиновых термопреобразователей сопротивления. Источник 7 тока вырабатывает стабильный ток, который протекает последовательно по эталонному резистору 5, второму проводу 3 линии связи, термопреобразователю сопротивления (TC) 1, первому проводу 2 линии связи. Сигнал поступает через неинвертирующий усилитель 10 на вход измерительного усилителя 13. Коэффициенты усиления по входам измерительного усилителя 13 подбираются расчетным путем, что обеспечивает линеаризацию выходного сигнала измерительного усилителя, пропорционального температуре. 1 ил.
1682828
02 = 0.5U2;
R89-0,5 R8 (6) l9
l8 -=
Й8 (8) l8- 19=
x(l+ 18- 19) 50
02 — .02
R8+ R9
55 (9) х (I+ 18- 19).
Из выражения (9)
18 -!9 (2) Изобретение относится к области измерения температуры с использованием платиновых термопреобраэователей сопротивления.
Цель изобретения — повышение точности измерения.
На чертеже приведена электрическая схема устройства.
Устройство для измерения температуры содержит платиновый термопреобразователь 1 сопротивления, подключенный с помощью первого, второго, третьего проводов 2, 3 и 4 линии связи, эталонный резистор 5 (при этом элементы 1 — 5 образуют термочувствительный полумост 6), источник.
7 тока, резистивный делитель, состоящий иэ первого и второго резисторов 8 и 9, неинвертирующий усилитель 10 с входом 11 и выходом 12, измерительный усилитель 13 с инвертирующим входом 14, неинвертирующим входом 15 и выходом 16, совпадающим с выходом устройства.
Неинвертирующий усилитель 10 состоит иэ операционного усилителя 17 и резистивного делителя на резисторах 18 и 19.
Измерительный усилитель 13 состоит из операционного усилителя 20, резистивного делителя на четырех резисторах 21-24 и двух резисторах 25 и 26, На входе 11 неинвертирующего усилителя 10 действует напряжение 01, равное сумме падений напряжения на элементах 1 и 2, на выходе(и на входе 14) измерительного усилителя 13 — напряжение 02, на входе
15 измерительного усилителя 13 — напряжение U3, на выходе 16 измерительного усилителя 13 — напряжение 04, которое подается на выход устройства.
Устройство работает следующим образом.
Источник 7 тока вырабатывает стабильный ток, который последовательно протекает по эталонному резистору 5, второму проводу 3 линии связи, термопреобраэователю 1 сопротивления, первому проводу 2 линии связи. На основании правил эквивалентных преобразований источник напряжения 02 и реэистивный делитель 8. 9 можно преобразовать в эквивалентную сумму с напряжением: и выходным сопротивлением
R S, 9 = Й811Й9
Й8 R9
40 где Й811Й9 — сопротивление R8,9, равное сопротивлению параллельно соединенных резисторов 8 и 9.
Целесообразно принять R8" R9, тогда из формул (1) и (2) Далее можно записать следующие равенства: 01 =(! +18 — 19)(Й1+ R2); (3)
U3 = (l + IS - 19)(Й1 + R2 + ЙЗ) + IR5; (4) 02 = .01 (— +1 );
R19
18 т
02 — I + 18 — 19 R1 + R2 + ЙЗ
R8 (7) где I — ток источника тока.
Подставив выражение (3) в,равенство (5), а результирующее равенство в равенство (7), получают (1+ 18 — 19) ((Й1+ Йг) — „, - Йз)
R18
Вычитают равенство (6) из равенства (8) с учетом R8- R9, при этом (Й1+Йг) — -Йз-(R1 +R2+R3) Й8 (R1 + R2 ) (— — 1 ) -2ЙЗ
R18
1682828
К15
К14 (16) (R1+ R2)(— 1) 2В3
R8-i (R I + R2 ) (— — 1 ) — 2R3
R18
R19 (10) U4 = 2 К14 Ix
В выражении (10) сопротивления первого и второго проводов линии связи равны, т,е. R2= R3. . 10 0,5 R8 — R1 (17) — =3..
Й18
R19
R1 8 9 0,5RS R1
25 R Йв в, - R1 т-- —. (18) 0,5 RS
0,5 R8 — R1
U4 К14 (К14 03 — 02 ) =
К15 (20) R8 = 2Кш, К15 0,5 RS
+ К14 R5)+K14 I 05RS R1 х
15) 50 04 = 2R141(R5" R() (21) х (2 — — 4)R2, К15
К14
Rt Ru
Ri-—
e — а (22) Анализ выражения (10) показывает, что для исключения влияния R2, R3 на результирующий ток линеаризации t8 — 19 необходимо выполнить соотношение
С учетом равенства (11) можно переписать формулу (10) в виде
Подставив равенства (11) и (12) в выражения (3-5), можно получить
U2-4 05 RS — В1 (R1 +R2) 1; (13) ! х (R1+ R2+ R3) + R5) I, (14) Обозначим коэффициенты усиления измерительного усилителя 13 по входу 14 через К14, а по входу 15 — через К15, тогда
0,5 R8 К15
=К14 ° ((4 4)R1+
; где К14/К15 -модулыкоэффициента усиления.
В выражении (15) второй член является паразитным, зависящим от сопротивления провода линии связи. Для исключения этого члена необходимо выполнить соотношение
С учетом выражения (16) формулу (15)
5 можно переписать к виду
Как известно, номинальная статическая характеристика преобразования платинового термоп реобраэо вателя со15 противления является нелинейной.
Платиновый термонреобразователь сопротивления R1 - Rt может быть представлен с погрешностью не более 0,1 С в диапазоне температур 400 С идеализиро20 ванным (линейным) термопреобраэователем R<, зашунтированным шунтирующим резистором R в соответствии с равенством
Подставив равенство(18) в зависимость (17), получают
014 =
- гКМ(Я5- 1 1 1 ) . (19)
35 Й йщ 0,5 й8
Для полной линеаризации сопротивление R8, как следует иэ зависимости (19)>необходимо принять равным
40 где R> — шунтирующий резистор, известный заранее для того или иного диапазона иэме45 ряемых температур, среднее значение которого ориентировочно равно 2,6 кОм.
Подставив равенство (20) в выражение (19), получают где Rr — сопротивление линейного (идеализированного) термопреобраэователя сопротивления, определяемое на основании
55 формулы (18) следующим образом:
1682828 где Кс — реальная зависимость платинового термопреобраэователя.
Как известно, для линеаризованного термопреобразователя сопротивления имеет место соотношение ются синхронно одним из резисторов: R25— в сторону увеличения, R26 — в сторону уменьшения. В практических схемах один из резисторов может отсутствовать (закорочен перемычкой). В других вариантах оба резистора R25, R26 могут быть заменены одним переменным резистором, включенным по схеме потенциометра. Полную передаточную характеристику устройства можно получить путем подстановки выражения (26) в равенство (24), что дает
10
Rt- =P T, (23) где Т вЂ” абсолютная температура;
j3 — коэффициент, равный ориентировочно 0,44 Ом ОС
С учетом выражения (23) равенство (21) можно записать в аиде
U4= -2К14 P A Т, (24) 15 где ЛТ вЂ” температура, С.
Сформированные требования к измерительному усилителю 13 реализует изображенная на чертеже схема. В ней необходимо выполнить соотношения
R21 = R22; R23 = R24.
Анализ показывает, что для этого измерительного усилителя справедливо соотношение
U4 = K14(2U3 — 02) =
= К14 U3 — (U2 — U3) =
R25+0,5 R21 +1) (203- U2), (25)
R26+ 0,5 R23
К14 — R25 + 0,5 R21 1
826 + 0,5 R23 (26) Целесообразно принять R21 =- R23.
С учетом этого выражение (25) примет вид
Коэффициенты усиления измерительного усилителя 13 по входам 14 и 15 регулируСоставитель В.Ярыч
Техред M.Ìîðãåíòàë
Корректор Н.Король
Редактор С.Пекарь
Заказ 3404 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, >l(-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Формула изобретения
Устройство для измерения температуры, содержащее источник тока, термопреобраэователь сопротивления, подключенный первым выводом к первому правоДу линии связи, вторым выводом — к второму и третьему проводам линии связи, эталонный резистор, первым выводом подключенный к второму проводу линии связи, а вторым выводом — к выходу источника тока, . резистивный делитель напряжения, первым выводом соединенный с общей шиной устройства, и измерительный усилитель, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а.ю,щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в нега введен усилитель, первым входом подключенный к третьему проводу линии связи, при этом измерительный усилитель первым входом подключен к выходу источника тока, вторым входом — к выходу усилителя, подключенному к резистивному делителю напряжения, средняя точка которого соединена с вторым проводом линии связи, своим третьим входом соединен с вторым входом усилителя и общей шиной устройства и подключен к первому проводу линии связи.
