Устройство для измерения температуры
Изобретение относится к области контроля температуры и может быть использовано в системах контроля и управления технологическими процессами. Устройство при относительной простоте имеет высокую чувствительность и абсолютную линейность шкапы. Повышение чувствительности достигается применением мостовой схемы с двумя термопреобразователями в противоположных плечах. Линейность устройства обеспечивается питанием мостовой схемы от источника тока. Непосредственное подключение выходного операционного усилителя к измерительной диагонали моста позволяет получить высокую чувствительность и не предъявлять высокие требования к элементам устройства. 1 ил.
СО<03 СОЕ<ЕТСКИХ
СО! ИАЛИСТИЧЕСКИХ
PFC <яу G 01 К 7/16 ГОСУДАРСТВЕННо <Л КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ABTOPCKOMY СЗИДЕТЕЛЬС ВУ (21) 4870004/10 (22) 27.09.90 {46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Институт проблем управления (72) А.T.Ïàñå÷íèê, Б.П.Петлеванав, Г.Г.Харченков и А.Б.Шубин (56) 1, Авторское свлдетельство СССР М 815523, М КИ G 01 К 7/20, 1981, 2, Авторское свидетельство СССР I+ 1249348, Mi {54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУВЕР - ÍÈß ТЕМПЕРАТУРЫ Ы (57) Изобретенле а<носится к области контроля температуры M мажет быть использовано Изобретение относится к области измерительной техники и, в частности к устройствам <лзмерения температуры с помощью термопреобразователей сопротивления. Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, сопротивлен<ля, источник тока, пять резисторов и измерительный прибор (1j. 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 (2), содержащее источник опорного напряжения, отрицательный вывод которого соединен с общей шиной, резистивный мост с двумя „- Б,, 1760374 Al в системах контроля и управления техно loгическими 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 подклю <ение выходного операционного усилителя к измерительной диагонал< моста позволяет получить высокую чувствительйость и не предъявлять высокие требования к элементам устролства, 1 ил. резисторами и первым термапреобразователем, 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. Недостатком этого известного устрой- Сд ства для измерения температуры, содержащего один термопреобразователя ф, температуры, является невысокая точность. Это обусловлено тем, что сигнал с выхода 4 1 усилителя, имеющий приращение, пропорциональное изменению сопративлени,: термопреобразователя, падается на измерительную диагональ с коэффициентам существенно меньшим единиць, чта понижает чувствительность устройства, а, следовательно, и точность. Кроме того, от источника опорного напряжения берется ток значительной величины, что усложняет схему источника. Это устрсйства да;.ж <о пи1750374 таться от двух источников разной полярности, присоединенных к общей шине. Цель изобретения — повь;шени: чувствительности и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содер>кащее 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, третий 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, неинвертирующий 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 лоста. Подключение второй точки измерительной диагонали моста непосредственно к суммируюгцей точке второго операционного усилителя приводит к тому, что при разбалансе лоста на суммирующую точку течет значительный ток, который удваивается в рсзультагtå включения BTQpQlQ термопреобразова ля и линеаризуется токовым резистором. Э э г ток без каких-либо дополнительнь х ус, литсльных схем и связанных с ними погрешностей индицируется измерителем тока в цепи обратной связи второго операционного усилителя, Оригинальное подключение входов 5 операционных усилителей позволяет питать устройство от одного источника питания (в прототипе — два источника питания), Источник опорного напряжения работает беэ нагрузки током, что позволяет упростить его 10 конструкцию. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства для измерения температуры. 15 Устройство содержит операционные усилители 1 и 2, источник питания 3, источник опорного напряжения 4, резисторы 5 и 6, 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 выходе 25 поддерживается на таком уровне, чтобы ток от второй точки питания моста Ig через сопротивление Rg равнялся постоянной величине IgRg=U0, R7=R8=Ro+ Л Целесообразно выбирать Й5=Вб=Во 50 По закону Киргофа для точек ". и 2 измерительной диагонали можно написать! т=!8: 5= 8+1ю. 55 ,Цля точки 2 питания моста имеет соотношение I9=16+i8. где 34 — напря>кение источника опорного напря <ения. Целесообразно выбирать 0о = 0,5Vn, Где Vn — напряжение источника 35 питания, равное номинальной разности питающих напряжений используемых типов операционных усилителей. Второй операционный усилитель образует такой TQK в цепи обратной связи I1p, чтобы напряжение во 40 второй точке измерительной диагонали равнялось бы напряжению в первой точке, Обозначим 1760374 I 5R p= l 7(R p+ 4 Ю; ! 6(Rp+ Л й)=!6Rp. 10! 7=16 5=! 6+110 ! 9= l 6+ l 6 15 В о =17 Я о+ Л R) l6(Rp+ Л R) =-16Rp hR Ig 11О = 20 AR lg 20 l",o +— Ro 1 o Кроме того, из условия равенства потенциалов в точках 1 и 2 измерительной диагонали имеем соотношения: Таким образом получаем систему уравнений . Здесь Ig=const. Разрешая систему относительно тока! <0, получим Изобретение иллюстрируется следующими примерами для медных термопреобразователей — Л R/ 0,0004 1/ С. Приняв ig=10 мка, получим чувствительность 40 мка/ С. Если используется микроамперметр со шкалой 100 мка, то вся шкала устройства будет равна 2,5 С, причем это получено без применения дорогих высокоточных усиливающих элементов. Как видно из схемы, основную погрешность измерения дает дрейф смещения второго операционного усилителя, Проводя аналогичные выкладки, с учетом смещения получим где D смещение входных напряжений операционного усилителя. Пусть Rp=100 ом, 25 Для общедоступных, дешевых операционных усилителей D=-50 MKB/" С, тогда погрешность от прогрева схемы составит 0,025" С/ С, что и показывает качество и точность схемы, Таким образом, несмотря на простоту схаMû и отсутствие высокото ныx элементов, настоящее устройство для измерения температуры, как это показано выше, имеет высокую чувствительность и точность измерения. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее источник опорного напряжения, отрицательный гыход 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 и ч а ющее ся тем, что, с целью 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 связл 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 положительным выходом источника опорного напряжения, а выход — с первой точкой диагонали питания моста. 176О374 Составитель А.Шубин Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И.Муска Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3180 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Х<-35, Раушская наб., 4/5 м.
