Пристрій для вимірювання температури

Устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, подсоеди ненный первым выводом к неинвертирующему входу преобразователя напряжение - ток и соединенный вторым выводом через пер вый резистор с первым выводом второго резистора и с инвертирующим входом пре образователя напряжение-ток, подключен ного первым выходом ко второму выводу второго резистора и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с катодом стабилитрона, подключенного анодом через шунт к отрицательной шине питания, и стабилизатор напряжения, подсоединенный входом к положительной шине питания, причем первый выход стабилизатора напряжения соединен со вторым выводом датчика температуры, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в него введены источник опорного напряжения, подключенный первым выводом к аноду стабилитрона и соединенный вторым выводом с вторыми выходами преобразователя напряжения -ток и стабилизатора напряжения, инвертор, подсоединенный инвертирующим входом к катоду стабилитрона, и четвертый, пятый и шестой резисторы, причем источник опорного напряжения соединен с неинвертирующим входом инвертора, подключенною выходом к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого соединен через пятый резистор с инвертирующим входом преобразователя напряжения - ток и подсоединен, через шестой резистор к вторым выходам преобразователя напряжение-ток и стабилизатора напряжения. С Сл Изобретение относится к области электротехники, в частности к двухпроводным преобразователям, и используется для измерения температуры по двухпроводному методу Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу преобразователя напряжение-ток и соеди ненный вторым выводом через первый резистор с первым выводом второго резистора и с инвертирующим входом преобразователя напряжение-ток, подключенного первым выходом ко второму выводу второго резистора и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с катодом стабилитрона, подключенного анодом через шунт к отрицательной шине питания, и стабилизатор напряжения, подсоединенный входом к положительной шине литания. О 12757 причем первый выход стабилизатора напряжения соединен со вторым выводом датчика температуры. Недостатком известного устройства является отсутствие линеаризации номинальных статических характеристик термопар, используемых в качестве датчиков температуры, что приводит к высокой погрешности снимаемых с шунта сигналов и снижает точность измерения температуры, В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства измерения температуры при котором обеспечивается линеаризация сигналов и появляется возможность уменьшить погрешность и повысить точность измерения температуры. Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу преобразователя напряжение-ток и соединенный вторым выводом через первый резистор с первым выводом второго резистора и с инвертирующим входом преобразователя напряжение-ток, подключенного первым выходом ко второму выводу второго резистора и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого соединен с катодом стабилитрона, подключенного анодомчерез шунт к отрицательной шине питания, и стабилизатор напряжения, подсоединенный входом к положительной шине литания, причем первый выход стабилизатора напряжения соединен со вторым выводом датчика температуры, дополнительно введены источник опорного напряжения, подключенный первым выводом к аноду стабилитрона и соединенный вторым выводом с вторыми выходами преобразователя напряжения - ток и стабилизатора напряжения, инвертор, подсоединенный инвертирующим входом к катоду стабилитрона и четвертый, пятый и шестой резисторы, причем источник опорного напряжения соединен с неинвертирующим входом инвертора, подключенного выходом к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого соединен через пятый резистор с инвертирующим входом преобразователя напряжения - ток и подсоединен через шестой резистор к вторым выходам преобразователя напряжения - ток и* стабилизатора напряжения. Напряжение стабилизации стабилитрона имеет нелинейную зависимость от тока стабилизации. Введение источника опорного напряжения позволяет оыделить нелинейное приращение напряжения стабилизации стабилитрона при увеличении тока стабилизации и подать это приращение на вход инвертора, выходной сигнал которого через делитель, образованный четвертым, пятым и шестым резисторами суммируются с входным сигналом устройства. За счет этого 5 обеспечивается линеризация сигналов, появляется возможность уменьшить погрешность и повысить точность измерения температуры. На фиг.1 представлена функциональная 10 схема устройства для измерения температуры; на фиг.2 иЗ-графики, иллюстрирующие линеаризующие свойства заявляемого устройства. Устройство для измерения температуры 15 (фиг.1) содержит датчик 1 температуры, подсоединенный первым выводом к неинвертирующему входу преобразователя 2 напряжение-ток и соединенный вторым выводом через первый резистор 3 с первым выводом второго резистора 4 и с инвертиру20 ющим входом преобразователя 2 напряжение-ток, который подключен первым выходом ко второму выводу второго резистора 4 и к первому выводу третьего резистора 5. Второй вывод резистора 5 соединен с катодом стаби" литрона 6, подключенного анодом через шунт 7 к отрицательной шине питания. Стабилиза тор 8 напряжения подсоединен входом к по ложительной шине питания. Первый выход стабилизатора 8 напряжения соединен со 30 вторым выводом датчика 1 температуры, с катодом стабилитрона б и с инвертирующим входом 5 инвертора 9, не инвертирующий вход которого соединен с источником 10 опорного напряжения. Вывод инвертора 9 35 подключен к первому выводу четвертого резистора 11, второй вывод которого соединен через пятый резистор (12) с инвертирующим входом преобразователя 2 напряжение-ток и подсоединен через шес40 той резистор 13 к вторым выходам преобразователя 2 напряжение-ток, стабилизатора 8 напряжения и источника 10 опорного на пряжения, первый вывод которого подклю чен к аноду стабилитрона 6. 45 Устройство работает следующим образом. Сигнал с датчика 1 температуры поступает на преобразователь 2 напряжение-ток, коэффициент передачи которого опреде50 ляется соотношением резисторов 3, 12, 4, 5. Преобразователь 2 напряжение-ток преобразует выходной сигнал в токовый сигнал уровня 4-20 мА. протекающий через шунт 7. ее Ток данного уровня, протекая через стабилитрон 6 изменяет его дифференциальное сопротивление. Известно, что зависимость дифференциального сопротивления стабилитрона 6 от тока стабилизации имеет нелинейную зависимость 5. Напряжение, 12757 личину нелинейности, то необходимо регулировать значение f (t) при помощи коэффициента К. . Зная нелинейность термопары (ТП) J и 5 нелинейность стабилитрона 6 (j). вычисляем где Uon. - опорное напряжение, вырабаты- значение R12 ваемое источником 10 опорного напряжения (Uon равно напряжению стабилизации стабилитрона 6 при токе стабилизации 4 _ Rs мА); J . UBX-K + ДЦ-К' 10 I - ток через стабилитрон 6; J" Нд - дифференциальное сопротивление (4) стабилитрона 6. AUK'Rs На основании графических зависимостей формулы (1) можно определить величи15 ну нелинейности напряжения Ли. Для каждого конкретного типа стабиRuQ'AU-JAU) (5) литрона величина нелинейности имеет фикUK сированное значение в диапазоне заданных токов, колеблется в пределах от 5 до 20%, а В качестве стабилитрона 6 использован 20 знак нелинейности противоположен знаку стабилитрон типа КС191. Ли при изменении нелинейности семейства термопар с номи- тока через стабилитрон от 4 до 20 мА составнальными статическими характеристиками ляет 160 мВ. Нелинейность Ли при изменении (НСХ)типа: XK(L), ХК(Е), МК(Т), МК(М), ЖК(І), тока через стабилитрон 6 составляет 16%. ПР£В). Значения нелинейности НСХ термо- 25 В качестве примера рассмотрим попар для конкретного диапазона измерения грешность линеаризации характеристики температуры рассчитываются по данным, термопары типа ТХК с НСХ ХК (L), диапазон приведенным в ГОСТ 3044-84. измерения температуры 0-100°С. Сигнал с выхода инвертора 9 (- Д U) чеИсходные данные приведены в табл.1. рез делитель напряжения па резисторах 11, 30 В табл. 2 приведены данные стабилит13 поступает на инвертирующий вход преоброна. разователя 2 напряжение-ток через резистор Рассчитываем погрешность линеариза12, в результате чего ток, вырабатываемый ции в пяти точках, просуммировав соответпреобразователем 2 напряжение-ток, опрественно значения, приведенные в графах 3 деляем в следующем виде и 6 табл.1 и 2: 35 поступающее па инвертирующий вход инвертора 9 можно определить по формуле ли R5 1)0 + 0 = 0 мВ 2)-0,096+ 0,126 = 0,03 мВ 3) -0,124 + 0,124= ОмВ 4)-0,09+ 0,079 =0,012 мВ 5)0 + 0 = 0 мВ. (2) 40 UBX = f(t) - зависимость сигнала с Максимальная погрешность в положидатчика 1 (термопары) от измеряемой тельную область составляет температуры. _ 0,03 х 100 _ Д U = f (t) - зависимость сигнала на ста0,44%. V 6,86 билитроне 6 от измеряемой температуры 45 0,03 (протекающего тока). Выражение выходного тока можно представить в виде Максимальная погрешность в отрицательную область составляет ли, (3) 50 „_ 0, 012x100 _ 0,012 _п 1 Диых 6,86 Ul При идентичности нелинейности функций f(t) и f'(t) и с учетом противоположных Суммарная максимальная погрешность знаков нелинейности, просуммировав сла55 составляет гаемые в формуле (3) получаем нелинейную зависимость выходного тока от измеряемой J/+ І = 0,44 + 0,17 = 0,61% Изменяя температуры. нелинейность j" можно получить погрешность Так как термопэры имеют при различ1]э = ± 0.305%. Погрешность в ных диапазонах измерений различную ве 12757 результате линеаризации уменьшена в 6 раз. На фиг.2 представлено графическое изображение отклонения от линейности зависимости выходного сигнала ТП от температуры; компенсирующая нелинейность стабилитрона б и результирующая характеристика погрешности (заштрихованная область). На фиг.З представлено графическое 10 изображение погрешности для температуры типа ТХК с НСХ ХК (L), диапазон измерения температуры 0-600°С, нелинейность 3.5%, Как видно из графика, результирую 8 щая погрешность составляет ±0,14%. Погрешность в результате линеаризации уменьшена в 25 раз. В качестве инвертора 9 можно применить, операционный усилитель КР 140 УД1208 по схеме инвертирующего усилителя, а в качестве источника 10 опорного напряжения, резистивный делитель на резисторах типа С2-29В. В заявляемом устройстве за счет линеаризации сигналов и уменьшения погрешности повышается точность измерения температури. 15 Та б л и ц а 1 Температура t, °С Отклонение от линей- Отклонение от линей UDUX, MB ности, мВ ности, % j 25 1,619 -0,096 -1,399 50 75 100 3,306 5,055 6,86 -0,124 -0,09 0 -1,808 -1,312 0 Та б л и ц а 2 Температу Ток через ра измерения ТП, т., стабилитрон, мА °С 250 Отклоне Отклоне Отклоне Погреш ние от линейности, мВ Ли, мВ ние от линейности D %. j ние от линейности, привед. к LW.. мВ ность линеар., мВ. */ 4 0 0 0 0 0 25 8 12 16 20 67 107 +26,47 +26,00 +16,51 +16,47 ' +16,05 +10,2 +16,34 +0,124 +0,079 +0,03 50 75 100 -0,011 0 0 0 0 пе 162 0 / 12757 12757 oo Г "С Упорядник Замовлення 4081 Техред М.Моргентал Коректор Н Король Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТа-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул Гагаріна, 101