CS210802B1

CS210802B1 - Calibration generator for thermocouple and voltage signals

Info

Publication number: CS210802B1
Application number: CS815778A
Authority: CS
Inventors: Jan Svoboda; Jan Rohac
Original assignee: Jan Svoboda; Jan Rohac
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1982-01-29

Abstract

Nastavením polohy vícepolohového přepínače dle požadavku kontroly je možno vytvářet na výstupních svorkách napětí, jaké by bylo na výstupních svorkách termočlánku ohřátého na zvolenou teplotu. Cejchovní generátor termočlánkových a napěťových signálů, sestávající z měřicího můstku a přesného napělového zdroje pro napájení měřicího můstku přes první oddělovací zesilovač, kde do přerušené části druhé horní větve měřicího můstku je zapojen běžec vícepolohového přepínače a dále paralelně spojení běžci segmentových přepínačů v počtu podle množství kontrolovaných termočlánků, přičemž na kontakty těchto segmentových přepínačů jsou odbočky přesných a stabilních odporů odporného děliče, se současným zapojením těcnco odporových děličů na kontakty vícepolohového přepínače, zatímco do přerušení prvé horní větve měřicího můstku je převeden běžec přepínače a odbočky odporů přesného odporového děliče sekcí, přičemž v dělicí diagonále je zapojen druhý oddělovací zesilovač, jehož výstupní svorky jsou výstupem zařízení.By setting the position of the multi-position switch according to the control requirement, it is possible to create a voltage at the output terminals that would be present at the output terminals of a thermocouple heated to the selected temperature. Calibration generator of thermocouple and voltage signals, consisting of a measuring bridge and a precise voltage source for powering the measuring bridge via the first isolating amplifier, where the runner of the multi-position switch is connected to the interrupted part of the second upper branch of the measuring bridge and further connected in parallel are the runners of segment switches in a number according to the number of thermocouples being controlled, while the contacts of these segment switches have the taps of precise and stable resistors of the resistance divider, with the simultaneous connection of the tangential resistance dividers to the contacts of the multi-position switch, while the runner of the switch and the taps of the resistors of the precise resistance divider of the sections are transferred to the interruption of the first upper branch of the measuring bridge, while the second isolating amplifier is connected in the dividing diagonal, the output terminals of which are the output of the device.

Description

Vynález se týká cejchovního generátoru termočlánkových a napělových signálů sestávajícího z měřicího můstku a přesného napětového zdroje pro napájení měřicího můstku.The present invention relates to a calibration thermocouple and voltage signal generator consisting of a measuring bridge and a precise voltage source for supplying a measuring bridge.

Měřicí přístroje je nutno v určitých časových intervalech kontrolovat, nebol jejich přesnost se může nepříznivě měnit následkem různých vlivů, jako jsou otřesy, stárnutí, opotřebování funkčních částí apod., takže při měření může docházet k hrubým chybám, které se stále zvětšují, což může při důležitých měřeních být příčinou značných hospodářských ztrát.The measuring instruments have to be checked at certain time intervals as their accuracy can be adversely affected due to various influences such as vibrations, aging, wear of functional parts, etc., so that gross errors may occur during measurement, which may increase constantly, important measurements to be the cause of significant economic losses.

Potřebná kontrolní zařízení jsou zpravidla jen v ústředních kontrolních ústavech, avšak ta nejsou vždy snadno a podle potřeby využitelná, přičemž zůstávají často měřicí přístroje dlouhou dobu nekontrolovány.The necessary control devices are generally only available at central control institutes, but they are not always easy and usable as needed, while often measuring instruments remain unchecked for a long time.

Také dosud známá zapojení kalibračních zdrojů jsou kontrolována jednoúčelově, neumožňují univerzální použití a nedosahují potřebné přesnosti.Also known hinges of calibration sources are checked for purpose, do not allow universal use and do not reach the required accuracy.

Shora uvedené nedostatky odstraňuje cejchovní generátor termočlánkových a napělových signálů.sestávající z měřicího můstku a přesného napělového zdroje pro napájení měřicího můstku přes první oddělovací zesilovač podle vynálezu, jehož podstatou je, že do přerušené části druhé horní větve měřicího můstku je zapojen běžec vícepolohového přepínače a dále paralelně spojeni běžci segmentových přepínačů v počtu podle množství kontrolovaných termočlánků, přičemž na kontakty těchto segmentových přepínačů jsou přivedeny odbočky přesných a stabilních odporů odporového děliče se současným zapojením těchto odporových děličů na kontakty vícepolohového přepínače. Do přerušené první horní větve měřicího můstku je přiveden běžec zkratového přepínače a odbočky odporů přesného odporového děliče sekcí, přičemž v dělicí diagonále měřicího můstku je zapojen druhý oddělovací zesilovač, jehož výstupní svorky jsou výstupem zařízení. Měřicí můstek může být napájen tvrdým napětovým zdrojem bez použití prvého oddělovacího zesilovače.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the calibrator of thermocouple and voltage signals consisting of a measuring bridge and a precise voltage source for supplying the measuring bridge via the first isolation amplifier according to the invention, which consists in interrupting the slider of the multi-position switch. parallel to the segment switch runners in number according to the plurality of thermocouples to be controlled, the contacts of these segment switches being connected to taps of precise and stable resistive divider resistors while simultaneously connecting the resistive divider to the contacts of the multi-position switch. Into the interrupted first upper branch of the measuring bridge is brought the runner of the short-circuit switch and the taps of the resistors of the precision section divider, while in the dividing diagonal of the measuring bridge is connected the second isolating amplifier whose output terminals are the output of the device. The measuring bridge can be powered by a hard voltage source without the use of a first isolating amplifier.

Výhodou cejchovního generátoru podle vynálezu je možnost jednoduchým způsobem, tj. vhodným nastavením polohy vícepolohových přepínačů, vytvářet na výstupních svorkách napětí, které je přesně téže velikosti, jako by bylo na výstupních svorkách termočlánku ohřátého na zvolenou teplotu ve zvolených např. 100 °C intervalech a napojeného přes termostat s pra covní teplotou 0, 20 nebo 50 °C. Zařízení umožňuje také kontrolu napělových rozsahů měřicích přístrojů v rozsahu 20 až 100 000 pN ve 12 napělových intervalech s přesností + 5(UV.The advantage of the calibration generator according to the invention is that it is possible to generate a voltage at the output terminals in a simple way, ie by suitable positioning of the multi-position switches, which is exactly the same size as at the output terminals of a thermocouple. connected via a thermostat with a working temperature of 0, 20 or 50 ° C. The device also allows checking voltage ranges of measuring instruments in the range of 20 to 100,000 pN at 12 voltage intervals with an accuracy of + 5 (UV.

Připojený výkres představuje zapojení cejchovního generátoru termočlánkových a napělových signálů podle vynálezu se dvěma oddělovacími zesilovači.The accompanying drawing shows the connection of a calibration thermocouple and voltage signal generator according to the invention with two isolation amplifiers.

Cejchovní generátor termočlánkových a napělových signálů se skládá z Wheatstoneova můstku, který obsahuje první dolní větev J. a druhou dolní větev 2 a dále prvou horní větev X a druhou horní větev 4· Ve všech větvích jsou zapojeny odpory χ, avšak ve druhé horní větvi 4 je kromě toho v sérii s tímto odporem X ještě zapojen systém sestavený z několika sekcí odporových děličů 6 a přesných a stabilních odporů J ovládaných segmentovými přepínači 8. Počátek každé sekce odporových děličů 6 je přiveden na kontakty dalšího vícepolohového přepínače 10. Také prvá horní větev X obsahuje v sérii s odporem X dělič sestavený ze sekcí děličů JJ. a odporů 12 a ovládaných zkratovým přepínačem 13 s vyznačenými polohami. Můstek je napájen přesným a stabilním zdrojem elektrického napětí 14. jehož napětí je upraveno prvním oddělovacím zesilovačem 15. Výstupní napětí z úhlopříčky měřicího můstku je přivedeno na výstupní svorky J6 přes druhý oddělovací zesilovač JJ. Oba zesilovače jsou napájeny odděleně z tvrdého napělového zdroje 18.The calibrator for thermocouple and voltage signals consists of a Wheatstone bridge that contains the first lower leg J and the second lower leg 2, and the first upper leg X and the second upper leg 4 · The resistors χ are connected in all branches but in the second upper leg 4 In addition, a system consisting of several sections of resistive divider 6 and precise and stable resistors J controlled by segment switches 8 is connected in series with this resistor X. The beginning of each section of resistive divider 6 is brought to the contacts of another multi-position switch 10. Also the first upper branch X contains in series with resistor X a divider consisting of divider sections JJ. and resistors 12 and controlled by short-circuit switch 13 with marked positions. The bridge is supplied with an accurate and stable power supply 14, the voltage of which is provided by the first isolating amplifier 15. The output voltage from the diagonal of the measuring bridge is applied to the output terminals 16 via the second isolating amplifier 11. Both amplifiers are supplied separately from a hard voltage source 18.

Základní funkcí generátoru podle vynálezu je vytvořit přístrojem uměle takový stav, jaký by nastal, kdyby přesný termočlánek daného typu byl zahřát na teplotu postupně ve 100 °C intervalech. Napětí zahřátého termočlánku se pomocí generátoru napodobí tak, že vícepolohovým přepínačem 10 se nastaví požadovaný typ termočlánku a jedním ze segmentových přepínačů §, které odpovídají jednotlivým typům termočlánků, se nastaví zvolená ověřovací teplota.The basic function of the generator according to the invention is to create an instrument artificially as it would be if a precise thermocouple of the given type were heated to a temperature gradually at 100 ° C intervals. The warmed-up thermocouple voltage is simulated by the generator by setting the desired thermocouple type by the multi-position switch 10 and by selecting one of the segment switches corresponding to each thermocouple type to the selected verification temperature.

Tím se do druhé horní větve 1 zařadí do série s odporem 2 přísluěná odporového děliče 6 a odpovídajícím přesným a stabilním odporem 2, jehož hodnota je vypočtena z požadované hodnoty příslušného tabulkového napětí U_Q termočlánku tak, že je-li např. můstek souměrný, složený ze čtyř stejných odporů R a napájený zdrojem o napětí U, pak jednotlivé dílčí hodnoty odporů jsou dány vzorcemThus the second upper branch 1 be included in series with the resistor 2 přísluěná resistive divider 6 and the corresponding accurate and stable resistance of 2, whose value is calculated from the desired value of the respective table voltage U _Q thermocouple so that if e.g. bridge symmetrical, consisting of four identical resistors R and powered by a voltage source U, then the individual partial values of the resistors are given by the formula

B . Oo(B) Oo

-U - 2U₀ (Ω.μΥ)-U - 2U ₀ (Ω.μΥ)

Protože můstek je napájen přesným stabilním zdrojem el. napětí 14. jehož napětí je upraveno prvým oddělovacím zesilovačem 15. objeví se na úhlopříčce můstku vypočítané napětí, které se vede na výstupní svorky 16 přes druhý oddělovací zesilovač 12, který umožní proudový odběr z výstupních svorek, který je nutný, obsahuje-li zkoušený přístroj např. měřicí systém DEPREZ.Because the bridge is powered by a precise stable power supply. voltage 14, the voltage of which is adjusted by the first decoupling amplifier 15. a calculated voltage appears on the diagonal of the bridge, which is applied to the output terminals 16 via the second decoupling amplifier 12 to allow current consumption from the output terminals required if eg DEPREZ measuring system.

Protože termočlánky jsou při užívání zpravidla připojeny na termostat, který stabilizuje a upravuje teplotu jejich vztažných konců, umožňuje generátor podle vynálezu napodobit také tyto poměry tak, že v sousední prvé horní větvi J měřicího můstku jsou pomocí zkratového přepínače 13 zapojeny sekce děličů 11 s odpory 12, které jsou vypočítány obdobně jako odpory ve druhé horní větvi 1, avšak pro hodnoty různých typů termočlánků se vztažnou teplotou 20 nebo 50 °C, takže zařadí-li se např. v této větvi odpon vypočtený pro 20 °C, objeví se na úhlopříčce měřicího můstku napětí, které se od napětí na druhé horní větvi odečítá a výsledné napětí na výstupních svorkách 16 bude pak přesně takové, jako by měl zvolený termočlánek pracující s termostatem o teplotě vztažných konců rovné 20 °G. Kromě odporů vytvářejících napětí jednotlivých typů termočlánků je ve druhé horní větvi 4 zapojena ještě jedna sekce odporových děličů 6 přesných a stabilních odporů 2, která je vypočítána tak, aby na výstupních svorkách se objevilo při vhodném nastavení segmentových přepínačů 8 a vícepolohových spínačů JO napětí odstupňované v několika intervalech 0,02 až 100 pV.Since the thermocouples are generally connected in use to a thermostat which stabilizes and adjusts the temperature of their reference ends, the generator according to the invention also allows to simulate these ratios by connecting the divider sections 11 with resistors 12 in the adjacent first upper leg J of the measuring bridge. which are calculated similarly to the resistances in the second upper limb 1, but for the values of different types of thermocouples with a reference temperature of 20 or 50 ° C, so if, for example, a resistor calculated for 20 ° C is included in this limb, and the resulting voltage at the output terminals 16 will then be exactly as if the selected thermocouple operating with a thermostat having a reference end temperature of 20 ° C. In addition to the voltage generating resistors of each type of thermocouple, a second section of resistive divider 6 of precision and stable resistors 2 is connected in the second upper branch 4, which is calculated so that at the output terminals the voltage graded in several 0.02 to 100 pV intervals.

Alternativně je možno generátor konstruovat také s použitím přesného tvrdého a výkonného zdroje napájejícího měřicí můstek. V takovém případě je možno prvý oddělovací zesilovač 12 vypustit.Alternatively, the generator can also be constructed using a precise hard and powerful power supply for the measuring bridge. In this case, the first decoupling amplifier 12 may be omitted.

Cejchovní generátor termočlánkových a napěíových signálů je vhodný pro kontrolu elektrických měřicích přístrojů, jejichž stupnice je ocejchována ve stupních Celsia. Vzhledem k přesnosti, které může dosáhnout na všech rozsazích až * 0,5 °C nebo ± 5/iV na nepilovém rozsahu, lze, ho tedy použít pro ověřování a cejchování elektrických měřicích přístrojů, regulátorů, elektrických převodníků, zesilovačů, zrcátkových galvanoraěrů, smyčkových oscilografů apod. lze jím snadno vytvářet stupnice pro přístroje, které jsou jinak běžně cejchovány v hodnotách elektrického napětí, lze ho použit pro přesnou regulaci tepelných zařízeni, pecí, řídit chod technologických přístrojů, nebo ovládat různé fyzikální děje a má různé jiné aplikace v oblasti měřicí a řídicí techniky.Calibration generator of thermocouple and voltage signals is suitable for checking electrical measuring instruments whose scale is calibrated in degrees Celsius. Because of the accuracy it can reach in all ranges up to * 0.5 ° C or ± 5 / iV on the non-sawing range, it can be used for verifying and calibrating electrical meters, controllers, power converters, amplifiers, mirror electrophoresis, loop oscillographs, etc., can easily create scales for instruments that are normally calibrated in voltage values, can be used to accurately control thermal equipment, furnaces, control the operation of technological devices, or control various physical processes and has various other measurement applications and control technology.

Znázorněné zařízení podle vynálezu umožňuje kontrolu měřicích přístrojů pro termočlánky typu Pt Rh 10 - Pt, Pt Rh 30 - Pt Rh 6, Ch-A, Fe-Ko pracující se vztažnou teplotou 0, 20 nebo 50 °C. Umožňuje také odebírat výstupní napětí v rozsahu 0,02 až 100 fiV ve 12 pevně nastavených intervalech s přesností ± 0,1 jí i 5 /uV při 22 °C na všech odbočkách a s proudovým zatížením do 5 mA.The illustrated device according to the invention enables the control of measuring instruments for thermocouples of type Pt Rh 10 - Pt, Pt Rh 30 - Pt Rh 6, Ch-A, Fe-Ko operating at a reference temperature of 0, 20 or 50 ° C. It also allows output voltage ranging from 0.02 to 100 fiV at 12 fixed intervals with an accuracy of ± 0.1 µm and 5 / uV at 22 ° C at all taps and with a current load of up to 5 mA.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Calibrating thermocouple and voltage signal generator comprising a measuring bridge and a precise voltage source for supplying the measuring bridge through a first isolating amplifier characterized in that a slider (19) of a multi-position switch (10) is connected to the interrupted part of the second upper branch (4) of the measuring bridge. and further connected in parallel the runners (9) of the segment switches (8) in number according to the number of thermocouples to be controlled, the contacts of these segment switches (8) being connected to taps of precise and stable resistors (7) of the resistive divider (6). splitters to the contacts of the multi-position switch (10), while the first upper branch (3) of the measuring bridge is interrupted by the runner (20) of the short-circuit switch (13) and the taps of resistors (12) of the precision section divider (11). bridge is behind a second isolation amplifier (17) is connected, the output terminals (16) of which are the output of the device.

2. The calibrator for thermocouple and voltage signals according to claim 1, characterized in that the measuring bridge is supplied by a hard voltage source (18) without the use of a first isolating amplifier (15).