CS219122B1 - Zapojení obvodu pro kompenzaci teplotních změn v místě srovnávacích spojů termoelektrických článků - Google Patents

Abstract

Vynález se týká měření a regulace teploty a řeší kompenzaci teplotních změn v místě [srovnávacích spojů termočlánků. Ohvcd je vytvořen z refeirenčního zdroje mapětí, ke kterému jsou připojeny dvě paralelní větve. V jedné větvi je odporový dělič referenčního- napětí, kterým se nastavuje rozsah měření. Ve druhé paralelní větvi je dělič korekčního napětí, Ik němuž je v sérii připojena polovodičová -dioda a nastavovací odpor. Jejich společný vývod je spojen s inveirtujícíím vstupem zesilovače. Neinvertující vstup zesilovače je spojen s výstupem děliče referenčního napětí. Výstup zesilovače je připojen k anodě diody. Korekční napětí se odebírá na druhém odporu děliče (korekčního napětí, Hodnclta korekčního napětí se odvozuje cd teplotní závislosti polovodičové diody. Vynálezu se využije při měření s termoelektrickými články. Vynález je definován ve dvou bodech, z nichž první nejlépe vystihuje podstatu. Pcpis je doplněn dvěma obrázky.

Description

(54) Zapojení obvodu pro kompenzaci teplotních změn v místě srovnávacích spojů termoelektrických článků

Vynález se týká měření a regulace teploty a řeší kompenzaci teplotních změn v místě [srovnávacích spojů termočlánků. Ohvcd je vytvořen z refeirenčního zdroje mapětí, ke kterému jsou připojeny dvě paralelní větve. V jedné větvi je odporový dělič referenčního- napětí, který m se nastavuje rozsah měření. Ve druhé paralelní větvi je dělič korekčního napětí, Ik němuž je v sérii připojena polovodičová -dioda a nastavovací odpor. Jejich společný vývod je spojen s inveirtujícíím vstupem zesilovače. Neinvertující vstup zesilovače je spojen s výstupem děliče referenčního napětí. Výstup zesilovače je připojen k anodě diody. Korekční napětí se odebírá na druhém odporu děliče (korekčního napětí, Hodnclta korekčního napětí se odvozuje cd teplotní závislosti polovodičové diody. Vynálezu se využije při měření s termoelektrickými články. Vynález je definován ve dvou bodech, z nichž první nejlépe vystihuje podstatu. Pcpis je doplněn dvěma obrázky.

Vynález se týká zapojení obvodu pro· kompenzaci teplotních zrněn v místě srovná vacích spojů termoelektrických článků 'sloužících k průmyslovému měření teploty.

K měření teploty se v průmyslu velmi často používá termoelektrických článků. Dle fyzikálního principu činnosti je napětí okruhu termoelektrického článku závislé na rozdílu teplot mezi měřicím spojem a; místem, kde končí kompenzační vedení a kam se připojuje vyhodnocovací přístroj, tzv. srovnávacími spoji. Pro· dodržení přesnosti měření je nutné udržovat teplotu v místě srovnávacích spojů na stálé hodnotě. Pro tuto funkci se používá nejčastěji termostat. To je však zařízení relativně složité, a je výhodné (pouze pro případy, kdy se Ik měřelní používá více termoelektrických článků. Jestliže se však měří pouze jedním termoelektrickým článkem', je mnohem výhodnější zavádět do okruhu termočlánku v místě srovnávacích spojů pomocné napětí, které svou velikostí a polaritou kotapeinzuje chybu měření způsobenou změnou teploty. Zdrojem takového korekčního napětí je zařízení nazývané kompenzační krabice. Z funkčního hlediska se jedná o odporový můstek, v jehož jedné větvi je· zapojeno čidlo teploty. Nedostatkem je, že jako čidlo se používá buď platinový odpor, který sice snadné seřízení umožňuje, ale je drahý a nedostatkový, anebo levný měděný odpor, který však způsobuje, žé seřizování můstku je zdlouhavé a provádí se v hygienicky nevhodné olejové lázni. Dalším nedostatkefm je, že vnitřní odpor můstku nelze vzhledem k omezenému proudovému zatížení čidla a k potížím při výrobě malých odporů snížit na méně než pět ohmů. Polovodičová dioda, u které se využívá závislosti napětí v propustném síměru na teplotě, se dosud jako čidlo teploty v kompenzační krabici nepoužívala. Je to proto, že jednotlivé kusy i stejné výrobní technologie vykazují nepřípustné odchylky od referenční závislosti napětí v propustném' směru na teplotě, -a že nebylo známo obvodové řešelní, kde tato okolnost není na závadu.

Tyto nedostatky odstraňuje zapojení obvodu pro [kompenzaci teplotních změn v místě srovnávacích spojů termočlánků. Pcdstatta vynálezu spočívá v tom, že kladný pól zdroje referenčního napětí je spojen s jedním vývodem prvního odporu děliče korekčního napětí a s jedním vývodem prvního odporu děliče referenčního napětí. Druhý vývod prvního odporu děliče referenčního napětí je spojen s první nastavovací svorkou zapojení a s jedním- vývodem druhého odporu děliče referenčního napětí. Druhý vývod druhého* odporu děliče referenčního napětí je spojen se záporným pólem zdroje referenčního' napětí ia s jedním vývodem! nastavovacího· odporu. Druhý vývod nastavovacího odporu je spojen s druhou nastavovací (svorkou zapojení a s katodou polovodičové diody. Anoda polovodičové diody je spojena s druhou korekční svorkou zapojení a s jedním vývctíeim druhého odporu děliče korekčního niapětí. První vývod druhého· odporu děliče korekčního napětí je spojen s první korekční svorkou zapojení a s druhýlm vývodem prvního odporu děliče korekčního napětí.

Účinky vynálezu se zvýší tím, že první nastavovací svorka je spojena s neinvertujícím vstupem operačního zesilovače, jehož invertující vstup je spojen s druhou nastavovací svorkou zapojení. Výstup operačního' zesilovače je spojen s druhou korekční svorkou zapojení.

Výhodou uspořádání podle vynálezu je, že jako čidla teploty lze použít jakékoliv polovodičové diody stejné výrobní technologie. Napětí ,na diodě závisí na teplotě lineárně jen tehdy, jestliže logaritmus podílu proudu procházejícího· diodou a proudu isaturačního zůstává konstantní. Teplotní kceíicieint je u všech diod stejný, je-li u všech kusů stejný logaritmus podílu proudu přecházejícího diodou a proudu saituračního. Saturačiní proud je složen z děrové a elektronové části, kde se jako teplotně závislé složky uplatňují pouize rovnovážné děrové a elektronové hustoty. Vzhledem k potřebným¹ parametrům teplotní kompenzace srovnávacích spojů je však možno tuto teplotní závislost zanedbat. Pro dodržení stejného teplotního koeficientu istalčí u každé diody nastavit proud ták, aby napětí mělo předem stanovenou hodnotu. Poněvadž po nastavení vykazují diedy s dolstačující přesností stejný teplotní koeficient, není nutno provádět seřizování kompenzační krabice při konstantní teplotě Okolí. Uspoří se tím náklady na zařízení olejové lázně s termostatováním nebo klimatizované místnsti. Používání olejové lázně je navíc hygienicky závadné. Seřizováiní se provádí srovnávací metodou s referenční kompezační krabicí. Jedinou podmínkou je, aby n,apěfo‘vé úbytky na obou diodách byly stejné. Referenční dioda spolu s diodou v seřizovaném kuse jsou umístěny v jednom bloku, kde sdílejí stejnou teplotu.

Zařazení operačního zesilovače dovoluje s minimálním· počtem součástek nastavit pomocí dvou odporů napětí na diodě na předem určenou hodnotu, a to bez ohledu- na velikost referenčního napětí,, stabilizuje proud tekcucí diodou a vykazuje potřebný minimální vnitřní odpor.

Přiklad Zapojení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu, kde na obr. 1 je schéma základního zapojení a na cbr. 2 je základní sichéima doplněné operačním zesilovačem.

Kladný pól referenčního zdroje 1 napětí je spojen is prViním vývodem, prvního odporu 4 děliče korekčního napětí. Mínus pól referenčního zdroje 1 napětí je spojen s druhým vývodem druhého odporu 3 děliče referenčního napětí a druhým vývodem nastavovaného odporu 7. Jako referenční zdroj β

napětí se používá integrovaného zapojení teplotně 'kompenzované Zenercvy diody s tranzistorem, který má velký výstupní cdpor. Druhý vývod prvního odporu 2 děliče .referenčního napětí je spojen s prvním vývodem druhého* odporu 3 děliče referenčního napětí a tento· spoj j-e vyveden na, svorku 9. Druhý vývod prvního odporu 4 děliče korekčního napětí je spojen s prvním vývodem druhého· odporu 5 děliče korekčního napětí a oditud je vyveden spoj k první korekční svorce 11. Odpory 2 a 3 děliče referenčního napětí, odpory 4 a 5 děliče korekčního napětí a nastavovací odpor 7 jsou buď vinuté temperované manganinové odpory, nebo vnsitvcvé moralizované s definovaným teplotním součinitelem·. Druhý vývod druhého’ odporu 5 děliče korekčního napěití je spojen s anodou polovodičové diody Sas druhou korekční svorkou 12. Katoda je spojena s prvním vývodem nastavovacího odporu 7 a tou je spojen s druhou nastavovací svodkou lil. Korekční napětí je možno odebírat mezi první kclrekční svorkou 11 a druhou korekční svorkou 12, když napětí na druhém odporu 3 děliče referenčního napětí se využije pro nastavení začátku rozsahu a nebo imezi první nastavovací svorkou 9 a druhou nastavovací svorkou 10.

Pro splnění vyšších technických požadavků se zapojení doplní operačním zesilovačem 8, zapojeným tak, že neinvertující vstup 81 je spojen, s první nastavovací svorkou 9 a invertující vstup 82 je spojen s druhou nastavovací svorkou 19. Výstup 83 operačního zesilovače 8 je připojen na, druhou korekční svodku 12. Korekční napětí ise odebírá mezi první korekční svorkou 11 a druhciu korekční svorkou 12.

Zapojení dle obr. 1 pracuje tak, že změnou teploty dojde ke ziměně napětí ma polovodičové dicdě 8, a tím ke změně napěťového úbytku na sériovém spojení prvního cdporu 4 děliče korekčního inapětí a druhého odporu 5 děliče korekčního napětí. Dělicí poměr prvního odporu 4 děliče korekčního napětí .a druhého odporu 5 děliče korekčního napětí je zvolen tak, aby změna napětí na druhém odporu 5 děliče korekčního napětí odpovídala korekčnímu napětí pro dainý druh termočlánku. Vytvoření nulového· korekčního¹ napětí při vztažné teplotě .se vytvoří prrot'napětím, z dalšího obvodu anebo pířmo v tomto obvodě záměnou hodnot prvního- odporu 4 děliče korekčního napětí a druhého odporu 5 děliče korekčního napětí s tím, že protinapětí bude n'a prvním odporu 2 děliče referenčního' napětí a výstup mezi první nastavovací svorkou 9 a první korekční svorkou 11 a nebo, že dělicí poměr bude realizován součtejm prvního odpcku 4 děliče korekčního napětí a druhého odporu 5 děliče korekčního- napětí a nasta-vovricím odporem 7. Výstup potom bude mezi první nastavovací svorkou 9 a druhou ins/stavovací .svorkou 11.

Zapojení dle obr, 2 pracuje trk, že zrněnou teploty dojde ke změně napětí na polovodičové dicdě 6. Jelikcž mezi vstupy operačního zesilovače 8 je prakticky nulové napětí, projeví se změna napětí ha polovodičové diodě 8 zároveň jako změna napětí na sér ováta spojení prvního- odporu 4 děliče korekčního napětí. Použitím operačního zesilovače 8 se dosáhne toho, že při -vztažné teplqtě je napěťový rozdíl na sériovém spojení prvního odporu 4 děliče korekčního napětí ,a druhého odporu 5 děliče korekčního napětí nulový, a že je tedy možno volit hodnoty prvního odporu 4 děliče korekčníhonapětí a druhého odporu 5 děliče [korekčního napětí relativně nízké.

Vynálezu se využije při měření a regulaci teploty na výrobních zařízení různých oborů, především v hutnictví, strojírenství a chemrekém průmyslu.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT .1. Zapojení obvodu pro kompenzaci teplotních změn v místě srovnávacích spojů termoelektrických článků, vyznačující se tím, že kladný pól zdroje (1) referenčního napětí je spojen s jedním vývodem prvního odporu (4) děliče korekčního napětí a s jedním vývodem prvního odporu (2) děliče referenčního napětí, jehož druhý vývod je spojen s první nastavovací svorkou (9) zapojení a, s jedním vývodem- druhého odporu (.3) děliče referenčního napětí, jehož druhý vývod je spojen se záporným póleun -zdroje (1) referenčního napětí, a s jedním vývodem nastavovacího odporu (7), jehož druhý vývod je spojen se druhou nastavovací svorkou (10) zapojení a s katodou polovodičoVYNÁLEZU vé diody [6], jejíž anoda je spojena se druhou korekční svorkou (12) zapojení a s jedními vývodem druhého odporu (5) děliče korekčního napětí, jehož první vývod je spojen s první korekční svorkou (11) zapojení a se druhým vývodem prvního odporu (4) děliče korekčního napětí.
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že první nastavovací svorka (9) Zapojení je spojena s neinvertujícím vstupem (8^:1) operačního zesilovače (8), jehož invertující vstup (82) je spojen ise druhou nastavovací svorkou (lh) zapojení a výstup (83) operačního zesilovače (8) je spojen se druhou korekční svorkou (12) zapojení.