CS219122B1

CS219122B1 - Connection of the circuit for complexation of thermal changes in the spot of comparative connections of thermoelectric cells

Info

Publication number: CS219122B1
Application number: CS790881A
Authority: CS
Inventors: Radislav Martinek; Zdenek Busak
Original assignee: Radislav Martinek; Zdenek Busak
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1983-02-25

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.The invention relates to the measurement and regulation of temperature and solves temperature change compensation in thermocouples. Ohvcd it is created from the reference source of maps, to which are connected two parallel branches. In one branch, there is a reference- the voltage setting the range measurement. There is a divider in the second parallel branch the correction voltage Ik is in series a semiconductor-diode and a set-up resistance. Their common outlet is connected with the inveirtating amplifier input. Noninverting the amplifier input is connected to the divider output reference voltage. Amplifier output is connected to the diode anode. Correction voltage is taken at the second resistor divider (correction) voltage, Correction voltage value se derives cd temperature dependence semiconductor diodes. The invention will be used in thermoelectric measurements articles. The invention is defined at two points, the first of which is best it captures the essence. Pcpis is accompanied by two pictures.

Description

(54) Zapojení obvodu pro kompenzaci teplotních změn v místě srovnávacích spojů termoelektrických článků(54) Circuit for compensation of temperature changes at the junction of thermocouples

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.The present invention relates to temperature measurement and control, and provides a solution for compensating temperature changes at a thermocouple junction. Ohvcd is created from a reference mapping source to which two parallel branches are attached. In one branch there is a resistive reference voltage divider, which m is used to set the measuring range. In the second parallel branch there is a correction voltage divider, to which a semiconductor diode and an adjusting resistor are connected in series. Their common terminal is connected to the inveirting input of the amplifier. The non-inverting amplifier input is connected to the reference voltage divider output. The amplifier output is connected to the anode of the diode. The correction voltage is taken at the second resistor of the divider (correction voltage). The value of the correction voltage is derived from the temperature dependence of the semiconductor diode. pictures.

Vynález se týká zapojení obvodu pro· kompenzaci teplotních zrněn v místě srovná vacích spojů termoelektrických článků 'sloužících k průmyslovému měření teploty.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a circuit for compensating temperature grains at the junction points of thermocouples for industrial temperature measurement.

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.Thermoelectric cells are often used in industry to measure temperature. According to the physical principle of operation, the circuit voltage of the thermoelectric cell depends on the temperature difference between the measuring connection a; the point where the compensation line ends and where the evaluation device is connected, by means of the so-called comparator connections. In order to maintain the accuracy of the measurements, it is necessary to keep the temperature at the level of the joints constant. The thermostat is most often used for this function. However, this is a relatively complex device, and is advantageous (only for cases where multiple thermocouples are used.) However, if only one thermocouple is measured, it is much more convenient to introduce an auxiliary voltage into the thermocouple circuit at the junction. size and polarity co-cope with measurement error caused by temperature change The source of such correction voltage is a device called compensation box Functionally it is a resistance bridge in which one temperature sensor is connected One drawback is that either a platinum resistor is used as a sensor which, although easy to adjust, is expensive and scarce, or cheap copper resistance, which makes the adjustment of the bridge lengthy and carried out in a hygienically unsuitable oil bath. To reduce the current load on the sensor and to reduce the resistance of the resistor to less than five ohms, the semiconductor diode, which uses the permeability of the permeate voltage to temperature, has not been used as a temperature sensor in the compensation box. This is because the individual pieces as well as the same manufacturing technologies exhibit unacceptable deviations from the reference value of the permeability voltage to temperature, and that a circumferential solution where this circumstance is not defective has not been known.

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.These drawbacks are eliminated by the circuit for compensation of temperature changes at the thermocouple junction. According to the invention, the positive terminal of the reference voltage source is connected to one terminal of the first correction voltage divider and one terminal of the first reference voltage divider. The second terminal of the first reference voltage divider is connected to the first wiring adjusting terminal and to the second terminal of the reference voltage divider. The second terminal of the second reference voltage divider resistor is connected to the negative terminal of the reference voltage source i and to one terminal! setting resistance. The second terminal of the adjusting resistor is connected to the second adjusting terminal (wiring terminal and cathode of the semiconductor diode. The anode of the semiconductor diode is connected to the second wiring correction terminal and one outlet of the second resistor of the correction voltage divider. wiring and with the second terminal of the first correction voltage divider resistor.

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.The effects of the invention are enhanced by the first adjusting terminal being coupled to the non-inverting input of an operational amplifier, whose inverting input is coupled to the second wiring adjusting terminal. The output of the operational amplifier is connected to the second wiring correction terminal.

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.An advantage of the arrangement according to the invention is that any semiconductor diodes of the same production technology can be used as temperature sensors. The voltage on the diode depends on the temperature linearly only if the logarithm of the ratio of the current passing through the diode and the isaturation current remains constant. The thermal stability is the same for all diodes if the logarithm of the ratio of the diode current and the saituration current is the same for all pieces. The saturation current is composed of the hole and electron parts, where only the equilibrium hole and electron densities are used as temperature dependent components. However, due to the required ¹ temperature compensation parameters of the comparative joints, this temperature dependence can be neglected. To maintain the same temperature coefficient at each diode, adjust the current current so that the voltage has a predetermined value. Since the diodes have the same temperature coefficient with sufficient accuracy after adjustment, it is not necessary to adjust the compensation box at a constant ambient temperature. This saves the cost of thermostat oil baths or air-conditioned rooms. Furthermore, the use of the oil bath is hygienically defective. The adjustment is carried out by means of a comparative method with a reference composite box. The only condition is that the n, and drop drops on both diodes are the same. The reference diode together with the diode in the adjustment piece are located in one block where they share the same temperature.

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.The inclusion of an operational amplifier allows, with a minimum number of components, to adjust the voltage across the diode to a predetermined value by means of two resistors, regardless of the reference voltage, stabilizing the flowing diode current and exhibiting the required minimum internal resistance.

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.Example The circuit according to the invention is shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a basic circuit diagram and cbr. 2 is a basic sichema supplemented with an operational amplifier.

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 βThe positive pole of the reference voltage source 1 is connected to the first terminal, the first resistor 4 of the correction voltage divider. The minus pole of the reference voltage source 1 is connected to the second terminal of the second resistor 3 of the reference voltage divider and the second terminal of the set resistance 7. As reference source 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.voltage is used by the integrated circuit of a temperature compensated Zener diode with a transistor having a large output cdpor. The second terminal of the first resistance divider 2 of the reference voltage divider is connected to the first terminal of the second resistor 3 of the reference voltage divider and this connection is connected to terminal 9. The second terminal of the first resistor 4 of the correction voltage divider is connected to the first terminal of the second resistor 5 The correction voltage resistors 2 and 3, the resistors 4 and 5 of the correction voltage divider, and the adjusting resistor 7 are either winding tempered manganese resistors or superimposed moralized with a defined temperature coefficient ·. The second terminal of the second correction voltage divider 5 'is connected to the anode of the semiconductor diode Sas by the second correction terminal 12. The cathode is connected to the first terminal of the adjusting resistor 7 and is connected to the second adjusting lead 11a. The correction voltage may be drawn between the first clamp terminal 11 and the second correction terminal 12 when the voltage at the second reference voltage divider 3 is used to adjust the start of the range or between the first adjustment terminal 9 and the second adjustment terminal 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.To meet higher technical requirements, the wiring is supplemented by an operational amplifier 8 connected so that the non-inverting input 81 is connected to the first adjusting terminal 9 and the inverting input 82 is connected to the second adjusting terminal 19. The output 83 of the operational amplifier 8 is connected to the second correction The correction voltage is taken between the first correction terminal 11 and the second correction terminal 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.The circuit according to FIG. 1 operates in such a way that by changing the temperature, the voltage and the semiconductor board 8 change in winter, thereby changing the voltage drop across the series connection of the first correction voltage divider cd 4 and the second correction voltage divider 5. The dividing ratio of the first correction voltage divider 4 and the second correction voltage divider 5 is selected such that the voltage change at the second correction voltage divider 5 corresponds to the correction voltage for the type of thermocouple. · Creation zero correction voltage at ^one reference temperature .se prrot'napětím formed of a further circuit or Pirmo in this circuit by changing the resistance values of four prvního- correction voltage divider and the second divider resistor 5 correction voltage that will n'a first protinapětí the reference voltage divider 2 and the output between the first adjusting terminal 9 and the first correction terminal 11, or that the split ratio is realized by adding the first correction voltage divider 4 and the second correction voltage divider 5 and the adjustment resistor 7. The output then will be between the first adjusting terminal 9 and the second ins / adjusting terminal 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.The connection according to Fig. 2 works that the grain temperature will change the voltage on the semiconductor board 6. Since between the inputs of the operational amplifier 8 is practically zero voltage, the change in voltage h and the semiconductor diode 8 4 correction voltage dividers. By using the operational amplifier 8, the voltage difference at the series connection of the first correction voltage divider 4 and the second correction voltage divider 5 is zero at the reference temperature, and that the values of the first correction voltage divider 4 and the second resistor 4 can therefore be selected. 5 dividers [correction voltage relatively low.

Vynálezu se využije při měření a regulaci teploty na výrobních zařízení různých oborů, především v hutnictví, strojírenství a chemrekém průmyslu.The invention will be used to measure and control temperature on production equipment of various fields, especially in metallurgy, engineering and chemical industry.

Claims

SUBJECT .1. Circuit for temperature compensation compensation at thermocouple comparator connections, characterized in that the positive pole of the reference voltage source (1) is connected to one terminal of the first correction voltage divider (4) and one terminal of the first voltage divider (2) whose second terminal is connected to the first wiring adjusting terminal (9) and one terminal of the second reference voltage divider (.3), the other terminal of which is connected to the negative terminal of the reference voltage source (1) and to one of the adjusting terminal A resistor (7) having a second terminal connected to a second wiring adjusting terminal (10) and a semiconductor cathode of the INVENTION [6], the anode of which is connected to a second wiring correction terminal (12) and one terminal of a second resistor (5). the first terminal of which is connected to the first wiring correction terminal (11) and to the second terminal of pr of the correction voltage divider (4).

Wiring according to claim 1, characterized in that the first wiring adjusting terminal (9) is connected to a non-inverting input (8 ^: 1) of the operational amplifier (8), whose inverting input (82) is also connected to the second adjusting terminal (1h). the wiring and output (83) of the operational amplifier (8) is connected to the second wiring correction terminal (12).