RU2732838C1 - Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа - Google Patents

Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа Download PDF

Info

Publication number
RU2732838C1
RU2732838C1 RU2019137570A RU2019137570A RU2732838C1 RU 2732838 C1 RU2732838 C1 RU 2732838C1 RU 2019137570 A RU2019137570 A RU 2019137570A RU 2019137570 A RU2019137570 A RU 2019137570A RU 2732838 C1 RU2732838 C1 RU 2732838C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermistor
measuring
temperature
thermally independent
current
Prior art date
Application number
RU2019137570A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Федорович Капинос
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" filed Critical Акционерное общество "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева"
Priority to RU2019137570A priority Critical patent/RU2732838C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2732838C1 publication Critical patent/RU2732838C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/20—Compensating for effects of temperature changes other than those to be measured, e.g. changes in ambient temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/08—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples the object to be measured forming one of the thermoelectric materials, e.g. pointed type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям электрических сопротивлений терморезисторов, и может быть использовано в приборостроении, в температурных измерениях, в том числе при градуировке и калибровке терморезисторов: термометров сопротивления, термисторов, позисторов, и их использовании для проведения измерений температуры, позволяет повысить точность измерения температур путем компенсации температурной погрешности терморезисторов. Это решается тем, что в способе измерения температуры терморезисторов, заключающемся в ограничении величины тока, проходящего через терморезистор, путем введения в измерительную цепь дополнительного термонезависимого резистора, подводимую к дополнительному термонезависимому резистору мощность поддерживают постоянной, независимо от изменения сопротивления терморезистора в диапазоне измеряемых температур. Для выполнения поставленной задачи в указанном выше способе допустимую величину подводимой к дополнительному термонезависимому резистору мощности устанавливают согласно выражению
Figure 00000017
где
Figure 00000018
- установленная величина тока, протекающего в измерительной цепи; ΔTДоп. - допустимая погрешность измерения температуры терморезистором из-за его разогрева протекающим измерительным током; δТ - коэффициент теплового рассеяния терморезистора;
Figure 00000019
- максимальная величина сопротивления терморезистора на границах диапазона измеряемых температур, для термистора - нижняя граница диапазона измеряемых температур, для термометра сопротивления и позистора - верхняя граница диапазона измеряемых температур; R2 - величина сопротивления дополнительного термонезависимого резистора. Кроме того, для реализации заявляемого способа предлагается измерительный преобразователь для измерения температуры в виде делителя напряжения, содержащего последовательно соединенные источник питания, терморезистор, дополнительный термонезависимый резистор, напряжение на терморезисторе является выходом преобразователя, где в качестве источника питания применен источник стабилизированного тока. Также для реализации заявляемого способа предлагается измерительный преобразователь для измерения температуры в виде делителя напряжения, содержащего последовательно соединенные источник питания, терморезистор, дополнительный термонезависимый резистор, напряжение на терморезисторе является выходом преобразователя, где в качестве источника питания применен управляемый источник питания, управляющие входы которого подключены к выводам дополнительного термонезависимого резистора. Техническим результатом при реализации заявленной группы решений выступает компенсация температурной погрешности измерения температуры терморезистором из-за разогрева (саморазогрева) терморезистора (термометр сопротивления, термистор, позистор) протекающим измерительным током. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям электрических сопротивлений терморезисторов, и может быть использовано в приборостроении, в температурных измерениях, в том числе при градуировке и калибровке терморезисторов: термометров сопротивления, термисторов, позисторов и их использования для проведения измерений температуры, позволяет повысить точность измерения температур путем компенсации температурной погрешности терморезисторов.
Известен способ измерения электрических сопротивлений резисторов мостом постоянного тока, заключающийся в том, что рассчитывают сопротивления элементов плеч моста, уравновешивают мост, устанавливают предварительно значения сопротивлений элементов плеч моста в десять раз меньше по сравнению с расчетными значениями, затем подбирают сопротивления плеч моста до расчетных значений с помощью однозначных мер электрического сопротивления, которые помещают в термостат, определяют результат измерения по показаниям отсчетных декад регулируемого плеча моста (SU1539667 А1 5 G 01 R 17/10).
Однако, этот способ сложный в аппаратной реализации и потому не может найти применение в практике массового производства и градуировки промышленных терморезисторов, их использования для проведения измерения температуры электрическими мостами, не устраняет саморазогрев резисторов проходящим через них измерительным током.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу можно считать способ компенсации температурной погрешности термометров сопротивления, заключающийся в ограничении величины измерительного тока и поддержании постоянной подводимой к термометру мощности независимо от изменения его сопротивления в диапазоне измеряемых температур (SU 463006 G 01k 1/20).
Однако, этот способ не уменьшает погрешность измерения температуры, а сохраняет ее постоянной во всем диапазоне измеряемых температур благодаря поддержанию постоянной подводимой к термометру мощности независимо от изменения его сопротивления в диапазоне измеряемых температур.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является измерительный преобразователь (измерительная цепь) в виде делителя напряжения, содержащего последовательно соединенные терморезистор, дополнительный термонезависимый резистор и источник напряжения, выходом преобразователя является напряжение на терморезисторе (Первичные измерительные преобразователи: учеб. пособие / А.И. Чередов, А.В. Щелканов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010, стр. 32).
В данном преобразователе реализован способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, заключающийся в ограничении величины тока, проходящего через терморезистор, путем введения в измерительную цепь дополнительного термонезависимого резистора. Реализованный способ и, соответственно, измерительный преобразователь не обеспечивают эффективной компенсации температурной погрешности терморезисторов. Кроме того, измерительный преобразователь имеет недостатком еще и нелинейную зависимость выходного напряжения UВых. от сопротивления терморезистора, что снижает точность результата преобразования:
Figure 00000001
где UИст. - величина напряжения источника питания;
Rt - величина сопротивления терморезистора;
R0 - величина сопротивления термонезависимого резистора.
Задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, является компенсация температурной погрешности измерения температуры терморезистором из-за разогрева (саморазогрева) терморезистора (термометр сопротивления, термистор, позистор) протекающим измерительным током.
Поставленная задача решается тем, что в способе измерения температуры терморезисторов, заключающемся в ограничении величины тока, проходящего через терморезистор, путем введения в измерительную цепь дополнительного термонезависимого резистора, подводимую к дополнительному термонезависимому резистору мощность поддерживают постоянной, независимо от изменения сопротивления терморезистора в диапазоне измеряемых температур.
Для выполнения поставленной задачи в указанном выше способе допустимую величину подводимой к дополнительному термонезависимому резистору мощности устанавливают согласно выражению
Figure 00000002
где
Figure 00000003
- установленная величина тока, протекающего в измерительной цепи; ΔТДоп. - допустимая погрешность измерения температуры терморезистором из-за его разогрева протекающим измерительным током; δТ - коэффициент теплового рассеяния терморезистора;
Figure 00000004
- максимальная величина сопротивления терморезистора на границах диапазона измеряемых температур. Для термистора - нижняя граница диапазона измеряемых температур. Для термометра сопротивления и позистора - верхняя граница диапазона измеряемых температур; R2 - величина сопротивления дополнительного термонезависимого резистора.
Кроме того, для реализации заявляемого способа, предлагается измерительный преобразователь в виде делителя напряжения, содержащего последовательно соединенные источник питания, терморезистор, дополнительный термонезависимый резистор, напряжение на терморезисторе является выходом преобразователя, где в качестве источника питания применен источник стабилизированного тока.
Также для реализации заявляемого способа, предлагается измерительный преобразователь в виде делителя напряжения, содержащего последовательно соединенные источник питания, терморезистор, дополнительный термонезависимый резистор, напряжение на терморезисторе является выходом преобразователя, где в качестве источника питания применен управляемый источник питания, управляющие входы которого подключены к выводам дополнительного термонезависимого резистора.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, может быть достигнута тем, что в измерительном преобразователе управляемый источник питания выполнен в виде управляемого источника тока с выходным током, обеспечивающим питание делителя напряжения установленной величиной тока при управляющем сигнале на его управляющих входах, равном падению напряжения на термонезависимом резисторе, обусловленного величиной протекающего через резистор тока, согласно условию
Figure 00000005
Кроме того, в измерительном преобразователе управляемый источник питания выполнен в виде управляемого источника напряжения с выходным напряжением U=IУст. * (R1+R2).
На фиг. 1 приведена схема измерительного преобразователя с источником стабилизированного тока, фиг. 2 - схема измерительного преобразователя с управляемым источником питания, фиг. 3 - зависимость электрического сопротивления термистора от температуры, фиг. 4 - погрешность измерения температуры.
Измерительный преобразователь с источником стабилизированного тока, содержит последовательно соединенные терморезистор 1, дополнительный термонезависимый резистор 2 и источник стабилизированного тока 3, выходом преобразователя является напряжение на терморезисторе 1.
Измерительный преобразователь с управляемым источником питания содержит последовательно соединенные терморезистор 1, дополнительный термонезависимый резистор 2 и управляемый источник питания 4, управляющие входы 5 и 6 которого подключены к выводам дополнительного термонезависимого резистора, выходом преобразователя является напряжение на терморезисторе.
Погрешность измерения температуры преобразователями (фиг. 1 и фиг. 2) из-за разогрева (саморазогрева) терморезистора 1, например, термистора, протекающим измерительным током может быть описана выражением (Зотов В. Принципы построения систем температурного контроля на NTC-термисторах компании Epcos // Компоненты и технологии. 2007. №6. С. 32-38.)
Figure 00000006
где I - ток, протекающий через терморезистор 1;
R1 - величина сопротивления терморезистора 1;
δТ - коэффициент теплового рассеяния терморезистора 1.
Работает предлагаемый измерительный преобразователь (фиг. 1) следующим образом.
Источник стабилизированного тока 3 выдает ток, величину которого устанавливают согласно выражению
Figure 00000007
где ΔТДоп. - допустимая погрешность измерения температуры терморезистором 1 из-за его разогрева протекающим измерительным током;
δТ - коэффициент теплового рассеяния терморезистора 1;
Figure 00000008
- максимальная величина сопротивления терморезистора 1 на границах диапазона измеряемых температур. Для термистора - нижняя граница диапазона измеряемых температур. Для термометра сопротивления и позистора - верхняя граница диапазона измеряемых температур.
Величина стабилизированного тока, протекающего через последовательно соединенные терморезистор 1 и дополнительный термонезависимый резистор 2, не зависит от величины сопротивления R1 терморезистора 1 и является величиной постоянной.
Ток, протекающий через дополнительный термонезависимый резистор 2, создает на резисторе 2 постоянное падение напряжения
Figure 00000009
где R2 - величина сопротивления резистора 2.
Таким образом, подводимую к дополнительному термонезависимому резистору 2 мощность
Figure 00000010
поддерживают постоянной, независимо от изменения сопротивления терморезистора 1 в диапазоне измеряемых температур.
Выходное напряжение измерительного преобразователя (фиг. 1)
Figure 00000011
в отличии от известного измерительного преобразователя (Первичные измерительные преобразователи: учеб. пособие / А.И. Чередов, А.В. Щелканов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010, стр. 32) зависит линейно от величины сопротивления терморезистора 1, благодаря чему обеспечивается дополнительное повышение точности результата преобразования измерительным преобразователем (фиг. 1).
Работает предлагаемый измерительный преобразователь (фиг. 2) следующим образом.
Если в качестве управляемого источника питания 4 применен управляемый источник тока, то управляемый источник 4 тока выдает ток питания измерительной цепи, величину которого устанавливают согласно выражению (3). Протекающий в измерительной цепи ток создает на дополнительном термонезависимом резисторе 2 постоянное падение напряжения, соответствующее выражению (4). Падение напряжения на дополнительном термонезависимом резисторе 2 является управляющим напряжением (сигналом), действующем на управляющих входах 5 и 6 управляемого источника 4. Подводимая к дополнительному термонезависимому резистору мощность, соответствующая выражению (5), поддерживается постоянной, независимо от изменения сопротивления терморезистора 1 в диапазоне измеряемых температур. Выходное напряжение измерительного преобразователя (фиг. 2) соответствует выражению (6) и зависит линейно от величины сопротивления терморезистора 1.
Если в качестве управляемого источника питания 4 применен управляемый источник напряжения, то управляемый источник 4 напряжения выдает напряжение питания измерительной цепи, величина которого описывается выражением
Figure 00000012
Протекающий в измерительной цепи ток создает на дополнительном термонезависимом резисторе 2 постоянное падение напряжения, соответствующее выражению (4). Падение напряжения на дополнительном термонезависимом резисторе 2 является управляющим напряжением (сигналом), действующем на управляющих входах 5 и 6 управляемого источника 4. Подводимая к дополнительному термонезависимому резистору 2 мощность, соответствующая выражению (5), поддерживается постоянной, независимо от изменения сопротивления терморезистора 1 в диапазоне измеряемых температур. Выходное напряжение измерительного преобразователя (фиг. 2) соответствует выражению (6) и зависит линейно от величины сопротивления терморезистора 1.
Выполнена сравнительная оценка эффективности известных способов и предлагаемого способа компенсации температурной погрешности терморезистора из-за разогрева измерительным током. В качестве терморезистора был взят термистор.
В оценке величины погрешности измерения температуры в соответствии с выражением (2) использована зависимость электрического сопротивления термистора ММТ-1 от температуры, приведенная на фиг. 3. Величина тока источников питания была выбрана для обеспечения величины погрешности измерения температуры не более 0,17°С на нижней границе диапазона измеряемых температур.
Результаты оценки погрешности измерения температуры приведены на фиг. 4:
- графики 1-1, 1-2 и 1-3 отражают погрешность измерения температуры известным способом и измерительным преобразователем (Первичные измерительные преобразователи: учеб. пособие / А.И. Чередов, А.В. Щелканов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010, стр. 32). При этом график 1-1 получен для величины сопротивления дополнительного термонезависимого резистора, равной 700 Ом; график 1-2 - 4000 Ом; график 1-3-22150 Ом;
- график 2 отражает погрешность измерения температуры известным способом (SU 463006 G01k 1/20);
- график 3 отражает погрешность измерения температуры предлагаемым способом и предлагаемыми измерительными преобразователями для любых величин сопротивления дополнительного термонезависимого резистора.
Как видно из приведенного сравнения, предлагаемый способ и предлагаемые устройства обладают положительным эффектом, так как компенсируют возникающие погрешности измерения температуры по сравнению с известными.
В результате использования предлагаемого способа компенсации температурной погрешности терморезисторов, а также измерительных преобразователей, выполненных по предлагаемым схемам, появляется новое качество - линейная зависимость выходного напряжения от величины сопротивления терморезистора, что повышает точность результата измерений.

Claims (6)

1. Способ измерения температуры терморезисторов, заключающийся в ограничении величины тока, проходящего через терморезистор, путем введения в измерительную цепь дополнительного термонезависимого резистора, отличающийся тем, что подводимую к дополнительному термонезависимому резистору мощность поддерживают постоянной, независимо от изменения сопротивления терморезистора в диапазоне измеряемых температур.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что допустимую величину подводимой к дополнительному термонезависимому резистору мощности устанавливают согласно выражению
Figure 00000013
где
Figure 00000014
- установленная величина тока, протекающего в измерительной цепи; ΔТДоп. - допустимая погрешность измерения температуры терморезистором из-за его разогрева протекающим измерительным током; δТ - коэффициент теплового рассеяния терморезистора;
Figure 00000015
- максимальная величина сопротивления терморезистора на границах диапазона измеряемых температур, для термистора - нижняя граница диапазона измеряемых температур, а для термометра сопротивления и позистора - верхняя граница диапазона измеряемых температур; R2 - величина сопротивления дополнительного термонезависимого резистора.
3. Измерительный преобразователь для измерения температуры в виде делителя напряжения, содержащего последовательно соединенные источник питания, терморезистор, дополнительный термонезависимый резистор, напряжение на терморезисторе является выходом преобразователя, отличающийся тем, что в качестве источника питания применен источник стабилизированного тока.
4. Измерительный преобразователь для измерения температуры в виде делителя напряжения, содержащего последовательно соединенные источник питания, терморезистор, дополнительный термонезависимый резистор, напряжение на терморезисторе является выходом преобразователя, отличающийся тем, что в качестве источника питания применен управляемый источник питания, управляющие входы которого подключены к выводам дополнительного термонезависимого резистора.
5. Измерительный преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что управляемый источник питания выполнен в виде управляемого источника тока с выходным током, обеспечивающим питание делителя напряжения установленной величиной тока при управляющем сигнале на его управляющих выходах, равной падению напряжения на термонезависимом резисторе, обусловленного величиной протекающего через резистор тока, согласно условию
Figure 00000016
6. Измерительный преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что управляемый источник питания выполнен в виде управляемого источника напряжения с выходным напряжением U=IУст. * (R1+R2).
RU2019137570A 2019-11-22 2019-11-22 Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа RU2732838C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019137570A RU2732838C1 (ru) 2019-11-22 2019-11-22 Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019137570A RU2732838C1 (ru) 2019-11-22 2019-11-22 Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732838C1 true RU2732838C1 (ru) 2020-09-23

Family

ID=72922469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019137570A RU2732838C1 (ru) 2019-11-22 2019-11-22 Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732838C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772665C1 (ru) * 2021-09-30 2022-05-23 Акционерное общество Научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы» (АО НПЦ «ЭЛВИС») Датчик температуры

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU463006A1 (ru) * 1972-02-18 1975-03-05 Калиниский Политехнический Институт Способ компенсации температурной погрешности термометров сопротивлени
US5753815A (en) * 1994-11-17 1998-05-19 Ricoh Company, Ltd. Thermo-sensitive flow sensor for measuring flow velocity and flow rate of a gas
RU2257553C1 (ru) * 2004-03-22 2005-07-27 Пензенский государственный университет Компенсационный способ измерения температуры

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU463006A1 (ru) * 1972-02-18 1975-03-05 Калиниский Политехнический Институт Способ компенсации температурной погрешности термометров сопротивлени
US5753815A (en) * 1994-11-17 1998-05-19 Ricoh Company, Ltd. Thermo-sensitive flow sensor for measuring flow velocity and flow rate of a gas
RU2257553C1 (ru) * 2004-03-22 2005-07-27 Пензенский государственный университет Компенсационный способ измерения температуры

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовой работе по дисциплине "ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ", Изд-во ОмГТУ, Омск 2014. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772665C1 (ru) * 2021-09-30 2022-05-23 Акционерное общество Научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы» (АО НПЦ «ЭЛВИС») Датчик температуры

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2705433T3 (es) Método para la compensación de deriva de temperatura de dispositivo de medición de temperatura que usa termopar
TWI454671B (zh) 在一質量流量控制器中測量氣體溫度的方法與裝置
Rudtsch et al. Calibration and self-validation of thermistors for high-precision temperature measurements
KR101610420B1 (ko) 비선형 센서를 선형화하기 위한 장치
Chauhan et al. An experimental approach for precise temperature measurement using platinum RTD PT1000
KR101375363B1 (ko) 서미스터를 이용한 온도 측정 장치
RU2732838C1 (ru) Способ компенсации температурной погрешности терморезисторов, устройства для реализации способа
Kochan et al. Ad-hoc temperature measurements using a thermistor
RU2707757C1 (ru) Способ снижения погрешности измерения температуры электрическим мостом
RU2716852C1 (ru) Способ измерения температуры
RU2389991C2 (ru) Способ устранения вариаций температуры внешней среды в теплоэлектрическом вакуумметре и устройство для его реализации
RU2738198C1 (ru) Способ снижения погрешности измерения температуры электрическим мостом и измерительный мост Уитстона-Капиноса
Løvborg A linear temperature-to-frequency converter
JP5437654B2 (ja) 温度測定装置
RU2716877C1 (ru) Способ измерения концентрации газа термокаталитическим датчиком
CN108645530B (zh) 测温系统及利用测温系统测量测温区温度的方法
RU2267790C2 (ru) Способ измерения скорости потока жидкости или газа
SU892234A1 (ru) Преобразователь температуры в цифровой код
US3177719A (en) Means for indicating small changes in a physical or chemical condition
RU2363030C1 (ru) Программатор температуры
SU987415A1 (ru) Цифровой измеритель температуры
JPS6255088B2 (ru)
RU2269102C1 (ru) Способ определения температуры полупроводниковым терморезистором
Piechowski et al. The Precise Temperature Measurement System with Compensation of Measuring Cable Influence. Energies 2021, 14, 8214
SU830147A1 (ru) Устройство дл измерени температуры