izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-4-57-62izmertech-1599Research ArticleТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯTHERMOPHYSIC MEASUREMENTSСовершенствование алгоритмов измерения температуры при двухпроводном подключении термометра сопротивленияImproving temperature measurement algorithms for two-wire connection of a resistance thermometerhttps://orcid.org/0000-0003-1876-4626БондарьО. Г.BondarO. G.

Олег Григорьевич Бондарь

Курск

Oleg G. Bondar

Kursk

b.og@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0039-3425БрежневаЕ. О.BrezhnevaE. O.

Екатерина Олеговна Брежнева

Курск

Ekaterina O. Brezhneva

Kursk

bregnevaeo@mail.ruЗубаревА. Ю.ZubarevA. Yu.

Александр Юрьевич Зубарев

Курск

Alexander Yu. Zubarev

Kursk

zalex046@yandex.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202308052023045762Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1599

Рассмотрены существующие способы уменьшения погрешностей измерения температуры объектов и сред термометрами сопротивления. Данные погрешности вызваны влиянием сопротивления соединительных линий. Показано, что применяемые в промышленности способы уменьшения этого влияния и соответствующих погрешностей основаны на трёх- и четырёхпроводных схемах подключения термометров сопротивления, что усложняет измерительные схемы и повышает стоимость соединительных линий. Описана двухпроводная схема подключения, которая позволяет существенно ослабить влияние соединительной линии на точность измерения температуры. Данная схема отличается простотой конструкции и меньшей стоимостью по сравнению с трёх- и четырёхпроводными схемами подключения. Для уменьшения чувствительности к помехам и шумам квантования при одновременном сокращении времени измерения в двухпроводную схему предложено включить цифровой интегратор напряжения переходного процесса разряда конденсатора, шунтирующего термометр сопротивления. Практически реализован способ двухпроводного измерения температуры термометрами сопротивления с использованием разработанного алгоритма измерения и обработки результатов цифрового интегрирования напряжения переходного процесса. Выполнены многократные измерения эталонного сопротивления номиналом 1 кОм способом двухпроводного измерения температуры с использованием цифрового интегрирования и способом на основе оценки падения напряжения на термометре сопротивления по результатам измерения в двух точках кривой переходного процесса. Проведённые экспериментальные исследования подтвердили эффективность способа двухпроводного измерения температуры с применением цифрового интегрирования. Способ можно применять в системах контроля параметров воздушной среды и технологических процессов.

The existing ways to reduce the errors in measuring the temperature of objects and media with resistance thermometers are considered. These errors are caused by the infl uence of the resistance of the connecting lines. It is shown that the methods used in industry to reduce this effect and the corresponding errors are based on three- and four-wire circuits for connecting resistance thermometers, which complicates the measuring circuits and increases the cost of connecting lines. A two-wire connection scheme is described, which can signifi cantly reduce the infl uence of the connecting line on the accuracy of temperature measurement. This circuit is characterized by simple design and lower cost compared to three- and four-wire connection schemes. To reduce the sensitivity to interference and quantization noise while simultaneously reducing the measurement time, it is proposed to include a digital voltage integrator of the transient discharge process voltage of the capacitor shunting the resistance thermometer in the two-wire circuit. A method for two-wire temperature measurement with resistance thermometers has been practically implemented using the developed algorithm for measuring and processing the results of digital integration of the transient voltage. Multiple measurements of the reference resistance with a nominal value of 1 kOhm were performed using the two-wire temperature measurement method using digital integration and the method based on the assessment of the voltage drop on the resistance thermometer based on the results of measurements at two points of the transient curve. The conducted experimental studies have confi rmed the effectiveness of the method of two-wire temperature measurement using digital integration. The method can be used in systems for monitoring the parameters of the air environment and technological processes.

термометр сопротивлениясопротивление проводниковдвухпроводная линияизмерительная цепьпомехоустойчивостьинтегрирующий преобразовательthermometerconductor resistancetwo-wire linemeasuring circuitnoise immunityintegrating transducerReferencesКамынин В. А., Вольф А. А., Скворцов М. И., Филатова С. А., Копьева М. С., Цветков В. Б., Бабин С. А. Распределённое измерение температуры в непрерывных гольмиевых волоконных лазерах // Фотон-экспресс. 2021. № 6. С. 347–348. https:/doi.org/10.24412/2308-6920-2021-6-347-348Kamynin V. A., Wolf A. A., Skvortsov M. I., Filatova S. A., Kopyeva M. S., Tsvetkov V. B., Babin S. A. Foton-Express, 2021, no. 6, pp. 347–348. (In Russ.) https:/doi.org/10.24412/2308-6920-2021-6-347-348Филатов А. В., Сердюков К. А., Новикова А. А. Перспективы использования модифицированного нулевого метода измерений температуры датчиками сопротивления // Измерительная техника. 2020. № 7. С. 51–55. https:/doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-7-51-55Filatov A. V., Serdyukov K. A., Novikova A. A. Measurement Techniques, 2017, vol. 63, nо. 7, pp. 567–572. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01824-xКиба Д. А., Любушкина Н. Н., Гудим А. С., Биткина А. А. Регистратор условий хранения и транспортировки специализированных грузов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62. № 7. С. 668–674. https:/doi.org/10.17586/0021-3454-2019-62-7-668-674Kiba D. A., Lyubushkina N. N., Gudim A. S., Bitkina A. A. Recorder of conditions of storage and transportation of specialized cargoes. Journal of Instrument Engineering, 2019, vol. 62, no. 7, pp. 668–674. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2019-62-7-668-674Каспаров К. Н., Белозеров А. В. Измерение температуры быстропротекающих процессов // Измерительная техника. 2002. № 12. С. 34–38.Kasparov K. N., Belozerov A. V. Measurement Techniques, 2002, vol. 45, no. 12, pp. 1256–1263. https://doi.org/10.1023/A:1022985107345Куликов В. А., Муравьев В. В., Никитин К. А., Брагин Г. В. Измерение температуры рельсов бесстыкового пути // Измерительная техника. 2017. № 5. С. 53–55.Kulikov V. A., Murav’ev V. V., Nikitin K. A. Measurement Techniques, 2017, vol. 60, nо. 8, pp. 487–490. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1222-3Лапшинов Б. А. Методы измерения температуры в технологиях сверхвысокочастотного нагрева // Измерительная техника. 2021. № 6. С. 20–28. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-6-20-28Lapshinov B. A. Measurement Techniques, 2021, vol. 64, nо. 6, pp. 453–462. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01954-wСу Ц., Кочан О. В., Йоцов В. С. Методы снижения влияния приобретенной термоэлектрической неоднородности термопар на погрешность измерения температуры // Измерительная техника. 2015. № 3. С. 52–55.Jun S., Kochan O. V., Jotsov V. S. Measurement Techniques, 2015, vol. 58, nо. 3, pp. 327–331. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0709-zВолков Б. И., Новицкий Д. М. Анализ погрешностей измерения температуры, обусловленных неточностью модели измерительно-вычислительного преобразователя // Измерительная техника. 2004. № 3. С. 247–253.Volkov B. I., Novitskii D. M. Measurement Techniques, 2004, vol. 47, nо. 3, pp. 247–253. https://doi.org/10.1023/B:METE.0000029867.47692.86Андрусевич А., Губа А. Термометры сопротивления: от теории к практике // Компоненты и технологии. 2011. № 7. С. 61–66.Andrusevich A., Guba A. Termometry soprotivleniya: ot teorii k praktike, Components & Tekhnologies, 2011, no. 7, pp. 61–66. (In Russ.)Способ измерения температуры среды: пат. RU 2781754 С1 / О. Г. Бондарь, Е. О. Брежнева, Н. В. Поляков // Изобретения. Полезные модели. 2022. № 29.O. G. Bondar’, E. O. Brezhneva, N. V. Polyakov, Patent RU 2781754 С1, Inventions. Utility Models, no. 29 (2022).Устройство для измерения температуры среды: пат. RU 2534633 С2 / А. Ф. Буслаев // Изобретения. Полезные модели. 2014. № 34.A. F. Buslaev, Patent RU 2534633 С2, Inventions. Utility Models, no. 34 (2014).Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Поздняков В. В. Методы и алгоритмы управления термокаталитическим датчиком водорода // Измерительная техника. 2018. № 5. С. 69–72. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-5-69-72Bondar’ O. G., Brezhneva E. O., Pozdnyakov V. V. Measurement Techniques, 2018, vol. 61, nо. 5, pp. 514–519. https://doi.org/10.1007/s11018-018-1460-zСпособ многоканального измерения температуры: пат. RU 2775873 С1 / О. Г. Бондарь, Е. О. Брежнева // Изобретения. Полезные модели. 2022. № 20.O. G. Bondar’, E. O. Brezhneva, Patent RU 2775873 С1, Inventions. Utility Models, no. 20 (2022).Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Родионов П. С. Многоканальный преобразователь температуры // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2022. Т. 65. № 4. С. 254–261. https:/doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-4-254-261Bondar’ O. G., Brezhneva E. O., Rodionov P. S. Multichannel temperature converter. Journal of Instrument Engineering, 2022, vol. 65, no. 4, pp. 254–261. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-4-254-261Способ измерения температуры: пат. RU 2752132 С1 / О. Г. Бондарь, Е. О. Брежнева, Е. С. Двойных // Изобретения. Полезные модели. 2021. № 21.O. G. Bondar’, E. O. Brezhneva, E. S. Dvoinykh, Patent RU 2752132 С1, Inventions. Utility Models, no. 21 (2021).Бондарь О. Г., Брежнева Е. О., Калмыков А. И. Повышение точности измерения температуры: метод двухпроводного подключения термометра сопротивления // Измерительная техника. 2022. № 3. С.53–58. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-3-53-58Bondar ’ O. G., Brezhneva E. O., Kalmykov A. I. Measurement Techniques, 2022, vol. 65, nо. 3, pp. 206–212. https://doi.org/10.1007/s11018-022-02070-z

The authors declare that there are no conflicts of interest present.