Многоканальное устройство для измерения температуры

 

Изобретение может быть использовано для многоканального измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (ТП), обладающих различной чувствительностью. Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности устр-ва. С вторичной обмотки выходного трансформатора 20 измеряемьш сигнал поступает на вход усилителя 4 переменного тока (УПТ). В зависимости от заданного кода режима чувствительность устр-ва изменяется за счет выбора коэффициента усиления УПТ 4 с помощью переключателя 6 масштабов. Про масштабированное напряжение с выхода УПТ 4 поступает на демодулятор 7, Выпрямленное напряжение с последнего подается на один вход суммирующего усилителя 9, На другой его вход посредством ключей 37, 38 и 39 в зависимости от заданного дешифратором 35 кода режима поступает или напряжение компенсации термоЭДС свободного спая со схемы 8 термокомпенсации, или нулевое напряжение, или напряжение смещения от источника 32 опорного напряжения блока 3 самоконтроля. С выхода суммируюшего усилителя 9 напряжение самоконтроля подается на пороговый элемент 33, где сравнивает ся с двумя эталонными напряжениями, поступающими от источника 32 опорного напряжения. Если выходное напряжение суммирующего усилителя 9 отлично от заданного уровня, то на выходе порогового элемента 33 фop п pyeтcя сигнал 1, свидетельствующий об исправности устр-ва. 1 ил. varm .. ятооа - S (Л со 4 оо 05 О) Np

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 G О1 K 7 02

s!c с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/ " И АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с" .,г с саслъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3937327/24-10 (22) 06 ° 08.85 (46) 30.10.87, Бюл. 1(40 (72) А.К,Савчук и А,Л.Калашников (53) 536.532 (088,8) .(56) Авторское свидетельство СССР

))с 691699, кл. G Ol К 7/02, 1977, Авторское свидетельство СССР (- 949350, кл. G 01 К 7/02, 1981. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДПЯ

И311ЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение может быть использовано для многоканального измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (ТП), обладающих различной чувствительностью, Цель изобретения — повышение точности измерения и надежности устр-ва.

С вторичной обмотки выходного трансформатора 20 измеряемый сигнал поступает на вход усилителя 4 переменного тока (УПТ). В зависимости от заданного кода режима чувствительность устр-ва изменяется эа счет выбора коэффициента усиления УПТ 4 с помощью переключателя 6 масштабов. Промасштабированное напряжение с выхода

УПТ 4 поступает на демодулятор 7.

Выпрямленное напряжение с последнего подается на один вход суммирующего усилителя 9. На другой его вход посредством ключей 37, 38 и 39 в зависимости от заданного дешифратором 35 кода режима поступает или напряжение компенсации термоЭДС свободного спая со схемы 8 термокомпенсации, или нулевое напряжение, или напряжение смещения от источника 32 опорного напряжения блока 3 самоконтроля. С выхода суммируюшего усилителя 9 напряжение самоконтроля подается на пороговый элемент 33, где сравнивается с двумя эталонными напряжениями, поступающими от источника 32 опорного напряжения. Если выходное напряжение суммирующего усилителя 9 отлично от заданного уровня, то на выходе порогового элемента 33 формируется сигнал "1", свидетельствующий об исправности устр-ва. 1 ил, 1348664

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано для многоканального измерения температуры с помощью термо5 электриче ских преобразователей, обладающих различной чувствительностью, Целью изобретения является повышение точности измерения и надежности устройства при работе с различными типами термоэлектрических преобразователей, а также упрощение конструкции устройства.

На чертеже изображена структурная схема многоканального устройства, Устройство содержит п термоэлектрических преобразователей 1,, °,,n (число термопреобразователей и может быть любым), модулятор 2, блок 3 самоконтроля, усилитель 4 переменного тока с резистором 5 на входе, переключатель 6 масштабов, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 4, демодулятор 7, схему

8 термокомпенсации, суммирующий усилитель 9 постоянного тока, блок 10 индикации и блок 11 управления.

Модулятор 2 предназначен для модуляции входного сигнала, гальванической развязки термоэлектрических преобразователей от корпуса и цепей питания и поочередного подключения термоэлектрических преобразователей к усилителю 4 переменного тока. МодуJIRTop содержит 2п транзисторных 35 ключей 12 ° 1,,12,п, 13,1,. °,,13,п с ограничивающими ток базы резисторами 14.1, 14.п, 15,1,,...,15. n, п управляющих трансформаторов 16.1, °, .,16,п, выходной трансформатор 17, 40 общий транзисторный ключ 18 с ограничивающим резистором 19 и управляющим трансформатором 20, а также коммутатор 21 управляющих импульсов.

Переключатель 6 масштабов обеспе- 45 чивает приведение к единому масштабу выходного напряжения от различных типов термоэлектрических преобразователей, В него входят резисторы 2225 и ключ 26, образующие цепь отри- 5р цательной обратной связи с требуемым коэффициентом передачи, Блок самоконтроля включает в себя два транзисторных ключа 27,1 и 27,2 с резисторами 28.1 и 28,2, управляющий трансформатор 29, резистивный делитель на Резисторах 30 и 31, источник 32 оп рно о напряжения и пороговый элемент 33.

Блок 3 самоконтроля предназначен для формирования эталонного напряжения переменного тока, которое в каждый (и+1)-й такт поступает на усилитель 4 переменного тока и дальше через демодулятор 7 и суммирующий усилитель 9 на сигнальньш вход порогового элемента 33, где сравнивается с заданными уровнями от источника 32 опорного элемента, В случае выхода иэ строя любого из узлов (за исключением блока индикации) на выходе порогового элемента формируется сигнал неисправности, который поступает в блок 10 индикации.

Блок 11 управления служит для синхронизации работы всех узлов устройства. В него входят инвертор 34, генератор 35 прямоугольных импульсов и дешифратор 36, состоящий иэ двух идентичных стандартных преобразователей, параллельных 1! различных входных кодов режилia и номера канала (номера выбранного термоэлектрического преобразователя) в две цепи 2 управляющих сигналов, Он имеет две входных шины нКод режима" и лКод канала". Шина "Код режима" необходима для установления (независимо от выбранного канала) в соответствии с типом входного сигнала необходимого масштаба усилителя 4 переменного тока и соответствующего режима работы суммирующего усилителя 9 постоянного тока, Возможны спедуюцие режимы работы: с компенсацией термоЭДС., свободных спаев термоэлектрических преобразователей; со смещением выходной характеристики при работе без термокомпенсации; без термокомпенсации— при работе с термокомпенснрованными термоэлектрическими преобразователями, Шина Код канала необходима для выбора требуемого термоэлектрического преобразователя или включения сиг нала с блока самоконтроля.

Суммируюций усилитель 9 постоянного тока содержит три управляемых ключа 37-39 и усилитель 40.

Схема 8 термокомпенсации предназначена для компенсации термоЭДС свободных спаев термоэлектрических преобразователей и состоит из токозадающего резистора 41 и термочувствительного полупроводникового диода

42, располагаемого на разъеме со сво1348664

50 бодными спаями термоэлектрических преобразователей.

Блок 10 индикации служит для индикации с одновременной записью изме5 ряемого значения температуры каждого из и термоэлектрических преобразователей, а также для фиксирования неисправностей устройства в целом и может состоять, например из цифроУ 10 вого индикатора и цифропечатывающего устройства.

Многоканальное устройство для измерения температуры работает следующим образом.

Сигналы с термоэлектрических преобразователей I...,,n через транзисторные ключи поступают на первичную обмотку выходного трансформатора

17, который служит для гальваничес20 кой развязки источников входных сигналов.

Переключение каналов осуществляется при помощи коммутатора 21 управления импульсов в зависимости от сос- 25 тояния кода канала, поступающего на управляющий вход дешифратора 35 по шине

tt tt

Код канала блока 11 управления, На сигнальный вход коммутатора 21 управляющих импульсов поступают импульсы re- 30 нератора 36 прямоугольных импульсов через инвертор 34. Инвертирование необходимо для обеспечения работы входных транзисторных ключей 12 и 13 и общего транзисторного ключа 18 в

35 противофазе. В зависимости от значения кода канала на входе дешифратора

35 блока 11 управления импульсы с выходов коммутатора 21 управляющих импульсов поступают на первичную об40 мотку одного из управляющих трансформаторов 16. I 16. и. С вторичных обмоток этих трансформаторов через ограничительные резисторы 14 и

l5 импульсы подаются для коммутации 45 транзисторных ключей 12 и 13 выбранного канала, Указанные транзисторные ключи открываются и закрываются одновременно. При открытых транзисторных ключах 12 и 13 транзисторный ключ 18 закрыт и наоборот, Импульсы управления транзисторного ключа 18 с управляющего трансформатора 20 подаются при любом включенном канале измерения. Выбор данной схемы модулятора 2 обусловлен необходимостью уменьшения количества транзисторных ключей и трансформаторов в схеме модулятора 2 при построении многоканального устройства, чтс ведет к упрощению устройства, С вторичной обмотки выходного трансформатора 20 измеряемый сигнал поступает на вход усилителя 4 переменного тока. В зависимости от заданного кода режима чувствительность устройства изменяется за счет выбора коэффициента усиления усилителя 4 с помощью переключателя 6 масштабов.

Промасштабированное в зависимости от вида и чипа входного сигнала напряжение с выхода усилителя 4 переменного тока поступает на демодулятор 7, Выпрямленное напряжение с последнего подается на один из входов суммирующего усилителя 9 постоянного тока, На другой его вход посредством ключей 37-39 в зависимости от заданного дешифратором 35 кода режима поступает или напряжение компенсации термоЭДС свободного спая со схемы 8 термокомпенсации (при работе, напри мер, с хромель-алюмелевыми термоэлектрическими преобразователями), или нулевое напряжение (при работе, например, с хромель-копелевыми термоэлектрическими преобразователями, l не требующими термокомпенсации, или напряжение смещения от источника 32 опорного напряжения блока самоконтроля, Напряжение компенсации снимается с диода 42 схемы 8 термокомпенсации, При этом с целью наиболее точной компенсации термоЭДС свободного спая термоэлектрических преобразователей указанный диод конструктивно крепится к разъему с проводами свободных спаев термоэлектрических преобразователей, а резистором 41 схемы 8 термокомпенсации задается рабочая точка на начальном (нелинейном) участке вольт-амперной характеристики диода

42, при которой температурная зависимость изменения прямого падения напряжения на P-n переходе диода 42 также нелинейна и пропорциональна нелинейной зависимости термоЭДС свободного спая термоэлектрических преобразователей, С выхода суммирующего усилителя 9 сигнал поступает на блок

l0 индикации для регистрации и на сигнальный вход порогового элемента

33, В режиме самоконтроля импульсы управления подаются на транзисторные ключи 27.1 и 27,2 блока 3 самоконтро1348564

i«(;«(К;Цiti«t .

l>lflfifllff 3;(1, «3 3 з! 80/40 Т((> 375 ll ill? н

Произli. -и злигр. пр-тие, г. Ужг;род, ул. Пргект! (! я, 4 ля, на входы которых поступает эталонное напряжение источника 36 опор— ного Ital(ps!a(3«1351 через р ези сти(и(кш делите.(ь нл ре(3«сторах 30 и 31. 0

С, выхода с у((и;(рующсг(7 усилителя 3 (((3пряжеш(е самоконтроля подлетел цл пороговый элемент ЗЗ, где срав(3:(влется с п(зумя этлпош(ым«нлпрях c?IE!51,"(и „ поступающими от исто п(ика 32 Опорного напряжеш(я.

Если выходное напряжение сум)(ирующего усилителя 9 больше элдл(шого

МИНИМЛЛЬНОГО И . >с:((ВШЕ 3 аДаш(ОГО Максимального уров((я, то Eta выходе порогового элемег(та 33 формируется сFI« ш(чный сигнлл, свидетель ст в . i)! t и п6 исправно т«устр(>йст()а, Б «r!i::i с л 1 у («1 я х 1 1 (> ) «7 Г о 13 (1, l ) и Р и е н т 3 3 («(:! в б л тывает « "(E(tol! ("t II HJI неиспр;(в- 7 б ности устро(ic(в=(, поступающ«й . л соответст!3- l, г(«и itttr(I(E.;1Top блока дик ацш( (f> о р м " 3 « «) б р е т (ll «5t

11ногок:(н(3711?ное у стройстно;?3» 13— мерения температур((, содержлв(е( термоэлек" р(ческих цреобрл.>он", с л, и модулятор, ус((((и (L:lb псремctllt(г 1 1 1 l( ка, «одк?ю (>и 13:11 ((-ре 3 5(емо?(у((»" >1 ((OP E3Ob(7 В.:.U (. «; )« i (f) y((>(((. ГО . ",? ., 1 ) ?.

1 1 (1 C T O 51 I! E! O > () 1 (? 1. (l l? ((1 г> «1 > (: i (1 Li к ? «(? j .

О СОС Д«((с Е >1> .;?" С".И(130МПРПC«(i(i!>l .! I? t!,() )«(?,, (1() j(« кУ EII!JEII(c;I III III, т л l l ч л ю Щ

ГО (l?((1?,Ю (?,1?3Ь вЂ”,((. Н« „ г

TO(it!OCT>t l 3 е(е,ll;(l >!.?, !«>Ii>C1 l(ройства, 13 l . (. >(. ., ((. и ..р тель кlл() (т.(Ов > (ll, ? .174(>(i: t!i .)t ((>( тоЯЩий и 3 t « (lс l>, l ò . i > ((17)lb(Î 7 1 o l l . (1(l.:

ИМПУЛЬСОВ, ((Ill!(«pTОра И д?ЕICI?«l (1ЛТ«1;1;l

6 JI OK C L3 t (> E: O13 T P (>: t 51, I > IC?i E:)?-I b7! (, I i;"t

СЕбя ПОро(О>(»й >. (М(еE!Т, iICтОЧВ;(К

oI1oPEIo ГО 1(«? ((E>5(,к(«l!1151 >) 1!P лвлл )7(i.(1(. (, трансформатор, резиcòitl>ttb(3(дс >1 те»l и два транзистор(я(к ключа, уп(>л(>.15(1.-щие входь(котор»х с ОО51«нен(«(с- втс>1>(.:-ми обмотками у«рлм(5(к>(((с.? 0 Tpл((сформаторл, л I!копн соединены с ..Ыхс до.") резисти в«оl >;(с Jill", с. I53 вход(l 1к (1 7p()-ГO П Одк Ih7?(C i! l к l l(p F!(1 "г« в(«(х("\? l . (. т . »!

1(F31;л опорного напряжения, соединенного с пороговым элементом, схемой термокомпенсации и третьим входом сумм((рующего усилителя, четвертый вход которого соединен с общей шиной уст- ройства, причем модулятор содержит ! ) ,,2п + 1(транзисторных ключей, (n+1 ) управляю(,их трансформаторон, коммут;(т(>р управляющих импульсов и выходit(7Et ТP >IICQOPbi«3ТОР FIPEI Э ТОМ ВЫВОДЫ клждого термоэлектрического преобразовлтеля соединены соответственно с

5>холл((и днух соответствующих транзисторных ключей, упрлнляющие входы которых сосдEIE!pl(bi соответственно с (3тoðt:lb!è o67b.oтrcлми соответствующих управляющих трлн сформаторон а ныхо I пы ((одключены к первой обмотке выходного трсн(сфоматора, паралгепьно K(3To .

1 oi включен общий 2п+1 транзисторный ключ, упрлг(ляю ц)ш нход которого coeliIltе: 1 oðo«бмОткой и+1 упранляк>щ((о т рсн(с,:.р((а горл, первая обмотка кото1)ого .1одклн«(ена к выходу генерат(71) 3 и;>имоу гол(ных им(гульсон блока

;пи л?>: е(и(и., cnoдинен((ому с управляю(::им входом демодулятора «входом инверторл, выход Ico горого подключен к

«(.«(37(ь((О.(у вхо;>у коммутатора управ(<(;,l(;ti, Ltl,;((ó. tüсов, упранлиюс(ий вход (.; г(ро(.о О(д>шс..н с первым ныходом .,;1 l тр «i тор,(t>Jlo (i:3 у()р авл еш(я, а вы:; .;;1»(с((1«(с ОотнстСТВЕE(HO С ПЕР". 63. ">. л" l«(управ.(яющих тр анс(!> l " l (о,>О(3 .(одулитс рл и блока само(тро)(и, вк>ходы транзисторных клю3(й к(! Tîpo. o Il!)!Ibлючены к первой обк тке : ..;((>!(>1(1 трап)сформлтора моду,It,1 ãîð-, l г(,>;>и бмоткл которого соец(1: I!;l с I). :oJI(7(l уси:п(теля переменното>;, 13 цепь Отрицательной обратно(1 с(>я-11 кo (>1?Огo включен пере(лючлте?1(1 .1)3ештлбов,;прлвляющий вход к . > >р(гo, Оед«1(с>13 с вторым выходом

)тгшифрлт рл б Ioê 3 у((рлвления и управ11531>щl"..l сходом е у . -1. 113 рук)ще г О усилителя

13!1: ОД КО 1 (>P(71 () .; ед«НСН С СИГНаЛЬНЫМ. входом г((>р(7г(эт>о(о 7лемента блока слм контро IB 1 ык >д которого подключ ll к,(оп(1: (ш". (?1),н му входу блока