Устройство для измерения температуры

 

Изобретение может найти применение при точных измерениях температуры с представлением результатов в цифровом виде. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, усилитель 2, суммирующий усилитель 3, источник 4 опорного напряжения, переключатели 7, 8, 9, 10 и 11 тактов, интеграторы 13 и 14, преобразователь 15 сопротивления в напряжение с термопреобразователем 16 сопротивления, нуль-орган 17,. блок 18 управления, генератор 19 счетных импульсов, ключ 20, счетчик 21 импульсов и блок 22 цифрового отсчета. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяют уменьшить погрешности , обусловленные колебаниями температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя 1. 1 ил.. (Л оо О) to со СП О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С 01 К 7 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / :, ц

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение может найти применение при точных измерениях температуры с представлением результатов в (21) 4104982/24-10 (22) 30.05.86 (46) 30.12.87. Бюл. № 48 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Буй Ван Шанг (VN), Н.Г.Ковальчук и .Е.С.Полищук (SU) (53) 536.53(088.8) (56) Авторское .свидетельство СССР

¹ 920402, кл. G 01 К 7/12, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 665217, кл. G 01 К 7/20, 1977, прототип.

„„SU„„1362956 А1 цифровом виде. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, усилитель 2, суммирующий усилитель 3, источник 4 опорного напряжения, переключатели 7, 8, 9, 10 и 11 тактов, интеграторы 13 и 14, преобразователь 15 сопротивления в напряжение с термопреобразователем

16 сопротивления, нуль-орган 17,. блок

18 управления, генератор 19 счетных импульсов, ключ 20, счетчик 21 импульсов и блок 22 цифрового отсчета.

Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяют уменьшить погрешности, обусловленные колебаниями тем4Я пературы свободных концов термоэлектрического преобразователя 1. 1 ил.

С:

1362

Изобретение относится к измерению температуры и может найти применение при точных измерениях температуры с представлением результатов в цифровой форме.

Целью из обретения явля е тс я повышение точности измерения, путем уменьшения погрешности, обусловленной колебаниями температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. для измерения температуры. 15

Устройство содержит. термоэлектрический преобразователь 1, входной усилитель 2, суммирующий усилитель 3, источник 4 опорного напряжения, первый резистор 5, второй резистор 6, первый 7, второй 8, третий 9, четвертый 10 и пятый 11 переключатели тактов, конденсатор 12, первый интегратор 13, второй интегратор 14, преобразователь 15 сопротивления в напря- 25 жение с термопреобразователем 16 сопротивления, установленным в месте расположения свободных концов термоэлектрического. преобразователя 17 нуль-орган, блок 18 управления, генератор 19 счетных импульсов, ключ

20, счетчик 21 импульсов и блок 22 цифрового отсчета.

Устройство работает следующим образом. По правилу аддитивности показания по температуре термоэлектричес35 ких преобразователей (ТП), имеется соотношение

Е(0 9„) Е(Есв х) + Е(0,9св (1) где Е(0, 9 ), Е(0,8„) — градуировоч- 40 ные характеристики ТП при температурах рабочих концов 9 и 9„ и нулевой температуре свободных концов, Е(9св, e„) — термоЭДС ТП при температурах свободных и рабочих концов, 45 соответственно равных & и 8Ä.

Функции преобразования ТП с монотонно возрастающей и монотонно убывающей характеристикой соответственно имеют следующие виды: 50

»вх/т, E(0, 9„) = -Е + E,E р (2)

Е(0, 9x) = +Е о — Е„2 ", (3) где Е, Е „, Т „ — коэффициенты преобразования ТП. 55

Для наиболее часто встречающихся типов ТП Е(0, 8 ) имеет вид

E(0ü gee) = E o+ У в ", (4)

+8 /т

956 2 где E, Е,, Т, — коэффициенты преобразования.

Подставляя (2) и (4), (3) и (4) в (1) соответственно получим

+ох! т1

Е,1

+я /т, х .1

8x/

9св»e„)+Eî о + (5)

Е(Всв,дх) + E + Е о

В первом такте переключатели 7 и

8 замкнуты, переключатель 9 разомк» нут, переключатель 10 подключен к точке А. 3а время первого такта заряжаются конденсаторы С» и С от напряжения U = -К F. 1 8«/ 2 и -1)у !!8 Э о соответственно. При этом выходные напряжения интеграторов 13 и 14 в конце такта соответственно равны

К Rg1 ов/72

"о 1,(9) ао R! С РС„ ц + 2 1

U t !!н R C (10) св l т

Е11 (6)

Если на первый, второй и третий входы суммирующего усилителя 3 соответственно подаются усиленная термоЭДС К„ Е = (дсв, 9„), некоторое постоянное напряжение и напряжение, пропорциональное члену Е,1 ов/т!, то можно получить на выходе усилителя 3 напряжение U = -K K Е„1 х ", где

+ /т„

К „ К вЂ” коэффициенты усиления усилителей 2 и 3 соответственно.

Если термопреобразователь 16 сопротивления (ТС) имеет функцию преобразования вида о Rð1 где R, R, Т вЂ” коэффициенты преобразования, то после преобразования и вычитания постоянного члена получим напряжение на выходе преобразователя

/T э о где К вЂ” коэффициент преобразования э преобразователя 15.

Устройство работает по четырем тактам преобразования. В первом и втором тактах переключатель 7 подключается к выходу преобразователя 15.

В третьем и четвертом тактах — к выходу усилителя 3. В- начале процесса преобразования все конденсаторы быпи полностью разряжены, счетчик 21 был установлен в нулевом состоянии.

1362956

Во втором такте переключатели 7 и

8 разомкнуты, переключатель 9 замкнут, а переключатель 10 подключается к резистору 6 -R»(. Конденсатор С, разряжается через резистор R (,,по экспоненциальному закону до напряжения

Время разряда. С, определяется выражением

С = R C,l„— — = R,Ñ 1„— — -—

») ин» (КэК,К.Cr"U R C, А g

R С»

Т св (11)

2 I

КэНоК2С Осв макс

При этом 1„— — — — — 7 — — — — —, " U2R» С» т

В момент равенства выходных напряжений двух интеграторов 13 и 14 происходит разряд конденсаторов С и С до нуля.

3а время tz конденсатор С 3 также заряжается от напряжения U+ через резистор К по экспоненциальному зако3 ну. В момент окончания промежутка времени t, переключатель 10 подключается к входу усилителя 3. Напряжение на конденсаторе С остается пос9 тоянным и равняется

12/Ув св

Uñç U4(1 1 ).

Подставляя в последнее выражение значение t из (11) получаем

Р с (»3goR с (и

1 рэсэ 02 д, с )сф 4(ф1 ) х (э сэ, (12)

Для получения на выходе усилителя

3 напряжения U = -К К Е 1 " со-! т .Е 1 и гласно (5), необходимо подавать на его первый, второй и третий инвертирующие входы соответственно напряжения U =, -К„Е(дсв, 6 ) i U„= К (Ео

О) Ф э

При этом

R, с, (э",, Й С

Ь

1) 1 в (»

R C 0 R С

»

Т = Т --,-"эСэ (13)

2 R,с»

Для получения на выходе,усилителя

3 напряжения U = -К К Е 1 »(1» со1» гласно (6) при выполнении условия (13) необходимо подавать на первый, второй и третий инвертирующие входы соответственно напряжения

-KE(e, B„), U, = -U +К (Е

+ Eo) и 1)сз

В третьем такте переключатели 7 и

8 замкнуты, переключатель 9 разомкнут, а переключатель 10 подключен к третьему входу усилителя 3. 3а время третьего. такта t заряжаются конден3 саторы С и С» от напряжения

5 - х

= -К,К Е 1 и -Ь соответственно. При этом выходные напряжения интеграторов 13 и 14 в конце такта соответственно равны

+В„ т, П «И» tyK»KgE»l

"нн — UYR «С

RiCi и (14) (15)

В четвертом такте переключатели 7 и 8 разомкнуты, переключатель 9 замкнут, а переключатель 10 подключен к общей точке А. Конденсатор ССэ разряжается до нуля. Конденсатор С, разряl жается через резистор R по(экспонен1 ( циальному закону до напряжения U „„ .

Время разряда, С„ определяется выраС, = R,С, l --и, - = К(C ln +

Ф 11 Ц 1 ЦК

R„C, Т х. (16) К»К Е(КаС» Охмакс

При этом ln — - - — — — > — — —, UcR„C i

Заполнив интервал времени t импульсами частоты Е с генератора 19, количество импульсов, поступивших через ключ 20 на вход счетчика 21 импульсов, равно

N =f t =fRС1n- — — — - +

К, К Е К Сл

Ф о о»» 11 В

joR»C» 9 т„ (17) 40 . (fo »ѻ выбирая — — -- = 10 где n = 0 1

Т

I

2, ..., обозначая Й = foR, С, х

К»КгЕ»КгС х ln-— — — — --, получим

45 П К»С„

+10 6„. (18) В момент заканчивания с происхо-, ..дит разряд конденсаторов С, и С до

50 нуля.

Для обеспечения высокой помехоустойчивости устройства необходимо выбирать длительность первого и трегье55 ro тактов преобразования, равную периоду помех в данном моменте преобразования.

Блок 18 управления предлагаемого устройства незначительно отличается

1362956

Формула изобретения

Составитель В.Куликов

Техред Л.Сердюкова Корректор 0 ° Кравцова

Редактор 10.Середа

Заказ 6390/28

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 от блока управления прототипа, т.е. в его структуре дополнительно введены триггер для деления частоты переключения переключателей 7 и 8 на два (для управления переключателем 7) и некоторые логические элементы для открывания ключа 20 за время t < и управления переключателем 10.

Предлагаемое устройство позволяет получить линейную зависимость цифровых показаний от измеряемой температуры, повысить точность измерения за счет формирования сигнала коррекции изменения термоЭДС ТП, обусловленного колебанием температуры их свободных концов, обеспечить высокую помехоустойчивость при преобразовании сигналов от ТП и дополнительного ТС.

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический 2б преобразователь, -подключенный к входному усилителю, первый интегратор, вход которого соединен с выходом первого переключателя тактов, а выход соединен с первым входом нуль-органа, 30 второй вход которого подключен к вы ходу второго интегратора, вход которого через второй переключатель тактов соединен с первым выходом источника опорного напряжения, первый ре35 зистор, подключенный через третий переключатель тактов к конденсатору первого интегратора, счетчик импульсов, вход которого через ключ соединен с выходом генератора счетных импульсов, 4О а выход подключен к блоку цифрового отсчета, блок управления, соединенный с управляющими входами всех переключателей тактов и ключа, о т л и— ч а ю щ е. е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, путем уменьшения погрешности, обусловленной колебаниями температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, в него введены преобразователь сопротивления в напряжение, снабженный термопреобразователем сопротивления для измерения температуры свободных спаев термоэлектрического преобразователя, четвертый и пятый переключатели, второй резистор, конденсатор и суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с выходом входного усилителя, второй вход — с вторым выходом источника опорного напряжения, третий вход — с первым входом четвертого переключателя тактов, а выход подключен к первому входу пятого переключателя тактов, выход которого соединен с входом первого пе-, реключателя тактов, а второй вход соединен. с выходом преобразователя сопротивления в напряжение, вход которого подключен к третьему выходу источника опорного напряжения, четвертый выход которого через второй резистор подключен к второму входу четвертого переключателя тактов, выход которого через конденсатор подключен к его третьему входу, соединенному с общей шиной устройства, при этом управляющие входы четвертого и пятого переключателей и счетчика импульсов связаны с блоком управления, вход которого соединен с выходом нуль-органа.