Устройство для измерения температуры

 

Использование: для измерения температуры жидкости и газа в трубопроводах гидродинамических систем/Сущность: устройство для измерения температуры содержит один термочувствительный пьезорезонатор, две капсулы, два автогенератора , один блок формирования разностной/частоты , один регистратор, одну мостовую схему, два терморезистора, один дифференциальный усилитель постоянного тока, один блок переключения диапазонов измерения, один дешифратор, один триггер , один логический элемент, две RC-цепочки и два усилителя. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ 0АТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4952577/10 (22) 28.06.91 (46) 30.05,93. Бюл. hh 20 (71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) А.А. Леонов, В.С. Москалев (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1550334, кл. G 01 К 1/26, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1610310, кл. G 01 К 7/32, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измере. ния температуры, в которых в качестве чувствительного элемента используется термочувствительный кварцевый резонатор, и предназначено для измерения температуры жидкости и газа в трубопроводах гидрогазодинамических систем.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры в динамическом режиме.

При этом входы управляющих схем подключены к соответствующим выходам дешифратора, а выходы каждой управляющей схемы подключены к управляющему входу соответствующего ключа в каждой из четырех групп масштабирующих цепочек, по парно включенных в смежные плечи мостовой схемы последовательно и параллельно с соответствующим терморезистором, „„5U„„1818549 А1 (57) Использование: для измерения температуры жидкости и газа в трубопроводах гидродинамических систем. Сущность: устройство для измерения температуры содержит один термочувствительный пьезорезонатор, две капсулы, два автогенеpatopa, один блок формирования разностной.частоты, один регистратор, одну мостовую схему, два терморезистора, один дифференциальный усилитель постоянного тока, один блок переключения диапазонов измерения, один дешифратор, один триггер, один логи еский элемент, две RC-цепочки и два усилителя. 1 ил.

Терморезисторы размещены в дополни- тельной защитной капсуле в центре ее полости и на ее внутренней поверхности.

На чертеже представлена схема устройства для измерения температуры.

Устройство для измерения температуры содержит термочувствительный пьезорезонатор 1, помещенный в защитную капсулу 2 и включенный в частотозадающую. цепь измерительного автогенератора 3, подклю- 00 . ченного выходом к первому входу блока (Л формирования разностной частоты 4. сое- Дь диненного вторым входом с выходом опор- с() ного автогенератора 5, а выходом: подключенного ко входу регистратора 6, мостовую схему 7 с двумя терморезисторами 8 и 9 в ее смежных плечах, размещенные в дополнительной защитной капсуле 10 в центре ее полости и на ее внутренней поверхности, дифференциальный усилитель 11, вход которого подключен к измерительной диагонали АБ мостовой схемы 7. а выход— ко входу опорного автогенератора 5, де1818549 шифратор 12, подключенный к выходу регистратора 6, четыре группы из и масштабирующих цепочек 13, 14, 15, 16 и и управляющих схем 17.

Масштабирующие цепочки попарно 13, 14 и 15, 16 включены в смежные плечи мостовой схемы 7, причем цепочки 13 и 15— последовательно с терморезисторами 9 и 8 соответственно, а цепочки 14 и 16 — параллельно с терморезисторам 9 и цепочкой 13 и терморезистором 8 и цепочкой 15 соответственно.

Причем каждая из масштабирующих цепочек 13, 14 состоит из последовательно соединенных нормалиэующих резисторов

18 и соответствующих ключей 19 K11...К1 и

K2>...K2n, а каждая из масштабирующих цепочек 15, 16 — из последовательно соединенных нормализующих резисторов 20 и соответствующих ключей 20 КЗ ...К3 1 и

K4)...К4п.

Каждая управляющая схема 17 содержит последовательно соединенные триггер

22, элемент 2И вЂ” HE 23; дифференцирующую цепь 24 и усилитель 25, Усилитель 25 подключен входом к инверсному выходу триггера 22, соединенного установочным входом со вторым входом элемента 2И вЂ” НЕ 23, а входом обнуления, — с выходом дифференцирующей цепи 24;

Входы управляющих схем 17 падкл ачены к соответствующим выходам дешифратора 12, а выходы, каждой управляющей схемы 17, подключены к управля ащему входу соответствующего ключа 19, 20 в каждой из четырех групп масштабирующих цепочек

13, 14, 15, 16.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом.

В установившемся тепловом режиме температура контролируемой среды и температура термочувствительного пьезорезонатора 1 равны, Температура терморезисторав 8 и 9 также равна. температуре контролируемой среды, а мостовая схема 7 сбалансирована и управляющее напряжение на выходе дифференциального усилителя 11, поступающее на управляющий вход опорного автогенератара 5 устанавливает íà era выходе значение номинальной опорной частоты, При атом значение измеренной температуры полностью определяется термачувствительным кварцевым резонатором 1 и вычисляется из соотношения:

Т=Л0+Л1. F, где т — значение температуры среды, в которую помещен термачувствительный пьезорезонатар, С,"

F — значение выходной частоты блока формирования разнастной частоты, Гц„

ЛО, Ai коэффициенты полинома первой степени, которым аппроксимируется температурная зависимость частоты F, определяются в процессе индивидуальной градуиравки термачувствительнаго пьезорезанатора 1, включенного в схему измерительного автагенератара 3.

"0 При скачкообразном изменении. температуры контролируемой среды возникает перепад между температурой поверхности защитной капсулы 2 термочувствительнаго пьезорезонатора 1 и температурой самого

15 тела кристалла пьезарезонатара 1, Этот перепад температур приводит к появлени:о динамической погрешности измерения температуры.

Устранение этой погрешности осущест20 вляется с помощью двух термарезисторов 8 и 9, размещенных в центре полости и на внутренней поверхности дополнительной капсулы 10, которая устанавливается в непосредственной близости ат защитной капсулы 2 термачувствительнога пьезарезонатора. Геометрические и теплофизические параметры дополнительной капсулы 10 выбираются таким образом, чтобы смоделировать перепад температур

30 между терморезистарами 8 и 9, а также изменение ега.по времени в полном соответствии с,еплавыми процессами, проходящими в защитной капсуле пьезорезанатара 1.

35 Перепад температур термарезистаров 8 и 9 вызовет разбаланс мостовой схемы 7, в результате чего на выходе подключенного к ее измерительной диагонали AB дифференциального усилителя 11 появится управляю40 щее напряжение, поступающее на вход опорного автогенератора 5. При этом, зна. чение частоты на выходе опорного автогенератара 5 изменится на величину, пропорциональную перепаду температур между терморезистарами 8 и 9 и, соответственно перепаду температур между поверхностью защитной капсулы 2 и пьезореэанатарам 1. Изменение выходной частоты спорного автагенератора 5 приве50 дет к изменению частоты F на выходе формирователя разнастнай частоты 4, Это определит значение измеренной температуры с учетом коррекции инерционности кварцевого датчика, Используемые в устройстве термореэисторы 8 и 9 отличаются большой крутизной зависимости их сопротивления ат температуры, Однако, их температурные характеристики имеют большой разброс даже для одной партии, Кроме того, сама температур1878549

40

50 ная характеристика термореэистора имеет сильно выраженную нелинейную форму, Все это приводит к появлению значительной дополнительной погрешности измерения в динамическом режиме, при большом диапазоне измеряемых температур.

Для уменьшения этой погрешности,весь диапазон измерения температуры устройства разбит на и поддиапаэонов. В каждом поддиапазоне осуществляется нормализация температурных характеристик термореэисторов 8 и 9 с помощью нормализующих резисторов 18 и 20.

На выходе блока формирования разностной частоты 4 формируется сигнал частотой F, соответствующей измеряемой температуре, Регистратор 6 производит измерение этой частоты и вычисление ro, ее значению измеренной температуры. Про-. цесс измерения осуществляется циклически, причем по окончании одного цикла, начинается следующий, На выходе регистратора 6 формируется двоично-десятичный код измеренного значения температуры, Этот код поступает на входы дешифратора 12. Каждому из поддиапазонов измерения устройства соответствует оп..еделе ный выход дешифратора.

По,...е каждог. цикла измерения на том выходе дешифр 1ор . 12, диапазону котороt o соотве ст вует измеренное значение температуры, появляется управляющий сигнал в виде отрицательного перепада напряжения, поступающий на соответствующую управляющую схему 17 на вход 1 триггера 22 и на один из входов элемента 2И-НЕ 23, который после дифференцирования соответствующей RC-цепочкой 24 в виде положительного импульса поступает на вход "0" триггера 22. На инверсном выходе триггера

22 появляется положительный потенциал, который поступает на вход соответствующего усилителя 25. Триггер 22 остается в этом состоянии до окончания следующего цикла измерения. Управляющее напряжение с выхода усилителя 25 поступает на управляющие входы ключей 13, 14 и 75, 76, которые включают в цепи терморезисторов

8 и 9 соответствуют нормализующие резисторы 18 и 20. Нормализующие резисторы для каждого поддиапаэона подбираются таким образом, чтобы обеспечивалась заданная идентичность цепей терморезистор— нормализующий резистор, включаемых в плечи моста.

Устройство для измерения температуры позволяет повысить точность измерения температуры в динамическом режиме, за счет уменьшения влияния разброса температурных характеристик терморезисторов и их большой нелинейности.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный пьезорезонатор, помещенный в защитную капсулу и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора, подключенного выходом к первому входу блока .формирования разностной частоты, соединенного вторым входом с выходом опорного автогенератора, а выходом подключенного к входу регистратора, а также мостовую схему с двумя терморезисторами в ее смежных плечах, подключенную измерительной диагональю к дифференциальному усилителю постоянного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены дешифратор.подключенный к выходу регистратора, четыре группы из и масштабирующих цепочек из последовательно соединенных нормализующего резистора и ключа и и управляющих схем, при этом входы управляющих схем подключены к соответствующим выходам дешифратора, а выходы каждой управляющей схемы подключены к управляющему входу соответствующего ключа в каждой из четырех групп масштабирующих цепочек, попарно включенных в смежные плечи мостовой схемы последовательно и параллельно с соответствующим терморезистором, терморезисторы размещены в допол нительной защитной капсуле в центре ее полости и на ее внутренней поверхности, выходдифференциального усилителя подключен к входу опорного автогенератора, при этом каждая управля ощая схема содержит последовательно соединенные триггер, элемент 2И вЂ” НЕ и дифференцирующую цепь, а также усилитель, подключенный входом к инверсному выходу триггера, соединенного установочным входом с вторым входом элемента 2И вЂ” НЕ, а входы обнуления — с входом дифференцирующей цепи.

1818549

Составитель Л. Абызова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Jl. Пилипенко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1934 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская маб„4/5