Способ определения температуры

 

Изобретение относится к области температурных измерений. Согласно заявленному способу в исследуемой среде размещают платиновый термопреобразователь. Измеряют сопротивление термопреобразователя. По полученным значениям сопротивления по крайней мере в два этапа определяют температуру исследуемой среды. Технический результат: упрощение определения температуры исследуемой среды путем исключения определения температуры из квадратичной зависимости. 1 ил.

Изобретение относится к области температурных измерений.

Известен способ определения температуры, в котором размещают термопреобразователи в исследуемой среде, регистрируют выходные сигналы термопреобразователей и определяют температуру исследуемой среды из квадратичной зависимости (а.с. СССР №1193472 кл. G 01 K 7/22, 1984).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения температуры исследуемой среды по а.с. СССР №1345068 кл. G 01 K 7/16, 7/20, 1985, в котором определение температуры исследуемой среды производится микроЭВМ.

Однако известные способы сложно осуществить из-за решения квадратного уравнения.

Изобретением решается задача упрощения определения температуры исследуемой среды путем исключения определения температуры из квадратичной зависимости.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем размещение в исследуемой среде платинового термопреобразователя, измерение сопротивления термопреобразователя и определение по полученному значению температуры исследуемой среды, температуру определяют по крайней мере в два этапа, при этом на первом предварительном этапе определяют температуру по формуле

где R_t - измеренное значение сопротивления термопреобразователя,

А - постоянный коэффициент,

a на следующем этапе определяют точное значение температуры по формуле

где t_n-1 - значение температуры, определенное на предыдущем этапе,

В - постоянный коэффициент.

Отличительным признаком является определение температуры исследуемой среды по приведенным выше формулам. Это позволит значительно упростить процесс определения температуры.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, ив котором изображена структурная схема многоканального устройства для определения температуры исследуемой среды Устройство может быть выполнено одноканальным (в зависимости от требований).

Устройство содержит стабилизатор 1 напряжения, резистор 2 установки тока, источник 3 тока, коммутатор 4 тока, платиновые термопреобразователи 5, 6, 7, 8 сопротивления, дифференциальные коммутаторы 9, 10 сигналов термопреобразователей сопротивления, дифференциальный усилитель (ДУ) 11, АЦП 12, микроконтроллер 13, эталонный резистор 14. Стабилизатор 1 напряжения, резистор 2 установки тока, источник 3 тока, коммутатор 4 тока образуют вместе коммутируемый источник тока для питания термопреобразователей сопротивления.

Все элементы устройства могут быть выполнены на базе серийно выпускаемых интегральных микросхем.

Способ определения температуры осуществляется следующим образом.

В исходном положении стабилизатор 1 напряжения находится в выключенном состоянии. Термопреобразователи 5, 6, 7, 8 сопротивления размещены в исследуемых средах и находятся под воздействием измеряемых температур. Сигналом управления микроконтроллер 13 включает стабилизатор 1 напряжения и начинается цикл измерения. С помощью сигнала управления микроконтроллера 13 дифференциальные коммутаторы 9, 10 сигналов термопреобразователей сопротивления подключают к входу ДУ11 эталонный резистор 14. Выходное напряжение эталонного резистора усиливается ДУ11 и подается на вход АЦП 12, где оно преобразуется в цифровую форму. Эта информация поступает на микроконтроллер 13 и запоминается. Затем сигналом управления микроконтроллера 13 дифференциальные коммутаторы 9, 10 сигналов термопреобразователей сопротивления поочередно подключают к входу ДУ 11 один из термопреобразователей 5, 6, 7 или 8 сопротивления. При этом коммутатор тока сигналом управления также подключается к этому термопреобразователю сопротивления. Выходное напряжение термопреобразователя сопротивления усиливается ДУ11, преобразуется АЦП 12, поступает на микроконтроллер 13 и запоминается. После поступления информации со всех термопреобразователей сопротивления стабилизатор 1 напряжения выключается, а микроконтроллер 13 последовательно производит вычисление температуры каждой исследуемой среды по заданному ранее алгоритму.

На основании правила эквивалентов можно найти

где R_t - сопротивление термопреобразователя сопротивления,

U_Rt - напряжению на термопреобразователе сопротивления,

R_эт - сопротивление эталонного резистора,

U_Rэт - напряжение на эталонном резисторе.

На первом этапе определения температуры исследуемой среды производится предварительный (оценочный) расчет температуры исследуемой среды. В соответствии с ГОСТ 6651-94 температуру исследуемой среды можно найти по таблице с шагом 1°С по измеренному R_t

где W_t - значение отношения сопротивления термопреобразователя при температуре t к сопротивлению термопреобразователя при °С,

R₀ - сопротивление термопреобразователя при 0°С. Для платинового термопреобразователя сопротивления ТСП-100

R₀=100 Ом, поэтому можно написать

В то же время в соответствии с ГОСТ 6651-94 температуру исследуемой среды можно найти из интерполяционного уравнения, которое имеет вид

где t - искомая температура,

А, В - постоянные коэффициенты.

В соответствии с вышеуказанным ГОСТом A=3,9692·10^-3, а B=-5,8290·10^-7.

На первом этапе определения температуры формулу (2) можно упростить до линейной и получится

где t₁ - температура исследуемой среды, определенная на предварительном этапе.

Подставив W_t из формулы (1), можно получить

Целесообразно 100·А учесть в А и получается

Причем А=3,9692·10^-1.

На втором этапе определения температуры исследуемой среды производится точный расчет и учитывается поправка П:

Поправку П можно определить как отношение разницы между измеренным значением R_t и вычисленным по результатам определения температуры исследуемой среды на первом этапе значением R_t1 к А

При этом R_t1 можно вычислить путем подстановки t₁ в формулы (1), (2). Тогда и W_t1=1+At₁+Bt₁. Приравнивая правые части получили

Отсюда

целесообразно 100·А учесть в А и, подставляя R_t1 в (5) и далее П в (4) можно получить формулу для точного определения температуры исследуемой среды

Причем А=3,9692·10^-1, B=-5,8290·10^-7.

По результатам испытаний для температур до 100°С достаточно одного этапа точного определения температуры.

Следующий этап определения температуры производится по формуле

Причем А=3,9692·10^-1, В=-5,8290·10^-7.

Для температур до 150°С достаточно двух этапов точного определения температуры. Момент окончания определения температуры исследуемой среды определяется алгоритмом. Каждое значение температуры исследуемой среды может поступать на вход блока индикации (не показан).

Исходную формулу для точного определения температуры исследуемой среды с помощью платинового термопреобразователя сопротивления можно записать в общем виде

Причем А=3,9692·10^-1, В=-5,8290·10^-7.

Максимальная погрешность при определении температуры исследуемой среды по формулам (3), (6) составляет 0,02°С.

Предлагаемый способ определения температуры исследуемой среды не связан с квадратичной зависимостью, а значит эффективный и недорогой.

Формула изобретения

Способ определения температуры, заключающийся в размещении в исследуемой среде платинового термопреобразователя, измерении сопротивления термопреобразователя и определении по полученному значению температуры исследуемой среды, отличающийся тем, что температуру исследуемой среды определяют по крайней мере в два этапа, при этом на первом предварительном этапе определяют температуру по формуле

где R_t - измеренное значение сопротивления;

А - постоянный коэффициент,

а на следующем этапе определяют точное значение температуры по формуле

где t_n-1 - значение температуры, определенное на предыдущем этапе;

В - постоянный коэффициент.

РИСУНКИ

Рисунок 1