Способ дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного контроля температуры воздушной среды. Способ состоит из двух серий измерения и запоминания напряжений на образцовом резисторе и зажимах соединительной линии при исходном и шунтированном состоянии терморезистора и последующем вычислении значения сопротивления терморезистора. Устройство для реализации способа содержит источник тока, реле с замыкающим контактом, образцовый резистор, терморезистор, соединительную линию. При этом в устройство введен дополнительный измеритель напряжения, третий провод соединяющей линии, блок управления. Источник тока выполнен регулируемым. Изобретение обеспечивает повышение точности дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к преобразователям сопротивления резистора в информационный сигнал, и может использоваться в системах дистанционного контроля температуры воздушной среды с помощью терморезисторов либо термометров сопротивления.

Известен способ дистанционного контроля активного сопротивления терморезистора или термометра сопротивления, при котором пропускают ток через измеряемый и образцовый резисторы, измеряют падение напряжения на образцовом резисторе, измерение производят при исходном и шунтированном состоянии терморезистора и по результатам двух измерений вычисляют значение активного сопротивления терморезистора. Способ и устройство для его осуществления описаны в [1].

Недостатком способа является низкая точность измерения сопротивления. Обусловлено это тем, что в процессе измерения не учитывается изменение сопротивления катушки реле, шунтирующего своими контактами терморезистор, в обесточенном и сработанном состоянии. Если активное сопротивление терморезистора (или термометра сопротивления) значительно меньше активного сопротивления катушки реле, то неучет активного сопротивления катушки при срабатывании реле может приводить к существенной погрешности при использовании известного способа и устройства.

Наиболее близким по технической сущности является способ, реализованный в устройстве, описанном в [2].

В способе пропускают ток через измеряемый и образцовый резисторы поочередно, при этом ток через катушку герконного реле пропускают сначала в прямом, а затем в обратном направлении, измеряют разность падений напряжений на резисторах и по ней определяют значение сопротивления измеряемого резистора. В формулах вычисления полагают, что сопротивление катушки одинаково в обоих случаях и при вычитании падение напряжения на самой катушке не окажет влияния на результат. Как и в первом случае, это справедливо лишь при малых значениях активного сопротивления катушки и больших значениях сопротивления терморезисторов. Однако терморезисторы не допускают протекание больших токов, при которых можно выполнить катушку реле с малым омическим сопротивлением. Учитывая, что, например, термометр сопротивления имеет значение сопротивления 50 Ом (например, ТСМ50) и допустимый ток через него около 10-20 MA, катушка электромагнитного реле должна иметь сопротивление на порядок больше. Вследствие электромагнитной несимметрии активное сопротивление катушки будет различным в зависимости от направления тока в ней. Это снижает точность измерения, особенно при малых значениях измеряемого сопротивления.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора.

Это достигается тем, что в способе дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора, при котором с помощью первого и второго проводов соединительной линии пропускают постоянный ток через последовательно соединенные первый провод соединительной линии, катушку реле, терморезистор, второй провод соединительной линии, образцовый резистор, терморезистор шунтирован контактом реле, измеряют падение напряжения на образцовом резисторе, измерение производят при исходном и шунтированном контактом реле состояниях терморезистора и по результатам измерений вычисляют значение активного сопротивления терморезистора, измерение производят с помощью третьего провода соединительной линии на входных зажимах соединительной линии, при этом измеряют дополнительно напряжение между входными зажимами второго и третьего проводов соединительной линии, первую совокупность значений падения напряжения на образцовом резисторе и напряжение между входными зажимами измеряют при токе, меньшем тока срабатывания реле, запоминают измеренные значения, вторую совокупность значений падения напряжения и напряжения между входными зажимами измеряют при токе, большем тока срабатывания реле, запоминают эти значения, результат вычисляют по запомненным значениям согласно выражению

где R_t - искомое значение сопротивления терморезистора;

R_m - известное значение сопротивления образцового резистора;

V₁, V₂ - измеренные соответственно в первом и втором измерениях значения напряжения между входными зажимами второго и третьего проводов соединительной линии;

V_M1, V_M2 - измеренные соответственно в первом и втором измерениях значения падения напряжения на образцовом резисторе.

Устройство для дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора согласно изобретению содержит источник тока, первый и второй провода соединительной линии с входными и выходными зажимами, электромагнитное реле с замыкающим контактом и катушкой, терморезистор и образцовый резистор, первый измеритель напряжения, запоминающее устройство, вычислительный блок и блок управления, при этом источник тока, первый провод соединительной линии, катушка реле, терморезистор, второй провод соединительной линии и образцовый резистор соединены последовательно и образуют токовую измерительную цепь, замыкающий контакт реле соединен параллельно терморезистору, первый измеритель напряжения подключен к выводам образцового резистора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй измеритель напряжения и третий провод соединительной линии, источник тока снабжен дополнительным управляющим входом и выполнен регулируемым, выходной зажим третьего провода подключен к общей точке соединения вывода катушки реле, первого вывода терморезистора и первого вывода контакта реле, входы второго измерителя напряжения подключены соответственно к входным зажимам третьего и второго проводов соединительной линии, выходы измерителей напряжения подключены к информационным входам запоминающего устройства, выходы блока управления соединены с управляющими входами источника тока и запоминающего устройства, выход запоминающего устройства соединен с входом вычислительного блока, выходом устройства является выход вычислительного блока.

Заявленный способ дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора отличается от известного, принятого за прототип, тем, что производят дополнительные измерения напряжения между входными зажимами второго и вновь введенного третьего проводов соединительной линии и результат получают вычислением по измеренным совокупностям значений падения напряжения на образцовом резисторе и напряжения между входными зажимами второго и третьего проводов соединительной линии, первую совокупность значений измеряют и запоминают при токе, меньшем тока срабатывания реле, вторую совокупность значений измеряют и запоминают при токе, большем тока срабатывания реле, а результат вычисляют по запомненным значениям согласно выражению

Как видно из выражения для вычисления сопротивления терморезистора в нем отсутствуют значения сопротивлений проводов соединительных линий и активное сопротивление катушки реле, поэтому они не влияют на результат. Следовательно, погрешность, обусловленная изменяющимся при срабатывании реле активным сопротивлением катушки, отсутствует. За счет этого точность измерения повышается.

Устройство для реализации способа отличается от известного, принятого за прототип, тем, что содержит дополнительный (третий) соединительный провод, не несущий токовой нагрузки, второй измеритель напряжения, выходной зажим третьего провода подключен к общей точке соединения катушки реле, контакта реле и терморезистора, входы второго измерителя напряжения соединены с входными зажимами второго и третьего проводов соединительной линии, источник тока снабжен управляющим входом, выходы измерителей напряжения подключены к информационным входам запоминающего устройства, а выходы блока управления соответственно подключены к управляющим входам источника тока и запоминающего устройства. Устройство позволяет исключить из измерительной процедуры изменяющееся сопротивление катушки реле и сопротивление соединительных линий, обеспечивая тем самым высокую точность измерения активного сопротивления терморезистора.

Сравнительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения “новизна”.

Из патентной и научно-технической литературы не известны вышеуказанные отличительные признаки способа и устройства в их совокупности. Таким образом заявляемые способ и устройство удовлетворяют критерию изобретения “изобретательский уровень”.

Предлагаемые способ и устройство для его осуществления могут быть использованы в системах сбора и обработки информации, в частности, в системах дистанционного контроля температуры с помощью резисторных датчиков и позволяют повысить точность измерений при наличии протяженных соединительных линий. Способ и устройство испытаны в лабораторных условиях на макете длинной линии, была доказана высокая точность дистанционного измерения сопротивления термометра сопротивления. Таким образом, предлагаемые способ дистанционного измерения активного сопротивления резистора и устройство для его осуществления удовлетворяют критерию изобретения “промышленная применимость”.

Способ и устройство поясняются чертежом, где изображена структурная схема устройства. На чертеже обозначены: 1, 2, 3 - соответственно входные зажимы первого, второго и третьего соединительных проводов 4, 5, 6 (провода условно изображены резисторами); 1¹, 2¹, 3¹ - соответственно выходные зажимы проводов соединительной линии; 7 - катушка реле; 8 - замыкающий контакт реле; 9 - точка соединения вывода катушки реле, контакта реле, зажима терморезистора и добавочного третьего провода соединительной линии; 10 - терморезистор или термометр сопротивления, активное сопротивление которого измеряется; 11 - регулируемый источник тока, имеющий управляющий вход (показан стрелкой); 12 - блок управления; 13 - образцовый резистор; 14 - первый измеритель напряжения, измеряет падение напряжения на образцовом резисторе; 15 - второй измеритель напряжения, измеряет напряжение между входными зажимами второго и третьего проводов соединительной линии; 16, 17 - информационные входы запоминающего устройства; 19 - управляющий вход запоминающего устройства; 18 - запоминающее устройство; 20 - вычислительный блок.

Предлагаемый способ дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора 10 осуществляют следующим образом. После активизации схемы (средства активизации для упрощения не показаны) блок управления 12 дает команду на генерацию источником тока 11 тока I₁, по значению меньшего чем ток срабатывания реле. В цепи 11-1-4-1¹ - 7-9-10-2¹ - 2-13-11 протекает ток I₁. Измеритель 14 падения напряжения на образцовом резисторе 13 измеряет падение напряжения

где R_м - известное значение активного сопротивления образцового резистора 13. Измеритель напряжения 15 измеряет напряжение между входными зажимами 2 и 3 второго и третьего проводов, значение которого будет

где R_t - активное сопротивление терморезистора;

R₅ - активное сопротивление второго провода.

Сопротивление третьего провода R₆ можно не учитывать, т.к. внутреннее сопротивление измерителя напряжения 15 на несколько порядков больше. Измеренные значения напряжений V₁ и V_м1, присутствующие на информационных входах 16, 17 запоминающего устройства 18 по команде блока управления 12, поступающей на управляющий вход 19, запоминается на некоторое время. После этого блок управления 12 дает команду на увеличение тока, генерируемого источником тока 11, по значению большего, чем ток срабатывания реле. Реле замыкает контакт 8, шунтируя терморезистор 10. В цепи 11-1-4-1¹ - 7-8-2¹ - 2-13-11 протекает ток I₂. Измеритель 14 фиксирует падение напряжения

где I₂ - изменившееся после срабатывания реле значение тока в измерительной цепи.

Измеритель 15 фиксирует напряжение

Сопротивлением цепи 9-2¹ можно пренебречь при малом сопротивлении замкнутого контакта 8. Измеренные значения напряжений запоминаются в запоминающем устройстве 18 под действием команд блока управления 12 аналогично описанному выше, а вычислительное устройство 18 вычисляет значение сопротивления терморезистора согласно выражению, полученному из (1)-(4):

Информационный сигнал, полученный на выходе вычислительного устройства 20 может использоваться для дальнейшей обработки, например для индикации температуры, однозначно соответствующей значению сопротивления терморезистора 10. После окончания вычислений блок управления активизирует новый цикл измерений в зависимости от установленной периодичности получения информации.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в повышении точности дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора.

Источники информации

1. Авт.св. №800687, М. кл. G 01 К 7/00, авторы Н.И. Грибок, В.И. Зорий, В.И. Пуцыло.

2. Авт.св. №1138667, М. кл. G 01 K 7/16, авторы Н.А.Хлесткий, B.C. Гриб, Р.А. Бошаров, опубл. БИ №5, 07.02.85 г.

Формула изобретения

1. Способ дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора, в котором с помощью первого и второго проводов соединительной линии пропускают постоянный ток через последовательно соединенные первый провод соединительной линии, катушку реле, терморезистор, второй провод соединительной линии, образцовый резистор, измеряют падение напряжения на образцовом резисторе, измерение производят при исходном и шунтированном контактом реле состояниях терморезистора и по результатам измерений вычисляют значение активного сопротивления терморезистора, отличающийся тем, что измерения производят с помощью третьего провода соединительной линии на ее входных зажимах, при этом дополнительно измеряют напряжение между входными зажимами второго и третьего проводов соединительной линии, первую совокупность значений падения на образцовом резисторе и напряжения между входными зажимами измеряют при токе, меньшем тока срабатывания реле, запоминают измеренные значения, вторую совокупность значений измеряют при токе, большем тока срабатывания реле, запоминают измеренные значения, а результат вычисляют по запомненным значениям согласно выражению

где R_t- искомое значение сопротивления терморезистора;

R_M - известное значение сопротивления образцового резистора;

V₁, V₂ - измеренные соответственно в первом и втором измерениях значения напряжения между входными зажимами второго и третьего проводов соединительной линии;

V_M1, V_M2 - измеренные соответственно в первом и втором измерениях значения падений напряжения на образцовом резисторе.

2. Устройство для дистанционного измерения активного сопротивления терморезистора, содержащее источник тока, первый и второй провода соединительной линии с входными и выходными зажимами, электромагнитное реле с замыкающим контактом и катушкой, терморезистор, образцовый резистор, первый измеритель напряжения, запоминающее устройство, вычислительный блок и блок управления, при этом источник тока, первый провод соединительной линии, катушка реле, терморезистор, второй провод соединительной линии и образцовый резистор соединены последовательно и образуют токовую измерительную цепь, замыкающий контакт реле соединен параллельно терморезистору, первый измеритель напряжения подключен к выводам образцового резистора, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй измеритель напряжения и третий провод соединительной линии, источник тока снабжен дополнительным управляющим входом и выполнен регулируемым, выходной зажим третьего провода подключен к общей точке соединения вывода катушки реле, первого вывода терморезистора и первого вывода контакта реле, входы второго измерителя напряжения подключены соответственно к входным зажимам третьего и второго проводов соединительной линии, выходы измерителей напряжения подключены к информационным входам запоминающего устройства, выходы блока управления соединены с управляющими входами источника тока и запоминающего устройства, выход запоминающего устройства соединен с входом вычислительного блока, выходом устройства является выход вычислительного блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1