Устройство для измерения температуры

 

ОП ИОАННЕ

ЙЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДБТЕПЬСХВУ 11, 690326 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заивлено 16.05. 77 (2 l т 2484707/ 18-10 с присоединением заявки РЙ (23 } Приоритет

Опубликовано 05.10.79. Бюллетень Ла 37

Дата опубликования описания 07.10.79 (5i)М. Кл.

G 01 К 7/16

Гкударатэеикья квинтет ссср м дмам кгооретюикй и ютквьлкк (53) УДК 536.531 (088. 8) (72) Авторы изобретения

H. И. Г эибок, 3. Я. Монастырский, E. С. Полишук и В. И„Пуцило

Львовский ордена Ленина политехтптческпй инст4тут г ь ..и (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области тер- мометрии.

Известно устройство для- измерения температуры, содержашее термометр сопротивления, подключенный посредством линии связи к источнику напряжения, рееистср, геиеретср иииуиьссв, счетчик (1).

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения, обусловленную низкой помехоустойчивостью .19 устройства из-аа наличия генератора ли нейно-изменяюшегося напряжения. Допол>нительная погрешность возникает ввиду отсутствия устройства линеаризации, так как нелинейность термоь:eTpa например, о 15 платинового в диапазоне 0-600 С составляет 6%. Кроме того, на точность измерения влия1от нестабильность генератора импульсов, нестабильность козффициента передачи усилителя и генератора тока.

26

Наиболее близким по технической сушности к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, соединенный посредством линии связи последовательно с источником постоянного напряжения и образцовым резистором, точка соеди нения которых подключена к общей шине устройства, и второй выход резистора подключен через переключатель, снабженный элементом управления ко входу интегрирующего преобразователя напряжения во временной интервал, подключенного к входу блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом второго перекгпочателя, входами счетчика результата и селектора, ко второму входу которого подсоединен выход генератора импульсов, а к выходу — вход счетчика ре- зультата, подключенного выходом к блоку цифрового отсчета (2).

Однако известное устройство Tàêæå имеет недостаточную точность измерения из-за погрешности, вносимой сопротивлением подводяших проводов,атакжефункци-, ональным генератором и преобразователем сопротивления в напряжение постоянного ока

3 69032

Белью изобретения является повышение точности измерения при подсоединении термометра по двухпроводной линии связи, для чего в предлагаемое устройство введены третий переключатель, запоминающий конденсатор, вентиль, схема перезаписи, группа схем совпадения, логическая схема и два счетчика импульсов, вход одного из которых подключен ко второму выходу селектора, а информационные вы- 10 ходы этого счетчика соединены с входами схем совпадения, вторые входы которых подключены к информационным выходам счетчика результата, и выходы группы схем совпадения соединены с входами 35 логической схемы, подключенной выходом к входу второго счетчика импульсов, выход которого соединен с управляющим входом селектора, вход записи второго счетчика соединен с выходом схемы пе- 20 резаписи, подключенной к выходам счет чика результата и блока управления., а параллельно термометру сопротивления подключена цепочка из .последовательно соединенных запоминающего конденсатора и вентиля, параллельно которому включены два входа первого переключателя, подсоединенйЬго выходом к началу одного из проводов линии связи, причем элемент управления первым переключателем включен в рассечку между выводом термометра и началом второго провода связи, конец которого подключен к вьгсоду третьего переключателя, один из входов которого подключен к источнику напряжения, а второй — ко второму входу первого переключателя, при этом управляющий вход третьего переключатели подсоединен к выходу блока управления.

Кроме того, для получения линейной

1 зависимости выходного сигнала от температуры селектор снабжен дополнительным выходом, соединенным с третьим входом логической схемы.

Устройство поясняется чертежом, где

1 — термометр сопротивления, 2 — запоминающий конденсатор, 3 — вентиль, 4— элемент управления, 5 — первый переключатель, 6 и 7 — провода линии связи, 8— третий переключатель, 9 — источник на. пряжения, 10 — образцовый резистор, 11 — второй переключатель, 12 — интегрирующий преобразователь, 13 — генератор импульсов, 14 — блок управления, 55

15 — селектор, 16 - счетчик импульсов, 17 — группа схем совпадения, 18 — сче чик результата, 19 — схема перезаписи, 20 — логическая схема, 21 — второй

6 счетчик импульсов, 22 — блок цифрового отсчета.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии тока через термометр сопротивления, и следовательно через устройство управления 4, переключатель

5 находится в положении I> . В момент включения устройства переключатели 8 и 11 переводятся в положение 1, и по цепи — замкнутые контакты цереклю" ателя 8, соединительные провода 6 и 7, элемент управления 4, замкнутые контакты переключателя 5 и резистор 10 — от источника 9 потечет импульс зарядного тока конденсатора 2. При этом устройство 4 управления (в качестве которого может служить, например, обмотка электромагнитного реле) переводит переключатель 5 (контакты этого же реле) в положение (. Замыкается цепь прохождения тока через термометр сопротивления и устройство управления, чем подтверждается это состояние переключателя 5. Вентиль 3 включен таким образом, что конденсатор заряжается до напряжения, равного падению напряжения на термометре, а заряд конденсатора через термометр исключен благодаря высокому обра ному сопротивлению вентиля. Падение напряжения на резисторе 10 при протекании тока равно:

Е 1

У,= —

Х р где К =P +Р + g + g, Я вЂ” суммарное

F» p, 8 1 1Ъ сопр отивление проводов линии связи; сопротивление термометра; — внутреннее сопр отивление устройства управления

P — сопротивление

1 образцового резистора

10; — напряжение источника 9.

В первом такте работы устройства, это падение напряжения через переключатель 1 1 (положение ) поступает на вход интегрирующего преобразователя напряжения

5 6903 во временной интервал с двухтактным интегрированием.

Длительность первого такта интегрирования выбирается равной периоду помехи нормального вида, действующей в линии,5 и задается блоком управления посредством выделения помехи или напряжения сети питания. После окончания первого такта интегрирования блок 14 управления переводит переключатели 8 и 11 в положение Й, причем от входа интегратора преобразователя 12 отключается выход переключателя ll, а подключается источник (на чертеже не показан) опорного !

5 напряжения, который возвращает интегратор в исходное состояние. Длительность второго такта: 1

9 О - О 20 где 1 — длительность первого такта;

Ц вЂ” напряжение источника опорного напряжения, подключенное к входу интегратора во втором такте.

За это время прекращаются переходные процессы в линии связи, цепь протекания тока через термометр сопротивления и устройство управления разрываетcs, и переключатель 5 переводится в положение 1 . B третьем такте интегрирования, которьгй выбирается также равным периоду помехи, к входу интегрирующего преобразователя через переключатели 5, 8, 11 прикладывается напряжение конденсатора 2, равное падению напряжения на термометре сопротивления:

ЕР = а и

При этом необходимым условием устрс. нения влияния сопротивления соединительной линии на результат измерения является.. и » Я +Р бх

h где Р— входное сопротивление интегриЬх. руюшего преобразователя 12.

Длительность четвертого такта интегрирования равна: 50

v,t: eRt, о 4 "

55 где 1 — длительность третьего такта.

Блок управления 14 открывает селектор 15 для прохождения импульсов генератора 13 во втором такте интегрирования на вход счетчика 16. а в четвертом— на вход с-,ет.-ьчка 18. При этом в конце четвертого такта в с.етчиках запишутся числа соответственно:

М - " =- — (/} А О р g y

0 г

U g} где "; — число импульсов, поступгвйих в счетчик 16, а — в счетчик 18

Ь т у частота следОВания импульсОВ генератора 13.

После Окончания четырех тактов интегрирования переключатели 8 и 11 переводятся в положение I, а в устройстве Осуществляется цифровая Обработка результата. Сигналом блока управления число Ng, записанное в счетчике 18, посредством схемы перезаписи переносится в дополнительном коде в счетчик

21, при этом осуществляется с.брос счетчика 18. Селектор 15 открывается для прохожденич импульсов на вход счетчика 18 до момента лерехода через ноль счетчика 21. Счетчики 16 и 18 вместе с группой,схем совпацения 17 и логичес- кои схемой 20 образуют двои алый умножитель частоты. Логическая схема 20 представляет собой исключающее ИЛИ.

Б первом такте Обработки селектор закрыт по третьему выходу, и схема 20 выполняет функции Обычной собирательной схемы. Поэтому если на вход счетчика 18 поступают импульсы с частотой, то частота следования импульсов на входе счетчика 21 равна о Й.,

z где t1 — прясло дкоичных разрядов счетчиков 16 и 18, подключенных к входам схем совпадения. Селектор 15 открыт на протяже:пш времени определяемого из равенст»:;

ja aN„

z . =N

f д где j,7> = Я вЂ” число испул. сов, поступивших на »ход счетчика 18 в первом такте обработки разул тата: г

К =- Д

690326 (f, j„ ì

Подставив в (3) значение Я и М2из (1) и (2) и учитывая, что параметры, Ц, и период помехи (6g = 8g) постоянны на время преобразования, получим: 5

/ч где N- уставка в счетчике 18, устанавливаемая при сбросе. Следова10 тельно, число, записанное в счетчике результата, пропорционально измер яемому информативному параметру термометра сопротивления. При этом точность измерения определяется практически лишь погрешностью образцового резистора Р> при легко выполнимом условии кратковременной стабильности параметров измерительной схемы. Устройство обладает высокой помехозащитностью благодаря тому, что интегрирование падений напряжений как на образцовом, так и на измеряемом резисторах осуществляется за время, кратное периоду помехи нормального вида.

Показания прибора не зависят от длительности интегрирования в первом и третьем контактах, что позволяет применять устройство без потери помехоустойчивости в широком частотном диапазоне помех нормального вида и без подстройки и слежения за длительностью первого такта.

С целью обеспечения цифрового отсчета в единицах температуры и линейности показаний при работе с нелинейнь.:ми платиновыми термометрами сопротивления, в устройстве вводится.. дополнительная .связь третьего выхода селектора 15 со входом логической схемы 20. Кроме того, добавляется. еще один дополнительный такт цифровой обработки результата из-,ц» мерения.

Зависимость информативного параметра термометра сопротивления от измеряемой температуры, как известно, описывается уравнением Календара:

//, =/,(s ae aa j, /5/ где Р— значение сопротивления термоо о метра при температуре О С; Q- измеряемая температура; А и B — постоянные 50 коэффициенты. „P

Если уставка (= заносится в дополнительном коде, т/ исло, записанпое в счетчике 18 в конце первого такта обработки:

Rî 2 а

N> -Z — (/-Я.Ц/» )- (48+88 ) щ

Перед началом второго такта обрабо» ки это число посредством схемы 1.9 перезаписи заносится в дополнительном êoде в счетчик 21, а счетчики 16 и 18 устанавливаются в нулевые состояния.

Во втором такте обработки селектор

15 открывается для прохождения импульсов генератора 13 по трем выходам до момента прихода импульса с выхода счетчика 21, который поступит на управляющий вход селектора при прохождении на вход счетчика импульсов. Через логическую схему 20 в этом случае проходят лишь импульсы генератора 13, которые не совпадают с выходными импульсами схем совпадения 17. Учитывая, что импульсы на входы счетчиков и дополнительный вход логической схемы 20 поступают от одного и того же генератора, нетрудно заметить, что частота следования импульсов на выходе логической схемы будет равна разности частот генератора и выходной частоты умножителя, то есть: где à — частота следования импульсов

1 на входе счетчика 21.

41

Гцм go где» вЂ” число, записанное в счетчике

/о

16 в каждый данный момент k. времени второго такта обработки, Число импульсов, поступившее на вход счетчика 21 за время второго такта: 7

Я 2

Z *((. /)gg (p / /i/

P где 7 — длительность второго такта обработки.

Учитывая, что число записанное в кон*це этого такта в счет шке 18: N =-$ ) » из (7) получим:

2.

=м„— — „, (gI

Такое вычитание необходимо в связи с тем, что коэффициент В, входящий B уравнение (5), отрицателен.

Приравнивая правые части равенств (6) и (8), имеем:

g u

690326

Одкуда, при выполне п и соотношений и олучим: и -ФО

Ng где 4 = g — коэффициент пропорциональности, то есть число, записанное в счеч чике результата, пропорционально измеряемой температуре. На этом процессе измерения заканчивается. Схема возвращается в исходное состояние до прихода следующего импульса запуска. Результат измерения индипируется цифровым табло блока 22.

1 ведение описанных выше узлов и связей позволяет, таким образом, устранить влияние на точность измерения погрешностей источников напряжения и тока, генератора счетных импульсов и поэтому не требует применения дорогостоящих и высокостабильных источников. Мерой сравнения служит образцовый резистор, класс

25 точности которого может быть довольно высоким. На погрешность измерения практически не влияют сопротивления соединительной линии и их изменение. С целью получения линейной зависимости показазо ний от температуры, в устройстве не используются функциональные генераторы напряжений и токов. Погрешность от нелинейности в устройстве может ке превыЗ5 шать дискретности показаний.

Следовательно, в предложенном у-стройстве удается получить, rо сравнению с известными повышенную точность измерения температуры с помощью платиновых термометров сопротивления при двухпроводном их подключении.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, соединенный посредством линии связи последовательно с источником постоян-, и ного напряжения и образцовым резистором, точка соединения которых подключена к общей шине устройства, и второй вывод резистора подсоединен через переключатель, снабженный элементом управления,. к входу интегрирующего преобразователя напряжения во временной интервал, подключенного к входу блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом втсрого переключателя, входами счет щка результата и селектора, ко второму входу которого подсоединен вьяод генератора импульсов, .а к выходу — вход счетчика результата, подключе п ого пи ходом к блоку цифр ов ого отсчета, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьпцения точности измерения при подсоединении термометра по двухпроводной линии связи, в устройство введены третий переключатель, запоминающий конденсатор, вентиль, схема перезаписи, группа схем совпадения, логическая схема и два счетчика импульсов, гход одного из которых подключен ко второму выходу селектора, а информапионные выходы этого счет п.ка соединены с входами схем совпадения, вторые входы которых подклк чены к информационным выходам счетчика результата, а выходы группы схем совпаде жя соединены с входами логической схемы, подключе".íoé выходом к входу второго счетчика импульсов, выход которого соединен с управляющим входом селектора, вход записи второго счетчика соединен с выходом схемы перезаписи, подключенной к выходам счетчика резуль тата и блока управления, а параллельно термометру сопротивления подключена цепочка из последовательно соединенных запоминающего конденсатора и вентиля, па„--аллельно которому включены два входа первого переключателя, подсоединенного выходом к началу одного из проводов линии связи, причем элемент управления первым переключателем включен в рассечку между выводом термометра и началом второго провода связи, конец которого подключен к выходу третьего переключателя, один из входов которого подключен к источнику напряжения, а второй — ко второму входу перcoro переключателя, при этом управляющий вход третьего переключателя подсоединен к выходу блока управления., 2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я те, что, с целью получения линейной зависимости выходного сигчала от температуры, селектор снабжен дополнительным выходом, соединенным с третьим входоМ логической схемы.

Источники информации, принятые во BIB".мание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 556351, кл. 5 01 К 7j16, 1976.

2. Семенов Б. Ф. Цифровой термометр с линейной шкалой. Труды МЭ1!.

Вып. 254, 1975, с. 134 (прототип).

6 30326

Составитель А. Тереков

Редактор Л. Бибер Техред С. Мигай Корректор B. Синицкая

Заказ 5951/38 Тираж 766 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4М

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,