Устройство для измерения неэлектрических величин

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИ Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (I!! 73 I 3 I7

Союз Советских

Сациалистичвских

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.09.77 (21) 2526218118-10 с присоединением заявки № (51) M. Кл.

G 01К 7/16

Госудврствви55ыЙ комитет (23) П по делом изобрв,еииЙ (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (53) УДК 536.53 (088.8) и Р71<Рытий (45) Дата опублико13ани51 описания, )0.04.80 (72) Авторы изобретения

А. И. Бразговка и С. Б. Минкин (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт теплои массооомена им. А. В. Лыкова (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧ И Н

Изобретение относится к устройствам для измерения неэлектрических величин, преимущественно температуры, электрическими методами с применением резисторных первичных преобразователей, например термометров сопротивления, с компенсацией погрешности измерения, вызванной нагревом резисторного преобразователя измерительным током.

Известно устройство для измерения температуры, в котором уменьшение погрешности измерения осуществляется путем ограничения величины измерительного тока (1).

Известно также устройство для измерения температуры, в котором компенсация погрешности измерения осуществляется путем поддержания тока, протекающего через термометр сопротивления на постоянном уровне (2).

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержа1цее первичный резистивный преобразователь, включенный в измерительную схему, подключенную к генератору импульсов питания, цифровой измерительный преобразователь, соединенный с измерительной схемой и вычислительным блоком (3).

В этом устройстве применение питания измерительной цепи импульсами тока малой длительности позволяет уменьшить уровень систематической погрешности измерения, связанной с изменением сопро5 тивления резистивного преобразователя, вызванным разогревом преобразователя измерительным током. Однако и при импульсном питан1ш разогрев резпстивного преобразователя может оставаться значи10 тельным. ITo вносит погрсшно ть в результат измерения.

Целью изобретения являстся повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что

15 в устройство введен генератор парных импульсов, вход которого соединен с входом генератора импульсов питания, а выход— с управляющим входом цифрового 1змерительного преобразователя.

20 Н;1 lcp TCFI c приведена блок-сх1 м;1 устройства.

Устро11«тго д.151 11311Cр 111151 н 3, !CI .Tpll ICскпх велич;1н содержит иервичный резнстивный прсобразова Tcplh 1. включенный в

25 измеритсл1,51у1о схему 2, генератор 3 имIll, IbC()I3 IIIITQFTII5I, п11ф11ово11 измерптель51ы11 преобразователь 4, 13ы 1ислптель11ос устройство 5 и генератор 6 парных 11мпульсоп.

В этом 1 cTp011cT!3с 11змсрснl!е осуп1еств30 ляется путем прнмснсн:1я разпостно-экстра731317

Г 1+ехр(— 4/-.,) ) х(— Ф.)), 50 где поляционного метода измерения, сущность которого заключается в том, что за время одного импульса питания производится не одно, как при обычном импульсном измерении, а два следующих одно за другим из- 5 мерения выходного сигнала с последующим вычитанием из второго результата первого, а затем полученной разности нз первого сигнала.

Устройство работает следующим обра- 10 зом.

При включении устройства пусковой импульс запускает генератор ) мпульсов питания, который вырабатывает импульсы питания длительностью /», с определенной 15 частотой следования поступающие в измерительную схему. В измерительной схеме возникает переходный процесс, обусловленный разогревом первичного резистивного преобразователя измерительным током. Одновременно пусковой импульс запускает генератор парных импульсов, первый импульс которого включает цифровой измерительный преобразователь, который производит первое измерение выходного сигнала. Результат измерения поступает в ячейку памяти вычислительного блока. Далее генератор парных импульсов повторно включает цифровой измерительный преобразователь, выполняющий второе измере- 30 ние выходного сигнала измерительной схемы, результат которого поступает в вычислительный блок.

Вычислительный блок осуществляет вычитание из второго результата измерения 35 первый результат измерения, а полученную разность вычитает из первого результата измерения.

Разогрев резистивного преобразователя для произвольного числа периодов следова- 40 ния импульсов питания может быть описан выражением

Т („.) q+ Р g1 g (1 — хр(— /к/-o))+

К 1 (1 — ехр(— с-/ ) 45

exP(— n-./ 0)(exP(— t„/tî) — exP (— c/-.о)1 1 exp X

1 exp (— -, -.î) TII(/) — температура резистивного преобразователя;

0 — измеряемая температура среды; 55

Р— рассеиваемая на датчике мощность;

К вЂ” коэффициент рассеяния датчика;

t» — длительность импульса пи- 60 тания;

4 — время паузы между двумя импульсами; т= (/»+4) — период следовашгя импульсов; 65

n — число периодов следования импульсов; то — тепловая постоянная времени датчика;

/ — время, отсчитываемое от начала каждого импульса.

При большом числе периодов повторения импульсов и при неизменных или медленно меняющихся условиях окружающей среды в цели датчика наступает квазиустановившийся режим (состояние динамического равновесия). При этом температура разогрева преобразователя будет находиться в диапазоне темпе))атур от Тмин до Тмакс, оп ределяемыми выражениями

T„„, = — H+ — X

К

X 1 Р("/ ) ехР(— /к/ со); (2)

1 — ехр (— /-.,)

Т„„„= 8+ — X

К

X — — )) (3) с

exp (— t„ со) — exp (— °, -.()) )

1 — ехр (=.) -.0)

Разность между установившейся температурой резистивного преобразователя и измеряемой температурой окружающей среды (Тм,„с — 0) и является в этом случае максимальной систематической погрешностью, связанной с его разогревом.

В описываемом устройстве после двух измерений длительностью t » â начале и конце импульса питания и вычисления результат измерения для состояния динамического равновесия будет определяться выражением

Тмакс (/ ) Тмакс (tè) — + X

X X

< (exp (— п/ о) — exp (./.о))

1 — exp (— / о) х (2 exp(— i„ )-.,) — ехр (— i„)-.,))j . (4) При определенном соотношении между и и » результирующий разогрев в квазиустановившемся режиме может быть сведен к минимальной установившейся температуре переходного процесса T„„». pT,.

Таким образом, при измерении температуры разностно-экстраполяционным методом и выборе временных соотношений в соответствии с выражением (5) максимальная систематическая погрешность определяется не максимальной, как при обычном импульсном методе измерения, а минимальной установившейся температурой переходного процесса и изменяется от О в нулевом периоде повторения до Т„„„, в квазиустановившемся режиме при поо.

731317

Формула изобретения

Составитель В. Куликов

Техред А. Камышникова

Корректор Л. Тарасова

Редактор Т. Рыбалова

Заказ 757/18 Изд. л1о 287 Тираж 729 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

При измерениях время первого измерения t, отсчитывается от начала измерения до момента его окончания цифровым измерительным преобразователем. В общем случае оно должно выбираться как максимально возможное время преобразования и зависит от его быстродействия. Время длительности импульса питания находится в соответствии с выражением (5) как

/„= —. — т, 1п12 ехр (— t„ /т,) — 11. (6) Временной сдвиг между началом первого и второго измерений равен t,=t„— t т. е. окончание второго цикла измерения с учетом возможных флуктуаций t „äîëæíoсов- 15 падать с окончанием импульса питания.

Наличие в устройстве генератора парных импульсов выгодно отличает его от прототипа, так как позволяет повысить точность измерения температуры. 20

Устройство для измерения неэлектрических величин резисторными датчиками, 25 преимущественно температуры, содержащее первичный резистивный преобразователь, включенный в измерительную схему, подключенную к генератору импульсов питания, цифровой измерительный преобразователь, соединенный с измерительной схемой и вычислительным блоком, о т л и ч ающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен генератор парных импульсов, вход которого соединен с входом генератора импульсов питания, а выход — с управляющим входом цифрового измерительного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Турчин А. М. Электрические измерения неэлектрических величин. М.— Л., «Энергия», 1966, с. 135.

2. Авторское свидетельство СССР № 247558, кл. G 01К 1/20, 07.07.67.

3. Херт, Ракер, Мннп ЭВМ в системе измерения температуры периодическим опросом датчиков. «Электроника», т. 46, ¹ 24, 1,973, с. 50 — 57 (прототип) .