Устройство для измерения температуры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (n>979891 Й"» . (6i) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 05. 02 ° 81 (21) 3244340/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 071282. Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 07. 12. 82 (51) М. Кп.

601 К 7/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 536.53.

»088.8) С.Г. Булыга, Н.И. Грибок, В.И. Зорий, P.Í. Огирко, В.H. Пуцыло, В.А. Яцук, Е.И. Шморгун и В.Б. Здеб (72) Авторы изобретения

Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров с автоматической компенсацией термо-ЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термо-. электрические преобразователи, подключенные через коммутатор к компенсационному мосту, включающему в себя термопреобразователь температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей, измерительный блок и блок памяти f1).

Однако это устройство не обеспечи. вает высокой точности измерения температуры.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, соединенный с первым вхо дом переключателя и первым входом усилителя, выход которого подключен к первому входу ключа, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход через интегратор и нуль-орган подключен к входу селектора, соединенного с генерат ором тактовых импульсов, две схемы ли; неаризации, входы которых соединены с выходами селектора, первый реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами первой схемы линеаризации, регистратор, термопреобразователь сопротивления, подключенный через преобразователь сопротивления в напряжение к второму входу переключателя, блок управления, соединенный с управляющими входами первой схемы линеаризации, переключате-. ля, ключа, нуль-органа и селекто15 ра 52)

Однако известное устройство имеет недостаточно высокую точность измерения из-за влияния на результат измерения входных дрейфов усилителя постоянного тока, что требует для повышения точности измерения приме» нять сложные и дорогостоящие усилители. Кроме того, в известном устройстве возможна автоматическая компен25 сация изменений температуры Ос свободных концов только при О т 0 С, что значительно сужает область его применения.

Целью изобретения является повы30 шение точности измерения.

979891 3 ()Ctu++()q), И) 50 где U с

К. и а"в = о Вс

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены две схемы ИЛИ, источник напряжения смещения и второй реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами схем ИЛИ, а выходы соединены с регистратором и блоком управления, соединенным с управляющим входом второй схемы линеаризации, причем входы первой схемы ИЛИ соединены с выходами первой и второй схем ли- tO неаризации, входы второй схемЫ ИЛИ соединены с выходами первой схемы линеаризации, а источник напряжения смещения включен между выходам переключателя и вторым входом усилите- 5 ля, первый вход которого соединен с третьим входом переключателя.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит термоэлектрический термометр 1, переключатель

2, усилитель 3, источник напряжения смещения 4, ключ 5, интегратор б, нуль-орган 7, источник опорного напряжения 8, генеРатор тактовых импульсов 9, селектор 10, регистратор — цифровое отсчетное устройство

11, первый реверсивный счетчик 12, первую схему ИЛИ 13, первую и вторую схемы линеаризации 14 и 15, вторую схему ИЛИ 16, второй реверсивный счетчик 17, термопреобразователь сопротивления 18, преобразователь сопротивления в напряжение 19, блок управления 20.

Устройство работает следующим образом.

В первом такте при включении устройства по сигналу с блока управления переключатель 2 подключает к входу усилителя 3 источник напряжения смещения 4, ключ 5 подключает к входу интегратора выход усилителя 3, селектор 10 закрывается, а все остальные элементы устройства перево-, 45 дятся в исходное состояние. При этом на вход интегратора поступает напряжение где К - коэффициент усиления усилителяj

0 — выходное напряжение источ hh ника смещения 4.

0 - напряжение входного дрейфа усилителя, которое интегрируется в течение интервала времени Т, длительность которого выбирается равной периоду напряжения сети питания устройства и бО задается блоком управления 20. Напряжение смещения 0 всегда выбирается большим максимально возможного значения дрейфа.U, так что 0„ всегда больше нуля.

В конце интервала времени Т на вы ходе интегратора возникает напряжение т

0„„= К„) U„gt = К V, (0 О ЛТ,(2) где К вЂ” —, (Ь - постоянная вреМ мени интегрирования интегратора) .

После окончания интервала времени т по сигналам с блока управления ключ 5 подключает к входу усилителя выход источника опорного напряжения 8, селектор 10 откарывается для прохождения импульсов от генератора тактовых импульсов 9 на вход первой схемы линеаризации 14 (при этом устанавливается постоянный коэффициент преобразования последней), а с ее выхода на вычитающий вход первого реверсивного счетчика импульсов 12 и через вторую схему ИЛИ 16 на вычитающий вход второго реверсивного счетчика импульсов, 17.

Напряжение 0 с выхода источника опорного напряжения 8 интегрируется в течение интервала времени 1 до тех пор, пока интегратор б не возвратит я в исходное состояние, т.е. пока не будет выполнено условие 1

М J"ОСИ" Н00 „М

Длительность интервала t определяется выражением, получемым из (3) и (2) к. (uc Д Н > т (4)

4 U

Момент окончания интервала t фик1 сируется нуль-органом 7. По.его сигналу селектор 10 закрывается. При этом в реверсивных счетчиках зафиксируется код числа N равный (0см - " )Т

Ф о 1 О 0 о где f — частота импульсов генератора тактовых импульсов 9.

Во втором такте по сигналу с блока управления переключатель 2 подключает к входу усилителя 3 через источник напряжения смещения 4 выход преобразователя сопротивления в напряжение 19, а ключ 5 подключает к входу интегратора б выход усилителя 3.

При этом на вход интегратора 6

"поступает напряжение Тйсм+09)+uä3 КР, (6 ) напряжение на выходе преобразователя сопротивления э напряжение 19; коэффициент преобразования преобразователя 19; изменение сопротивления термопреобразователя с изменением температуры g свободных концов термо979891 электрического преобразо» вателя 1;

R - сопротивление термопреобразователя сопротивления при 9= ОоС.

Причем значение 0 выбирается таким, чтобы U было больше нуля.

Напряжение U интегрируется интегратором в теченйе интервала времени Т, в момент окончания которого на выходе интегратора возникает напряжение

0« =,„J U .аЕ = K" K t(U + U )

После окончания интервала времени Т по сигналам с блока управления ключ 5 подключает к входу интегратора источник опорного напряжения, а селектор 10 открывается для прохождения импульсов от генератора тактовых импульсов на вход первой схемы линеаризации 14 (при этом устанавливается постоянный коэффициент преобразования последней), а с ее выхода на суммирующий вход реверсивного счетчика 17.

Напряжение U с выхода источника опорного напряжения 8 интегрируется в течение интервала времени до а тех пор, пока интегратор б не возвратится в исходное состояние, т.е ° пока не будет выполнено условие ! Ф

=КиУ

Длительность интервала времени определяется выражением 2K„t;(Ucw +- U ) Ugc (9)

При этом если о. < 0 С, то t < с о а при @с ) О, t<>

В первом случае в момент окончания интервала 1.!срабатывает нульорган 7 и по его выходному сигналу блок управления дает команду на подключение выхода первой схемы линеаризации через вторую схему ИЛИ 1б к вычитающему входу счетчика 17 и установку по этому выходу переменного (функционального) коэффициента преобразования схемы 14. При этом на вычитающий вход счетчика 17 с вы" хода схемы линеариэации 14 через схему ИЛИ 1б поступают импульсы переменной частоты „, а на суммирующий вход счетчика 12 продолжают поступать импульсы постоянной частоты f .

В момент перехода счетчика 12 через нуль, т. е. поступления й„импульсов, селектор 10 закрывается, прекращая подачу импульсов íà ВТорой вход схемы линеаризации 14.

В течение интервала времени t -t на вычитающий вход счетчика 17 поступает N импульсов

В результате двух тактов преобразования при t z t< в счетчике 17 зафиксируется код числа

I и =й +М-1аК Г (0 +0)+

f К Т о (11)

Во втором случае, когда t p импульсы частотой tî поступают на

10 суммирующий вход счетчика 12 до мо,мента !. перехода его в нулевое сос-!, тояние. В момент перехода блок уп, равления дает команду на подключение выхода второй схемы линеаризации 14

15 через схему ИЛИ 13 к суммирующему входу счетчика 17 и установку по этому выходу переменного (функционального) коэффициента преобразования схемы линеаризации 14. При этом импульсы переменной частоты f c выхода схемы ИЛИ 13 поступают на суммирующий вход счетчика 17 с момента времени „ до момента когда сработает нуль-орган 7, по

25 сигналу которого закрывается селектор 10. На суммирующий вход счетчика 12 за время t - t поступает

N импульсов

С. К .Т

ЗО иА = 1, - л

В результате двух тактов преобразования при t y t„ a счетчике 17 зафиксируется код числа

N = N - !! — — — — — (U 4 U ) ñ Кч

4 2 0 см о

И с, (13)

U о

В третьем такте по сигналу с бло4О ка управления селектор 10 закрывается, переключатель 2 подключает к входу усилителя 3 через источник напряжения смещения 4 выход термоэлектрического термометра.

45 При этом на вход интегратора б поступает напряжение (Е(0х, 0 ) + (0гм + 09 )), (14) где Е ((, Ц ) — выходная термо-ЭДС, термоэлектрического термометра при

50 изменяемой темпет!атуре 0х его рабочего спая и температуре Qt его нерабочих спаев. Значение Е(0„,Q<) можно представить в ниде

55 Е Их, с)-Е(вх,О). ьЕ(р дс), () где Е(Q >, 0 ) — термо-ЭдС термоэлектрического термометра 1 при температуре свободных концов Оо С, соответствующая значениям, при которых градуирован термоэлектрический преобразователь; Е(0,(! ) поправка к термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя при отличии температуры свободных концов 0 от 0 С, причем

65 если Q ) 0 С, то в выражении (15) 979891

При выполнении условия

f (О,О „) - О (20) стоит знак "минус", а если О < О С то — "плюс" °

Напряжение () интегрируется ин" тегратором б в течение интервала времзни Т, в момент окончания которого на выходе интегратора возникает напряжение

О„,, = К, J U . а = К„- К„ (О„,Ос)

После окончания интервала време" . ни Т к входу интегратора подключается выход источника опорного напря жения 8, селектор 10 открывается для прохождения импульсов частотой от генератора тактовых импульсов 9 на вход схемы цифровой линеа-. ризации 15 (при этом устанавливается постоянный коэффициент преобразования последней), а с ее выхода на суммирующий вход реверсивного счетчика импульсов 17.

Напряжение 0 с выхода источника опорного напряжения интегрируется в течение интервала времени 4 до тех пор, пока интегратор б не возвратится в исходное состояние, т.е. пока не будет выполнено условие

UÐKN UQt K„U0 t3(17)

+3

И 5 0

Длительность интервала времени 1з определяется выражением

К И(а, O) + дЕ(О O.)+ (U, +U ) З т

t (1

3 Оо

Импульсы частотой 1 с выхода генератора тактовых импульсов поступают через схему линеаризации 15 (при ее постоянном коэффициенте преобразования) на суммирующий вход счетчика импульсов 17 в течение интервала времени 1 до момента 4 перехода через нуль реверсивного счетчика 17.

В момент по команде с блока управления устанавливается переменный (функциональный ) коэффициент преобразования схемы линеаризации

15. С выхода последней импульсы переменной частоты поступают на суммирующий вход счетчика 17 до окончания интервала времени Ь, т.е. до момента срабатывания нуль-орга» на 7, по сигналу которого блок управления закрывает селектор 10. При этом в счетчике 17 за время t э афиксируется Я импульсов, где

t = ",при 0 < 0 С или

Np Na

0 (Й Йй при О 700С, f о

Используя выражения для и 1 получаем

N= f М.— Г (A,О) +pg(0,0 )+,«ЙО ll(19) о о ) что нетрудно осуществить путем функФ( ционального изменения коэффициента преобразования схемы линеаризацки 1() исходя из заданной градуировочной характеристики д (О,О) термоэлектрического преобразователя 1 (путем функционального изменения частоты Г ), получаем

Формула изобретения

Устройство для измерения темпера- туры, содержащее термоэлектрический преобразователь, соединенный с пер 0 вым входом переключателя и первым входом усилителя, выход которого подключен к первому входу ключа, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а вы" ход через интегратор и нуль-орган подключен к входу селектора, соединенного с генератором тактовых импульсов, две схемы линеаризации, входы которых соединены с выходами селектора, первый реверсивный счетчик; входы которого соединены с выходами первой схемы линеаризации, регистратор, термопреобразователь сопротивления, подключенный через преобразователь сопротивления в напряжение к

65 второму входу переключателя, блок

N = f " Е(О,,О) (21)

Обеспечив Е (О„,О) = О путем функционального .йзменения коэф" фиц> энта преобразования схемы линеаризации 15, исходя из заданной градуировочной характеристики P(O>

О) термоэлектрического преобразователя, получаем результат- измерения

М, не зависящий от изменений температуры свободных концов 0, т.е. с

20- ку т

М КО, где К

М 0 постоян ный коэффициент, зависяций от параметров устройства.

Введение в устройство новых элементов и новых связей, а также из-, менение его алгоритма работы позволяет повысить точность измерения температуры, поскольку автоматичес кая компенсацияизменений термо-ЭДС термоэлектрического преобразовате8) ля, вызванных изменениями темпера туры его свободных концов,,осуществляется в цифровой форме после аналого-цифровых преобразований,и поэЗ5,тому не требует, как в известном устройстве, формирования на входе низких уровней компенсирующих напряжений, что снижает точность и помехоустойчивость измерений. Кроме то"0 го, в устройстве устраняется влияние на результат измерения входных дрейфов усилителя постоянного тока.

979891

Составитель В. Куликов

Редактор В. Данко ТехредТ.Фанта Корректор Н ° Король

Заказ 9344/28 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 управления, соединенный с управляю- щими входами первой схема линеаризации, переключателя, ключа, нульоргана и селектора, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены две схемы ИЛИ, источник напряжения смещения и второй реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами схем ИЛИ, а выходы соединены с регистратором и блоком управления,. соединенным с управляющим входом второй схемы линеаризации, причем входы первой схемы ИЛИ соединены с выходами первой и второй схем линеариэации, входы второй схемы ИЛИ соединены с выходами первой схемы линеаризации, а источник напряжения смещения включен между выходом переключателя и вторым входом усилителя,. первый вход которого соединен с третьим входом переключателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 408170, кл. С 01 К 7/12, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 32402á4/18-10, кл. С 01 К 7/14, 1981 (прототип).