Устройство для многоточечного измерения температуры

 

В. A. Никитин, B. С. Дворников и В. Н. Василь в -„! . ю °, j

1 (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОТОЧЕЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ!

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для многоточечного измерения температуры с помощью термометров сопротивления и термопар.

Известно устройство, содержащее датчики температуры, (термометры сопротивления или термопары), коммутатор и измерительную цепь, выполненную в виде усилителя или мостовой схемы Plj.

Недостатком этого устройства яв- 10 ляется невозможность его использования для измерения температуры в широком диапазоне.

Наиболее близким по технической сущ- 15 насти и достигаемому результату к изобретению является устройство для многоточечного измерения температуры, содержащее датчик температуры, и термопары, подключенные через токовые ключи коммутатора к источнику тока и через по тенциальные ключи коммутатора к одному из входов суммирующего усилите2 ля, к другому входу которого подключено эталонное сопротивление, блок переключения каналов; подключенный к управляющим входам ключей коммутатора, и восемь ключей, при этом первый ключ подключен к выходам токовых ключей коммутатора, и к одному из полюсов источника тока, второй, третий и четвертый ключи подключены к ограничительному сопротивлению и к выходам ключей коммутатора, пятый и шестой ключи подключены к тому же полюсу источника тока и к общей точке суммирующего усилителя соответственно, а также к общей точке термометров сопротивления, седьмой и восьмой ключи подклю-. чены к обшей точке суммирующего усилителя и эталонному сопротивлению соответственно и к второму полюсу источника тока, и блок управления, соединенный с управляющими входами всех восьми ключей, с вторым полюсом источника тока и с блоком управления переключения каналов 623 .

3 97

Недостатком известного устройства является узкий диапазон измерения, определяемый величиной эталонного сопротивления, которое для данной программы измерения выбирается постоянным, поэтому любое изменение программы измерения приводит к необходимости ручной смены эталонного сопротивления, что исключает возможность автоматизации процесса измерения.

11елью изобретеггия является расширение диапазона измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для многоточечного измерения температуры введены блок сравнения, дополнительные ключи и кокоммутатор, регистр управления дополнительным коммутатором и цепочка последовательно соединенных эталонных сопротивлений, включенная между вторым входом и общей точкой суммирующего усилителя, при этом дополните гъный коммутатор одним из своих входов подключен к каждому эталонному сопротивлению, а выходом — к второму полк су источника тока, другими входами— к регистру управления дополнительным коммутатором,, который одним из своих входов соединен с выходом блока управления, а другим — через блок сравнения с выходом суммирующего усилителя, причем дополнительный ключ включен между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений и первым полюсом источника тока, а управляющим входом соединен с блоком управления, На чертеже представлено предлагаемое устройство для многоточечного измерения температуры, прииер конкретной реализации.

Устройство для многоточечного измерения температуры содержит термометры сопротивления 1 и термопары 2, подключенные через токовые ключи 3 коммутатора к ключу 4, соединенному с одним из полюсов источника тока 5, и через потенциальные ключи 6 коммутатора к одному из входов суммирующего усилителя 7, блок переключения каналов 8, подключенный к управляющим входам ключей коммутатора, ключи 9 и 10, подключенные к второму полюсу источника тока 5 к обшей точке параметров сопротивления соответственно и, к второму входу суммирующего усилителя 7, блок управления 11, соединенный с управляющими входами всех трех ключей 4, 9 и 10, с вторым полюсом

9892 4

55 источника тока 5 и с блоком переклкъчения каналов 8, цепочку последовательно соединенных эталонных сопротивлений 12, дополнительный коммутатор 13, своими входами подключенный к каждому эталонному сопротивлению 12, а выходом — к второму полюсу источника тока 5, регистр управления дополни-. тельным коммутатором 14, одним входом соединенный с блоком управления

11, блок сравнения 15, вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя 7, а выход подключен к второму входу регистра управления дополнительным коммутатором 14, и дополнительный ключ 16, включенный между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений

12 и первым полюсом источника тока

5, управляющим входом соединенный с блоком управления 11. Выходом устройства является аналоговый выход суммирующего усилителя 7, и кодовые выходы блока управления 11 и регистра управления дополнительным коммутатором 14.

Устройство работает следующим образом.

Изменение температуры воздействует на датчики температуры 1 и 2, вызывая изменение сопротивления термометров, сопротивления или ЭДС термопары. Сигнал на подключение очередного датчика к измерительной цепи вырабатывается блоком переключения каналов 8. Одновременно блок переключения каналов вырабатывает импульс, устанавливающий блок. управления 11 в положение, в котором включены ключи 4 и 9. B этом случае ток источника тока 5 протекает по цепи "положительный полюс" — ключ

4 — токовый полюс коммутатора 3— датчик температуры — потенциальный полюс коммутатора 6 — ключ 9 — "отрицательный полюс". В случае обрыва датчика температуры напряжениемежду полюсами источника тока 5 возрастает до уровня логической единицы. Это напряжение поступает на блок управления ll, с выхода которого поступает сигнал, соответствующий обрыву патчика

Если обрыва нет, на вход блока управления поступает напряжение, соответствующее логическому нулю, а с его выхода снимается сигнал, говорящий о том, что обрыва датчика нет. После проведения анализа целостности датчиковых цепей блок управления 11 выключает ключ 9 и.устанавливает регистр управления дополнительным коммутатором

892 6 текает ток. Как только величина пРо становится меньше R, знак выходного напряжения изменяется на противоположный, и импульсы переключения с блока сравнения 15 на регистр управления дополнительным коммутатором 14 не поступают. При любом значении сопротивления термометра сопротивления величина выходного напряжения пропорци Е ональна разности сопротивлений термометра сопротивления и ближайшего меньшего значения суммы сопротивлений цепочки эталонных сопротивлений, определяемой значением кода, вырабаты, ваемого регистром управления 14 по мере переключения ключей дополнительного коммутатора 13. В том случае, если к измерительной цепи подключена термопара, цепь тока источника тока рй 5 оказывается разомкнутой вследствие отсутствия провода, соединяющего тер, мометр сопротивления с обшей точкой термометров сопротивления, и на полюсах источника тока 5 появляется напряже д ние; соответствующее логической единице. Это напряжение .поступает на вход блока управления 11, который выключает ключ 4 и включает ключи 10 и 16, замыкает цепь тока через ключ

16, сопротивления цепочки эталонных сопротивлений 12, ключ дополнительного коммутатора 13, соединенный с общей точкой термометров сопротивления, на "отрицательный полюс источника

3S тока 5. Таким образом, на входы суммирующего усилителя 7 поступают напряжения 01=Ет и О =+n jRo1 где О., — напряжение на первом входе суммирующего усилителя при подключении термопары;

U — напряжение на втором входе суммирующего усилителя при подключении термопары;

Å - величина ЭДС термбпары.

Знак " минус" в выражении соответствует протеканию тока через эталонные сопротивления, расположенные между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений и входом усилителя.

5 979

14 в положение, при котором включен ключ дополнительного коммутатора 13, соединенный с общей точкой термометров сопротивления. B том случае, если к измерительной цепи подключен термометр сопротивления, ток источника тока

5, протекает по цепи положительный полюс" — ключ 4 — токовый полюс коммутатора 3 — датчик температуры — общая точка термометров сопротивлеиия—

1 ключ дополнительного коммутатора 13— отрицательный полюс, и на входы суммирующего усилителя 7 при этом поступают напряжения U g u U rZ, равные со ответственно (a + я )

" = (" о+<л2 где О„- напряжение на первом входе суммирующего усилителя;

U — напряжение на втором входе суммирующего усилителя;

3 — величина тока источника тока;

К вЂ” величина сопротивления термометра сопротивления;

R — величина одного сопротивления

О цепочки эталонных сопротивлений;

И вЂ” число эталонных сопротивлений в цепочке, по которым протекает ток;

Я„ — величина сопротивления одного провода трехпроводной линии, соединяющий термометр сопротивления с входами ключей: коммутатора и с общей точкой термометров сопротивления.

Выходное напряжение суммирующего усилителя определяется выражением

"Вьи = 2„+ О = И а-""о)

Это напряжение поступает на блок сравнения 15, представляющий собой фазочувствительный усилитель. Если сумма подключенных эталонных сопротивлений т о д то08ь х<о, и с выхода блока сравнения на регистр управления допол:. нительным коммутатором 14 поступают импульсы переключения, и регистр управления последовательно включает клк чи дополнительного коммутатора 13, замыкая цепь источника тока 5 через сопротивления цепочки последовагельно соединенных эталонных сопротивлений

12 и один из ключей дополнительного коммутатора 13 на "отрицательный полюс" источника тока 5. По мере переключения ключей дополнительного коммутатора 13 уменьшается число эталонных сопротивлений, IIO которым IlpoЗнак "плюс" соответствует протеканию тока через эталонные сопротивления, расположенные между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений и общей точкой термометров сопротивления.

Величина напряжения на выходе суммирующего усилителя 7 при подключении

7 9798 термопары определяется выражением

Ю

8Ь|х т + Йо .

Дальнейшая работа устройства проиоходит аналогично работе при подключении термометра сопротивления. Пере ключение ключей дополнительного коммутатора 13 происходит до выполнения условия U х > О. При этом поиск диапазона напряжений, в котором находится !ф измеряемая ЭДС, происходит при любой полярности подключенной термопары.

Таким образом, введение цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений, дополнительного комму- 1у татора, регистра управления, блока сравнения и дополнительного ключа выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет расширить диапазон измеряемых температур за счет р0 выбора любого числа последовательно соединенных эталонных сопротивлений и автоматизировать процесс измерения путем автоматического выбора числа эталонных сопротивлений, подключаемых к 23 источнику тока и к входу суммирующего усилителя, в то время как в известном устройстве этот процесс может осуществляться только вручную.

Испытания предлагаемого устройства показали, что оно может работать со всеми типами термометров сопротивления и термопар, выпускаемыми отечественной промышленностью..Способность устройства автоматически выбирать тип подключенного датчика и диапазон измерения исключает необходимость ручной лерекроссировки устройства в случае измене ния программы измерения, что делает устройство более надежным, универсальным 40 и упрощает его эксплуатацию. Кроме того устройство позволяет работать с термопа« рами, у которых в процессе измерения

\ произошла смена полюсов, что довольно часто имеет место при температурных измерениях.

Формула изобретения

Устройство для многоточечного измере-. ния температуры, содержащее датчики

92 8 температуры - термометры сопротивления и термопары, каждый иэ которых подключен через токовые ключи коммутатора к

«лючу, соединенному с одним иэ полюсов источника тока, и через потенциальные ключи коммутатора к одному иэ входов суммирующего усилителя, блок переключения каналов, подключенный к управляющим входам ключей коммутатора, два ключа, йодииоченные к второму полюсу источника тока и к обшей точке термометров сопрстивления соответственно и к второму входу суммирующего усилителя, и блок управления, соединенный с управляюшиьи входами всех трех ключей,, с вторым полюсом источника тока и с блоком переключения каналов, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения температуры, в него введены блок сравнения, дополние тельные ключи и коммутатор, регистр управления дополнительным коммутатором и цепочка последовательно соединенных эталонных сопротивлений, включенная между вторым входом и общей точксй суммирующего усилителя, при этом дополнительный коммутатор одним из своих входов подключен к каждому из последовательно соединенных эталонных сопротивлений, а выходом - к второму полюсу источника тока, другими входами - к регистру управления дополнительным коммутатором, который одним из своих входов соединен с выходом блока управления, а другим - через блок сравнения с выходом суммируюшего усилителя, причем дополнительный ключ включен между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений и первым полюсом источника тока, а управляющим входом соединен с блоком управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 389418 кл, 6 01 К 7/02, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2991671, кл. G Ol К 7/02, 10.10.80 (прототип) .

979892

Составитель H. Горшкова

Редактор В. Данко Техред С.Мигунова Корректор M. Щароши

Заказ 9345/29 Тираж 887 ПоДписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4