Устройство для многоточечного измерения температуры

Устройство для многоточечного измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОТОЧЕЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термометры сопротивления и термопары, трехполюсный. крммутатор, токовый полюс которого соединен с входбм ключа, выход которого соединен с положительным полюсом источника тока, отрицательный полюс которого подключен к одному из входов блока управления и к выходам ключей, вход одного из которых соединен с потенциальным полюсом коммутатора, не связанного с входом токового полюса коммутатора, вход которого соединен с общей точкой термометров сопротивления, а управлякяцие . входы обоих ключей соединены с выходами блока управления, блок переключения каналов, выходами соединенный с управляющими входами ключей коммутатора , и сопротивление сравнения, одним выводом соединенное сОбщей точкой термометров сопротивления,а вторым - с сдним из входов суммирующего усилителя,о тл и ч агощеес я тем, что, с целью повышения быЪтродействия и надёжности устройства , в него введены дополнительно трехполюсный коммутатор, блок переключения каналов, источник тока, а также двухканальный трекполюсной„ коммутатор второй ступени, генератор импульсов, делитель частоты и пять ключей, три из которых управляющими входами соединены с выходами блока управления, йходами подключены к общей точке термометров сопротивления , а выходами соединены соответственно с, отрицательным полюсом основного источника тока, с положительным полюсом дополнительного источника тока и с входом суммирующего усилителя, четвертый ключ,своим входом подключенный к токовому полюсу дополнительного коммутатора, а выходом - к положительному полюсу основного источника тока, пятый ключ, управляющий вход которого также, под . ключен к выходу блока управления, своим входом соединенный с потенциальным полюсом дополнительного коммутатора, а выходом.- с отрицательным полюсом основного источника j тока, делитель частоты, инверсный н (Л прямой выходы которого сЪединены соответственно с входами основного С и дополнительного блоков переключения каналов, управляющими входами Второго и. первого каналов коммутатора .второй ступени, управляющими входами ключей, выходами подключенныхк положительному полюсу основного источника тока, а входами - к токовым полюсам основного и дополнительного коммутаторов, генератор импульсов, выходом соединенный со счетным входом делителя частоты и с входом блока управления, при этом выходы допол-j нительного блока переключения каналов соединены с управляющими входами ключей дополнительного коммутатора, а входы двухканального трехполюснйгЬ коммуматора второй ступени подключены к соответствующим выходам полюсов основного и дополнительного коммута .jTopOB, а потенциальные выходы соединены с входами суммирующего усилителя ., причем положительный полюс дополнительного источника тока соед8 нен с выходом токового полюса коммута тора второй ступени, а отрицательный полюс - с сопротивлением сравнения и с входом суммирующего усилителя.

41 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ .РЕСПУБЛИН (19) (И) i

М51) 6 01 К 7 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :::: : "

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3398722/18-10 (22) 22.02.82 .(46) 15.04.83. Бюл. 9 14 (72).В.A. Никитин, В.С. Дворникой, А,С. Дворников и В.Н. Васильев (53) 536.532(088.8) (56) 1.Патент Великобритании

Р 1204151, кл. G 1 N, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке )) 2991671/18-10, кл. G P1 К 7/02, 10.10.80 (прототип)., (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОТОЧЕЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термометры сопротивления и термопары, трехполюсный, коммутатор, токовый полюс которого соединен с входом ключа, выход которого соединен с положительным полюсом источника тока, отрицательный полюс которого подключен к одному из входов блока управления и к выходам ключей, вход одного из которых соединен с потенциальным полюсом коммутатора, не связанного с входом токового полюса коммутатора, вход которого соединен с общей точкой термометров сопротивления, а управляющие входы обоих ключей соединены с выходами блока управления, блок переключения каналов, выходами соединенный с управляющими входами ключей коммутатора, и сопротивление сравнения, одним выводом соединенное с общей точкой термометров сопротивления,а вторым - с сдним из входов суммирующего усилителя, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с:целью повышения быстродействия и надежности устройства, в него введены дополнительно

° трехполюсный коммутатор, .блок переключения каналов. источйик тока, а также двухканальный трехполюсной., коммутатор второй ступени, генератор импульсов, делитель частоты и пять ключей, три из которых управляющими входами соединены с выходами блока управления, входами подключены к общей точке термометров сопротивления, а выходами соединены соответственно с отрицательным полюсом основного источника тока, с по- ложительным полюсом дополнительного источника тока и с входом суммирующего усилителя, четвертый ключ,свойм входом подключенный к токовому по= люсу дополнительного коммутатора, а выходом — к положительному полюсу основного источника тока, пятый ключ, управляющий вход которого также,подключен к выходу блока управления, своим входом соединенный с потенциальным полюсом дополнительного коммутатора, а выходом.- с отрицательным полюсом основного источника

Я тока, делитель частоты, инверсный и прямой выходы которого соединены соответственно с входами основного и дополнительного блоков переключения каналов, управляющими входами

1второго и первого каналов коммутатора .второй ступени, управляющими входами I ключей, выходами подключенных к положительному полюсу основного источника тока, а входами — к токовым полюсам основного и дополнительного коммутаторов, генератор импульсов, выходом соединенный со счетным входом делителя частоты и с входом блока управления, при этом выходы дополнительного блока переключения каналов соединены с управляющими входами ключей дополнительного коммутатора, а входы двухканального трехполюсного коммуматора второй ступени подключены к соответствующим выходам полюсов основного и дополнительного коммута.торов, а потенциальные выходы соеди нены с входами суммирующего усилитель, причем положительный полюс дополнительного источника тока соединен с выходом токового полюса коммута:тора второй ступени," а отрицательный полюс — с сопротивлением сравнения и cвходом суммирующего усилителя.

1012041

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения температуры с помощью термометров со- . противления и термопар, Известно устройство для .измерения температуры, содержащее термометры сопротивления, ключи коммутатора, .источник . тока, сопротивление сравнения и измерительную цепь, выполненную в виде усилителя (1). 10

Недостатком этого устройства является его невысокая надежность в аварийных режимах работы; связанная с возможностью попадания на вход усилителя. высокого напряжения пита- 15 ния источника тока при обрыве термометра сопротивления и выходом его из строя, и невозможность автомати,зации процесса измерения при работе устройства с различными типами датчи- 20 ков, в частности с термометрами сопротивления и термопарами, так как при измерениях с помощью термопар необходимо отключить источник. тока от термопары и подключить его к сопротивлению сравнения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достига.емому результату является устройство для многоточечного измерения температуры, содержащее датчики температуры, подключенные через токовые ключи коммуматора к источнику тока и через потенциальные ключи коммутатора к одному из входов суммирующего усилителя, к другому входу которого подключено эталонное сопротивление и блок переключения, подключенный к управляющим входам ключей коммутатора, восемь ключей, при этом первый ключ подключен к выходам то- 40 ковых ключей коммутатора и к одному из полюсов источника тока, второй, третий и .четвертый ключи подключены .к ограничительному сопротивлению и к выходам ключей коммутатора, пя- 45 тый и шестой ключи, подключены к тому же полюсу источника тока и к общей точке суммирующего усилителя соответственно и к общей точке термометров сопротивления, седьмой и восьмой ключи подключены к общей точке суммирующего усилителя и эталонного сопротивления соответственно и ко второму полюсу источника тока, и блок управления, соединенный с управляющими входами всех ключей; со вторым полюсом источника тока .и с блоком переключения каналов g2), Недостатками этого устройства является его невысокая надежность при работе с длинным:кабелем соединяющим 60 датчик с устройством, и низкое быстродействие.

Невысокая надежность этого устрой-! ства связана с наличием распределенной емкости между линиями связи тер- 6 мопар и общим проводом термометров сопротивленйя, которая к моменту формирования блоком управления импульса анализа типа подключенного датчика не успевает зарядиться, в результате чего на отрицательном полюсе источника тока не успевает сформироваться уровень логической единицы, и термопара определяется как термометр сопротивления. Источник тока не отключается от термопары, что делает неверным результат измерения.

Увеличить же промежуток времени между подключением датчика к измерительной цепи и моментом формирования импульса анализа типа подключенного датчика не представляется возможным, так как с увеличением времени анализа уменьшается время измерения, что еще более ухудшает быстродействие устройства, которое определяется тем, что анализ и измерение проводятся во времени последовательно и на одном и том же канале и, следовательно, чем меньше время анализа, тем выше быстродействие устройства и наоборот.

ЦФль изобретения — -повышение быстродействия и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для многоточеч-. ного измерения температуры, содержащее термометры сопротивления и термопары, трехполюсный коммутатор,t токовый полюс которого соединен с входом ключа, выход которого соединен с положительным полюсом источцика тока, отрицательный полюс которого подключен к одному из входов блока управления и к выходам ключей, вход одного из которых соединен с потенциальным полюсом коммутатора, не связанного с входом токового полюса коммутатора, вход которого соединен с общей точкой термометров сопротивления, а управляющие входы обоих ключей соединены с выходами блока управления, блок переключения каналов, выходами соединенный с управляющими входами ключей коммутатора, и сопротивление сравнения, одним выводом соединенное с общей точкой термометров сопротивления, а вторым — с одним из входов суммирующего усилителя, введены дополнительно трехполюсный коммутатор, блок переключения каналов, источник тока, а также двухканальнйй трехполюсной коммутатор второй ступени, генератор импульсов, делитель частоты и пять ключей, три из которых управляющими входами соединены с выходами блока управления, входами.подключены к общей точке термометров сопротивления, а выходами соединены соответственно с отрицательным полюсом основного источника тока, с по1О12О41

60 ложительным полюсом .дополнительного источника тока и .с входом суммирующего усилителя, четвертый ключ, своим входом подключенный к токовому полюсу дополнительного коммутатора, а выходом - к положительному полюсу основного источника тока, пятый ключ, управляющий вход которого также подключен к выходу блока управления, своим входом соединенный с потенциальным полюсом дополнительного коммута- 10 тора, а выходом — с отрицательным полюсом основного источника тока, делитель частоты, инверсный и прямой выходы которого соединены соответственно с входами основного и дополни- )5 тельного блоков переключения каналов, управляющими входами ключей второго и первого каналов коммутатора второй ступени, управляющими входами ключей, выходами подключенных к положительному полюсу основного источника тока, а входами — к .токовым полюсам основного и дополнительного коммутаторов, генератор импульсов, выходом соединенный со счетным входом делителя частоты и с входом блока управления, при этом выходы.дополнительного блока переключения каналов соединены с управляющими входами ключей дополнительного коммутатора, а входы двухканального трехполюсного коммутатора второй ступени подключены к соответствующим выходам полюсов основного и дополнительного коммутатора, а потенциальные выходы соединены с входами- суммирующего усилителя, 35 причем положительный полюс дополнительного источника тока соединен с выходом токового полюса коммутатора второй ступени, а отрицательный полюс - с сопротйвлением сравнения и 40 с входом суммирующего усилителя.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для многоточечного измерения температуры.

Устройство для многоточечного из- 45 мерения температуры содержит термометры сопротивления 1 и термопары 2, подключенные через основной 3 и дополнительный 4 коммутаторы к соответствующим входам второго и первого каналов коммутатора второй ступени

5, выходы токовых полюсов которого

6 и 7 подключены к положительному полюсу дополнительного источника тока 8, а выходы потенциальных полюсов 9 и 10 ко входам суммирующего 55 усилителя 11, основной 12 и дополнительный 13 блоки переключения каналов, источник.:тока 14, положительным полюсом подключенный через ключи 15 и 16 к выходам токовых полюсов основного 3 и дополнительного

4 коммутаторов, а отрицательным полюсом подключенный к блоку управления 17, через ключи .18 и 19 к по> тенциальным полюсам основного 3 и дополнительного 4 коммутаторов, а через ключ 20 к сопротивлению сравнения- 21 и ключам 22 и 23 своими выходами соединенным соответственно с дополнительным источником тока 8 и входом суммирующего усилителя 11, генератор импульсов 24, выход которого соединен со входами блока управления 17 и делителя частоты

25, выходы которого соединены со входами основного 12 и дополнительного 13 блоков переключения каналов, и с управляющими входами ключей ком« мутатора второй ступени 5 и ключей

15 и 16. Выходом устройства является аналоговый выход суммирующего усилителя 11 и кодовые выходы блока управления 17.

Устройство работает следующим образом.

Изменение температуры воздействует на датчики температуры 1 и 2, вызывая изменение сопротивления термометров сопротивления или ЭДС термопары (Е } .

Генератор импульсов 24 вырабатывает импульсы, поступающие на вход делителя частоты 25 и на вход блока управления 17. Делитель частоты 25 переключается по задним фронтам импульсов, поступающих с генератора

24. По переднему фронту импульса, поступающего с инверсного выхода делителя частоты 25, происходит переключение основного блока переключения каналов 12, ключей основного коммутатора 3, включение ключей второй ступени коммутатора.5 (7,9

10) и ключа анализа 15. Таким образом к источнику тока 14 оказывается подключенным один - из каналов основного коммутатора 3, а к суммирующему усилителю 11 один из каналов дополнительного коммутатора 4 и, следовательно, основной коммутатор 3 включается в режим анализа, а дополнительный коммутатор 4 в режим измерения. По задним фронтам каждого первого и второго импульсов, поступающих с генератора 24 блок управления 17 вырабатывает соответственно импульсы анализа целостности датчиковых цепей и анализа типа подключенного датчика. Первый импульс, поступающий с блока управле- ния 17 и соответствующий анализу целостности датчиковой цепи, поступает на ключи 18 и 19 и открывает их, замыкая цепь источника тока 14 °

Ток протекает по следующей цепи:

"положительный полюс" - ключ 15токовый полюс основного коммутатора

3 датчик температуры - потенциальйый полюс основного коммутатора 3ключ 18 « "отрицательный полюс".

В случае обрыва цепи датчика между

;полюсами источника тока 14 напря(жение возрастает до уровня, соот1012041 ветствующего поступлению на вход блока управления 17 логической "1", и по переднему фронту второго импульса с генератора 24 на выходе блока управления 17 появляется сигнал, говорящий о том, что цепь датчика обор" вана.

Второй импульс, поступающий с блока управления 17 и соответствующий анализу типа подключенного датчика, закрывает ключи 18 и 19 и открывает ключ 20. В том случае, если к данному каналу основного коммутатора 3 подключен термометр сопротивления 1, цепь источника тока 14 замыкается следующим образом: "положительный полюс" — ключ 15 токовый полюс основного коммутатора 3 — датчик температуры — третий провод термометра сопротивления 1 ключ 20 — "отрицательный полюс". На отрицательном полюсе источника тока

14 появляется уровень напряжения, соответствующий логическому "0" По переднему фронту следующего импульса с генератора тактовых импульсов

24 на выходе блока управления 17 появляется сигнал, говорящий о том, что подключен термометр сопротивления. По заднему фронту этого импульса происходит переключение делителя 30 частоты 25 и выключение ключа 20.

По переднему фронту импульса, поступающего с прямого выхода делителя частоты 25, происходит переключение дополнительного блока переклю- 35 чения каналов 13, ключей дополнительного коммутатора 4, включение ключей второй ступени коммутатора 5 (6, 9, 10) и ключа анализа -16. Таким образом, к источнику тока 14 оказывается подключенным один иэ каналов дополнительного коммутатора 4, а к суммирующему усилителю 11 один из каналов основного коммутатора 3, и, следовательно, дополнительный коммутатор 4 включается в режим анализа, а основной коммутатор 3 в режим измерения. В режиме измерения через токовый полюс второй ступени коммутатора 6 и через токовый полюс основного коммутатора 3 к термомет- 5О ру сопротивления 1 подключается дополнительный источника тока 8, ток которого замыкается следующим образом: "положительный полюс" — токовый полюс коммутатора второй ступе- 55 ни 6 - токовый полюс основного коммутатора 3 - термометр сопротивления 1 — общий провод термометров сопротивления - сопротивление сравненчя 21 — "отрицательный полюс", щ и на вход суммирующего усилителя

11 поступают напряжения И и U<,, соответственно равные где U — напряжение на первом входе усилителя при подключении термометра сопротивления;

Ц вЂ” напряжение на втором входе усилителя при подключении термометра сопротивления;

I - ток дополнительного источника тока;

R — величина сопротивления датчика;

R — величина сопротивления сравер нения;

R — величина сопротивления однол

ro провода линии, соединяют щей датчик с коммутатором.

Выходное напряжение усилителя определяется выражением

В том случае, если к дополнительному коммутатору 4 подключена термопара, то по первому импульсу, вырабатываемому блоком управления 17 и открывающему ключи 18 и 19, происходит анализ целостности ее цепей, Ток источника тока 14 протекает по следующей цепи: "положительный полюс" ключ 16 — токовый полюс дополнительного коммутатора 4 — термопара 2 — потенциальный полюс дополнительного компаратора 4 — ключ 19. — "отрицательный полюс".В случае обрыва термопары между полюсами источника тока 14 напряжение возрастает до уровня логической "1", и по переднему фронту второго импульса с генератора 24 на выходе блока управления 17 появляется сигнал, говорящий о том, что цепь термопары оборвана.

Второй импульс, поступающий с блока управления 17 и соответствующий анализу типа подключенного датчика, закрывает ключи 19 и 18 и открывает ключ 20, Вследствие отсутствия провода, соединяющего датчик с общей точкой термометров сопротивления, цепь источника тока 14 оказывается разомкнутой. Если к дополнительному коммутатору 4 кроме термопары подключены термометры сопротивления, между линиями связи термопары и общими проводами термометров сопротивления имеется распределенная емкость, величина которой зависит от длины кабеля, соединяющего датчики с устройством.При анализе типа подключенного датчика эта емкость начинает заряжаться.

К моменту прихода следующего импульса с генератора 24 эта емкость заряжается до напряжения питания источника, тока 14, на полюсах источника тока 14 появляется напряжение, соответствующее уровню логической "1".

По заднему фронту этого импульса блок управления 17 отключает ключ

20 и включает ключи 22 и 23, а де---1012041

l

U = Е . и U = -IR .г 2 ср

l где U ВНИИПИ Заказ 2747/50 Тираж 871

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 литель частоты переключает дополнительный коммутатор 4 из режима аналйэа в режим измерения,замыкая дополни-тельный источник тока 8: "положи= тельный полюс" - ключ 22 — сопротивление сравнения 21 — "отрицательный полюс". В этом случае на вход суммирующего усилителя 11 поступают на-; пряжения напряжение на первом входе усилителя при подключении термопары; напряжение на втором входе 15 усилителя при подключении термопары; ток дополнительного источ.ника тока; величина сопротивления сравнения;

ЭДС термопары.

Выходное напряжение усилителя определяется выражением

25 I

ЭЬ!1 4 т ср .

Таким образом, введение дополнительных элементов коммутатора, блока переключения каналов, двухканального коммутатора второй ступени, источника тока, пяти ключей, генератора импульсов и делителя частоты позволяет совместить во времени режимы анализа и измерения, вследствие чего повышается быстродействие предлагаемого устройства и его надежность, так как изменение частоты следования импульсов генератора позволяет изменять каналь ное время коммутаторов, а следовательно, изменять время анализа в зависимости от длины кабеля, соединяющего датчик с. Устройством, т.е. от величины распРеДеленной емкости между линиями связи термопар и общим проводом . термометров сопротивления. Испытания макетного образца предлагаемого устройства позволяют установить, что в сравнении с базовым образцом, адаптивным преобразователем температуры, предлагаемое устройство позволяет работать на кабель длиной 200 м вместо 20 м, а длительность переходного процесса уменьшилась с б до 1 млс при идентичности остальных характеристик.