Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термоэлектрический преобразователь, сумматор, источник опорных напряжений и ключи, отличающееся тем, что. с целью повышения точности измерения температуры и улучшения надежностных характеристик устройства, в него введены источник корректирующих напряжений , п-1 логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ И Ц двухвходовых пороговых схем, первые входы которых соединены с выходами источника опорных напряжений, а вторые входы соединены с выходом термоэлектрического преобразователя и первым входом сумматора, второй вход которого со,единен с выходами кЛочей, при этОм входы каждого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами каждой пары смежных пороговых схем, а выход подключен к управляющему с входу.соответствующего ключа, вход (Л которого соединен с выходом источника корректирующих напряжений.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

";;-, -.ф ф РЕСПУБЛИК (19) (Н) 1(51) а О1 к 7/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3376478/18-10 (22) 05..01 ° 82 (46) 30. 12.83. Бюл, М 48 (72) Б.И.Блажкевич и Ю.В.Поздняков (71) физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (53) 536.53(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 922536, кл. G 01 .К 7/24, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3357340/18-10, кл. G 01 К 7/02, G Ol К 7/12, 1981 (прототит ). (54)(57)" УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термоэлектрический преобразователь, сумматор, источник опорных напряжений и ключи, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры и улучшения надежностных характеристик устройства, в него введены источник корректирующих напряжений, и -1 логических элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и П двухвходовых пороговых схем, -первые входы которых соединены с выходами источника опорных напряжений, а вторые входы соединены с выходом термоэлектрического преобразователя и первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходами кЛючей, при этом входы каждого логического элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами каждой пары смежных пороговых схем, Р Р а выход подключен к управляющему са входу. соответствующего ключа„ вход которого соединен с выходом источника корректирующих напряжений.

1064157

Изобретение относится к контактным измерениям температуры с использованием первичных измерительных преобразователей с нелинейной зависимостью выходного сигнала от изме-! ряемого параметра и может быть использовано в других областях измерительной техники, в которых используются измерительные преобразователи с нелинейной характеристикой преобразования. 10

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преобразователь, автоматический компенсатор тока, источники пос» тоянного стабилизированного напря- 15 жения, формирователи корректирующего напряжения, каждый из которых состоит из реохордов, движки которых механически связаны с движком реохорда автоматического компенсатора 20 постоянного тока, сумматор, аналогоцифровой преобразователь, блок управления формирователей корректирующего напряжения, устройства сравнения и усилитель, постоянного тока. 25

В таком устройстве компенсация

}нелинейности характеристики термопреобразователя осуществляется путем добавления к сигналу термопреобразователя корректирующего напряжения flj .

Недостатками известного устройства являются его сложность, а также ниэое быстродействие. .аиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 35 устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, сумматор, источники опорных напряжений, ключи, входящие в состав блоков сравнения, а также термопреобразователь сопротивления для измерения температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, подключенный к входу преобразователя сопротивления в напряжение, блок регистрации, включающий в себя аналого-цифровой преобразователь, причем выход термоэлектрического преобразователя соедииен с первыми входами блоков срав-, нения первой группы, вторые и третьи входы которых соединены с выходами .первого источника опорных напряжений, выход преобразователя сопротивления в напряжение соединен с первыми входами блоков сравнения второй группы, вторые и третьи входы которых соединены с выходами второго источника опорных напряжений, входы сумматора соединены с выходами блоков сравнения и выходами источ" 60 ников опорных напряжений, а выход сумматора — с входом блока регистрации f2) .

В известном. устройстве напряжение коррекциипогрешности линейности 65 термоэлектрического преобразователя при любом произвольно выбранном значении температуры рабочего спая формируется путем суммирования необходимого числа элементарных напряжений коррекции. При больших значениях нелинейности и, соответственно, при больших значениях напряжения коррекции в цепь коррекции оказываются включенными все источники элементарных напряжений, из-за чего суммарная погрешность корректирующего напряжения определяется суммой погрешностей установки корректирующих напряжений, что ведет к снижению точности измерения.

В случае отказа одного из источников элементарных напряжений оказания прибора изменяются на величину погрешности, которая будет проявляться при всех значениях температуры, больших значениях температуры, соответствующего выпавшему элементарному напряжению.

Кроме того, в прототипе не предусмотрена возможность индикации выхода измеряемой величины за преде- лы рабочего диапазона. Это делает возможным получение ложной (недостоверной) измерительной информации при выходе температуры за пределы рабочего диапазона. Особенно велик риск получения недостоверной измерительной информации в случае, когда измерение производится вблизи границ рабочего диапазона устройства для измерения температуры.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и улучшение надежностных характеристик устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для.измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, сумматор, источник опорных напряжений и ключи, введены источник корректирующих напряжений, и -1 логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и h двухвходо- вых пороговых схем, первые входы которых соединены с выходами источника опорных напряжений, а вторые входы соединены с выходом термоэлектрического преобразователя и первым входом сумматора., второй вход которого соединен с выходами ключей, при этом входы каждого логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами каждой пары смежных пороговых схем, а выход подключен к управляющему входу соответствующего ключа, вход которого соединен с выходом источника корректирующих напряжений.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 — графики зависимостей термо-ЭДС термо1064157

55 электрического преобразователя и выходного сигнала устройства от температуры; на фиг.3 — графики зависимостей корректирующего напряжения и погрешности измерения от выходного сигнала термообразователя.

Устройство содержит источник 1 опорных напряжений с числом выходов и количество которых и значения напряжений на которых определяются формой характеристики преобразования первичного преобразователя и . значением допустимой абсолютной,погрешности преобразования. Этими же факторами определяется и число п выходов источника .2 корректирующих на- 15 пряжений, кратных удвоенному значению напряжения, соответствующего допускаемой абсолютной погрешности линейности. Опорным напряжениям источника 1 соответствуют и двухвходовых пороговых схем 3, первые входы которых соединены с соответствующими выходами источника 1 бпорных напряжений, а вторые — c выходом термоэлектрического преобразователя. Каждой паре смежных пороговых устройств 3 соответствуют двухвходовые логические элементы ИСКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ

ИЛИ 4, входы которых присоединены к выходам каждой пары соседних пороговых схем 3. Указанным логическим элементам 4 соответствуют (П 1) уп равляемых ключей 5, управляющие входы которых присоединены к выходам логических элементов 4, а сиг;нальные — к выходам источника 2

;корректирующих напряжений. Выход термоэлектрического преобразователя 6 соединен с первым входом сумматора 7, к второму входу которого подключены выходы управляемых клю- 40 чей 5, а выход является выходом устройства.

Устройство также содержите -входовые логические элементы И 8 и

ИЛИ-НЕ 9, входы которых подключены 45 к выходам пороговых схем 3, а выходы — к индикаторам 10 и 11 выхода значений измеряемой температуры за верхний и нижний пределы. измерения соответственно. 5р

На фиг.2 кривая 12 изображает зависимость термо-ЭДС U = 4 (4) термоэлектрического преобразователя от температуры f, прямая 13 - линейную зависимость выходного сигнала 0 = С 1 устройства от температуры t ..

На фиг.3 кривые 14 и. 15 изображают, соответственно, зависимости корректирующего напряжения ь 0 и его ступенчатую аппроксимацию а0 от выходного сигнала термопреобразователя 0,. 16 — зависимость погрешности 5< от выходного сигнала термопреобраэователя.

Устройство работает следующим образом. 65

Нелинейно зависящий от температу -. ры выходной сигнал 0 = % (f,) термоэлектрического преобразователя 6 поступает на все пороговые схемы 3 и на первый вход сумматора 7. Этот сигнал отличается от сигнала 0 = С.1

l с требуемой в приборах .с цифровым отсчетом линейной, зависимостью от температуры на величину погрешности линейностид 0 (U) = 0 - 0 = 4 (f,) — ct (фнг.2). Для получения на выходе устройства сигнала, линейно зависящего от измеряемой температуры, достаточно к выходному сигналу термопреобразователя прибавить корректирующее напряжение д Ц (u) =a0(f (t)j значение которого может быть определено при градуировке термопреобраэователя.

В заданном диапазоне измерения температуры ((. „,(,ùo„) и соответствующем ему диапазоне (Umi„rUmax) изменения выходного напряжения термопреобразователя при известной его функции преобразования 0 =4 (f) значения коэффициента С целесообразно выбрать исходя из условия минимизации абсолютного значения/0(()- c(/=a0 абсолютной погрешности линейности.

Ввиду слабо выраженной для термоэлектрических преобразователей не-. линейности характеристики U = 4 (4 ) зависимость а 0 (0) = a Up (4 )) аппроксимируется .ступенчатой функцией аU1 у(0 =2)6„,) л„..к, где Я„= е. t, 8 — допустимая абсолютная погрешность линейности измерения температуры, причем пределы

0 < „ О(выбираются таким образом, чтобы

JaUl- cU(ég с 3g

Пороговые схемы сравнения сравнивают 0 (t) с предельными значениямй U, 1 = 1,2,...., й, воспроиз3 водимыми источником 1 опорных напряжений. По сигналам с выходов схем сравнения логические элементы 4 вырабатывают сигналы, управляющие ключами 5,посредством которых к второму входу сумматора 7 подается напряжение а 0 с соответ-! ствующего данным пределам (",, ti> ) выхода источника корректирующих напряжений. На первый. вход сумматора 7 подается непосредственно выходное напряжение U. в результате чего на выходе сумматора получается напряжение U, равное с абсолютной остаточной погрешностью aU>

0 +zU-ck, не гуевосходящей по модулю значения В, напряжению U = ct, (фиг.3) °

Границы (U,, U ) каждого из интервалов ступенчатой аппроксимации зависимости a U =V(U) определяются абсциссами точек пересечения кривой д0" = Q (0) с прямыми 6 О=

1064157

10 ну/(с

62 брукс

vu!i 4

= (2j+l)Su и аО = (2j-1)Ьц, где ) =-Р, - (В-l),...,-1,0,1, °,k . общее количество ступенейщ= + +1, где k u P - количес=во ступеней соответственно в положительной и отрицательной областях значений Ь U выбирается исходя из условий

/мр(1(() -ct)-2k Вц/ а 6„= с 8, /supjct-f(t))-2ñ 8u/ Яц =c.sg где символом sup обозначено наибольшее на интервале (О ;„, О„,ц„) значение выражения, прйчем каждому интервалу ((J>,, U< ) выходного напряжения термоэлектрического преобразователя однозначно соответствует определенное значение корректирую- 20 щего напряжения ЬО, L. = 1,2,...,rn .

Предполагается, что на выходе устройств 3 сравнения появляется сигнал, соответствующий логической единице (например, сигнал высокого 25 уровня), если U >V>, и логическому нулю (например, сигнал низкого уровня), если О 6 (Js .

Если О q О ц4д или О О ц, на выходах всех схем 3 сравнения появ- 30 ляется сигнал, соответствующий логическому нулю (или единице), вследствие чего на выходах схемы 8 или 9 появятся сигналы, соответствующие логической единице, которые приведут к срабатыванию индикаторов выхода температуры за нижний (ll) или верхний (10) пределы измерения.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения температуры и улучшить надежностные характеристики устройства. Повышение точности преобразования достигается оптимизацией выбора числа элементов устройства и разбиения диапаэона на участки аппроксимации, а также устранением влияния на результат измерения погрешностей подгонки корректирующих напряжений источника 2. При любом значении температуры максимальная остаточная погрешность линейности определяется погрешностью установки лишь одного напряжения коррекции и соответствующего опорного напряжения, в то время как в Прототипе — суммой погрешностей установки (подгонки) всех элементарных напряжений коррекции, которая в худшем случае в

П раэ больше.

Повышение надежности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивается особенностями его структуры, благодаря которым отказ (иэменение, выходящее за пределы допускаемого) одного (или нескольких) напряжения источника 2 влияет на погрешность измерения лишь на соответствующих (одном или нескольких) элементарных участках, в то время как в прототипе отказ даже одного иэ напряжений непосредственно влияет на точность измерения во всем рабочем диапазоне. В случае отказа одного из источников напряжения коррекции при плавном изменении температуры в. показаниях прибора будет наблюдаться характерный провал при значении температуры, соответствующем отказавшему источнику. Во всем же остальном диапазоне изменения температуры погрешность измерения никак не изменится. Это свидетельствует о значительно более высокой надежности предлагаемого, устройства.

Кроме того, преимуществом устройства является наличие индикации выхода эа пределы рабочего диапазона.

1064157 . (2)И)

t2j-1)Ю

8J

2Р

Составитель В.Куликов

Редактор С.Пекарь Техред А; Бабинец Корректор A.Èëüèí

\»

Заказ 10510/43 . Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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