Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобраэователь ,су «1матор,выход которого соединен с первым входом компаратора , второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации , подключенный к управляющему входу генератора ли 1ейно изменяющегося напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения.температуры , в него введены предварительный линеаризатор, запсилингтощее устройство , ключ и генератор синусоидгшьного напряжения, выход которого подключен к входу блока синхронизации и входу ключа, управляющий вход которюго соединен с выходом компаратора , а выход подключен к входу запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора , второй вход которого подклю-§ чен к выходу предварительного линеа л ризатора, соединенного с термопреобразователем .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51 0 01 К 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪГ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(21) 3551852/24-10 (22) 15.02.83 ..(46) 23.01.85. Бюл. 9 3 (72) Е.И.Фандеев, В.A.Êàð÷êîâ и A.Ô.Àðõèïåíêî (53) 536 ° 53 (088.8) (56) 1. Патент CILIA Р 4000454, кл. 73/362 AR, опублик. 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 870980, кл. 0 01 К 7/24, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 488092, кл. G 01 К 7/02,1973 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобразователь,сумматор, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединенс выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации, подключенный к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения,температуры, в него введены предварительный линеаризатор, запоминающее устройство, ключ и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу блока синхронизации и входу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подклю- I чен к выходу предварительного линеаризатора, соединенного с термопреобразователем.

1136030 нератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации (запуска,подключенный к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, а также измеритель временных интервалов, квадратичный преобразователь (3)

Однако известное устройство устраняет нелинейности лишь простейшего вида, свойственные термопреобразавателям, статическая характеристика которых описывается зависимостью 0(6) = а + Ъ6 + с 8, где а, Ь и с постоянные коэффициенты.. При использовании же в качестве первичного преобразователя температуры полупроводникового терморезистора, ° статическая характеристика которого описывается более сложной и резко нелинейной зависимостью, зто устрой- 60 ство не обеспечивает необходимой степени,линеариэации. К недостаткам относится также низкая надежность устройства, связанная с тем, что отказ любого из блоков (за исключе- у

Изобретение относится к температурным.измерениям, а точнее к устройствам для измерения температуры полупроводниковыми терморезисторами с коррекцией нелинейности терморезистора.

Известно устройство для измерения температуры с линеаризацией характеристики- термопреобразователя, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в мостовую схему, усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю мостовой схемы, а выход через преобразователь напряжение — ток подключен к мостовой схеме (1) .

Недостатком устройства является то, что оно не может обеспечить с высокой степенью точности линеаризацию характеристики полупроводникового терморезистора.

Известно устройство для измерения температуры, в котором линеаризация характеристики термопреобраэователя осуществляется путем добавления к выходному сигналу термопреабразователя дополнительного корректирующего сигнала (2) .

Однако устройство работает только в комплекте с автоматической вторичной аппаратурой и содержит большое количество дополнительных реохордов с трущимися контактами, что снижает быстродействие и надежность его работы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройс ва для измерения температуры, содержащее термопреобразаватель, сумматор, выход котороião соединен с первым входом кампа. ратора (блока сравнения), второй вход которого соединен с выходом ге10

40 йием квадратичного преобразователя) влечет эа собой полный отказ всего устройства, Цель изобретения — повышение точности измерения температуры, а также повышение надежности устройства при использовании в качестве первичного преобразователя полупроводникового термореэистора.

Поставленная цель достигается тем, чта в устройство- для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, сумматор, выход которого соединен.с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации, подключенный к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, введены предварительный линеаризатор, запоминающее устройство,ключ и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу блока синхронизации и входу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом кампаратора, а выход подключен к входу запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу г предварительного линеаризатора, соединенного с термопреобразователем.

Введение в состав устройства предварительного линеаризатора, выполненного, например, по схеме трехточечной линеаризации, позволяет линеаризовать температурную зависимость сопротивления полупроводникового термопреобразователя таким образом, что . форма распределения погрешности остаточной линейности па шкале темпера,тур графически подобна виду синусоиды. Наличие же элементов канала коррекции (генераторов линейно изменяющегося напряжения и синусоидальнога напряжения, блока синхронизации, компаратора, ключа и запоминающего устройства) позволяет сформировать корректирующее напряже me, форма распределения которого по шкале температур имеет вид синусоиды. Суммирование выходных напряжений предварительного линеаризатора и канала

Коррекции приводит к исключения погрешности остаточной нелинейности иэ результата измерения темнературы.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг,2 — зависимости, графически поясняющие принцип действия устройства: а - статическая характеристика термопреобразователя, В - зависимость напряжения на выходе предварительного линеаризатора от температуры, 6 - вид сигнала на выходе генератора синусоидального напряжения, z - вид сиг» цала на выходе генератора линейно

1136030

65 изменяющегося напряжения и его соотношение с выходным напряжением устройства.до наступления установившегося режима, †зависимость напряжения на выходе устройства от температуры, на фиг.3 — схемы предварительных линеариэаторов.

Устройство (фиг.1) содержит термопреобразователь 1, предварительный линеаризатор 2, сумматор 3, генератор 4 синусоидального напряже- ния, блок 5 синхронизации, генератор 6 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 7, ключ 8, запоминающее устройство 9 °

Предварительный линеариэатор 2 представляет собой устройство, преобразующее резко нелинейную зависимость сопротивления термореэистора от его температуры й, = f(9) (фиг.2а) в близкую к линейной температурную зависимость выходного напряжения .U =: f(8) (фиг.2S). Необходимыи требованием к предварительному линеариэатору является обес печение им перегиба зависимости

U„„ = f(8) в середине контролируемого дйапаэона температур (при 8q) . Юля получения требуемого вида выходного сигнала предварительный линеаризатор может быть выполнен, например, в виде мостовой схемы (фиг.3 а) или по схеме с источником 10 тока (фиг.33) . При соответствующем подборе резисторов в этих схемах зависимость выходного сигнала 0„„ от температуры будет близка к синусоидальной.

Симметричность. выходного сигнала линеаризатора относительно линейной функции в обоих схемах достигается выбором дс = 0,5(8 + 8„), т.е. перегибом функции V„„ = f(a) в середине температурного диапазона. Сумматор 3 осуществляет-суммирование этого предварительно линеаризованного напряжения с корректирующим напряжением, вырабатываемым каналом коррекции. Генератор 4 служит для формирования синусоидального на.пряжения, а генератор 6 — для формирования линейно изменяющегося напряжения. Блок 5 синхронизации обеспечивает синхронную работу генераторов 4 и 6 и ключа 8. Компаратор 7. сравнивает напряжения, поступающие с выходов генератора 6 и сумматора 3, и в момент их равенства выдает сигнал. Ключ 8 предназначен для пропускания напряжения с генератора 4 на запоминающее устройство 9, которое .запоминает это напряжение.

Устройство работает следующим образом.

Температура 8 контролируемого объекта, воздействуя на термопреоб,.разователь 1,. приводит к изменению

его сопротивления (фиг.2а) . Это изменение преобразуется. схемой. предварительного линеаризатора 2 в напряжение U „„ = f(8)) которое относительно точек линеаризации 8ц, 8g и 8 = 0,5(8„+8„) принимает вид, показанный на Лиг.2 8..Напряжение U ;, соответствующее температуре 8, и включающее в себя нескорректированную погрешность нелинейности ь 0«,, 1О поступает на первый вход сумматора 3, на второй вход которого подается напряжение ь О,„;, равное (после наступления установйвшегося режима) но с противоположным знаком.

15 Это корректирующее напряжение ьБ „; формируется следующим образом.

Генератор.3 вырабатывает синусоидальное напряжение Ut„ с периодом T (фиг.2Ъ), амплитуда которого пропорциональна величине максимального значения погрешности предварительной линеаризации (0 )„ „ ° Одновременно генератор 6 вырабатйвает линейно возрастающее напряжение U„ с тем же

25 пеРиодом (фиг.2 ) и максимальным значением (в конце периода развертки) пропорциональным напряжению (V Работа обоих генераторов 4

HA Ìàêñ и 6 синхронизируется с помощью блока 5 синхронизации так, что генератор 6 запускается при переходе напряжения U b через нулевое значение от отрицательного к положительному.В моменты времени t<, 1, t> когда напряжение на выходе генератора 6 становится равным напряжению на выходе сумматора 3, срабатывает компа" ратор 7.и открывает ключ 8, который пропускает на запоминающее устройство 9 мгновенное значение синусои40 дального напряжения, соответствующее в момент t> величине корректирующей добавки ЬУ„„,;. Запоминающее устройство 9 поддерживает на втором входе сумматор 3 это значение до следую45 щего момента появления Равенства сравниваемых напряжений, т.е. до очередного срабатывания ключа 8. В момент запуска устройства на выходе сумматора 3 Us, =. U«„, но.в течение (npar

Следовательно устройство вырабатывает на выходе напряжение, пропорцио. нальное измеряемой. температуре,.т.е.

U = KS. Это напряжение может быть

Sbl3 преобразовано в результат измерения о температуры в С или Кельвина с по)мощью известных аналоговых и цифровых регистрирующих устройств, которые подключаются к выходу-сумматора 3.

Погрешность линеариэации определяется тем, насколько форма зависимости 6Uщ = f(8) отличается от фор11а60 0 © в, 8и

ВНИИПИ Заказ 10275/30 . Тираж 898 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул.Проектная, 4 мы синусоиды. Так, известно, что ста тическая характеристика-поликристаллического терморезистора описывается Формулой Н, = А ° ехрВ/(273 + B )

В случае, если Й = 4000 К, 8

0 С, а 6 = 100 С, погрешность нелинейности после предварительной линеариэации с помощью мостовой схемы составит 5-6%. Отличие же форм остаточной. нелинейности и синусоиды не превышает + 10%. Таким образом, погрешность устройства снижается в

10 раз и не превыаает 0,6Ъ.

Надежность предлагаемого устрой-, ства выше, так как отказ любого из блоков канала коррекции или всей корректирующей части приведет лишь к возрастанию погрешности лзмерения, но работоспособность устройства в целом сохранится.