Устройство для измерения температуры
Патент 1339413
Авторы
Классы МПК
Устройство для измерения температуры
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к приборостроению . Цель изобретения - повышение точности измерения температуры, Устройство осуществляет двухтактный алгоритм измерения, оно содержит термопару 1, стабилизированный источник 2 напряжения, усилители 3 и 11, мост 4, состоящий из термометра 5 сопротивления, опорного резистора 6, образцовых резисторов 7 и 8, конденсаторы 9 и 10, ключи 12-19, резисторы 20 и 21, 37 и 38, нуль-орган 22, блок 23 управления, элементы И-НЕ 28, 29, элементы И 30-33, инвертор 34, RS-триггер 35, регистратор 36 и ключи 39 и 40. Для исключения мультипликативной составляющей погрешности, вносимой изменением коэффициента передачи измерительного тракта, устройство калибруется в четыре такта по командам с блока 23 управления. 1 ил. С/) J... 00 ;о 4 00 ЩТ
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (И) (51) 4 G 01 К 7/02 : ("- I)3RAg
@3
4,13
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
БИЛ1(т1.-, P тз
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(21) 4058538/24- 10 (22) 16,04.86 (46) 23.09.87. Бюл. II- 35 (72) Л.П. Логинова, В.Ф. Евстратов и Ю.Ф. Кухарев (53) 536.53(088.8) (56) Патент Японии 9 57-47419, кл. G 01 К 7/14, опублик. 08.10.82.
Авторское свидетельство СССР
У 617690, кл. G 01 К 7/02, 1976.
I (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения — повышение точности измерения температуры.
Устройство осуществляет двухтактный алгоритм измерения, оно содержит термопару 1, стабилизированный источник 2 напряжения, усилители 3 и II мост 4, состоящий из термометра 5 сопротивления, опорного резистора 6, образцовых резисторов 7 и 8, конденсаторы 9 и 10, ключи 12-19, резисторы 20 и 21, 37 и 38, нуль †орг 22, блок 23 управления, элементы И-НЕ 28, 29, элементы И 30-33, инвертор 34, RS-триггер 35, регистратор 36 и ключи 39 и 40. Для исключения мультипликативной составляющей погрешности, вносимой изменением коэффициента передачи измерительного тракта, устройство калибруется в четыре такта по командам с блока 23 управления, 1 ил.
13
Изобретение относится к приборо— строению и может быть использовано в системах измерения температуры с применением термоэлектрических преобразователей (термопар) .
Целью изобретения является повышение точности измерения температуры.
На чертеже приведена функциональная.схема предлагаемого устройства.
Устройство для измерения температуры содержит термопару 1, стабилизированный источник 2 напряжения, усилитель 3, компенсатор температуры свободных концов термопары — мост 4„ состоящий из термометра 5 сопротивления, опорного резистора 6 и двух образцовых резисторов 7 и 8, два конденсатора 9 и 10, второй усилитель 11, восемь ключей 12-19, два резистора 20 и 21 в делителе отрицательной обратной связи первого усилителя 3, нульорган 22, блок 23 управления с выводами 24-27, два элемента И-НЕ 28 и
29, четыре элемента И 30-33, инвертор 33, BS-триггер 35 и регистратор 36 с четырьмя входами, в качестве которого может быть использован любой записывающий прибор (например, магнитный или фотооптический) с аналоговым входом по напряжению, резисторы 37 и 38, два ключа 39 и 40. Блок 23 управления включает генератор тактовой частоты, счетчик импульсов и дешифратор (не показаны).
Устройство осуществляет двухтактный алгоритм измерения и работает следующим образом.
По сигналу 24 с блока 23 управления в первом такте измерения преобразования включаются ключи 12-16, 18, 19 и 40, в результате конденсатор 9 через компенсационный мост 4 подключается к термопаре 1 и заряжается до напряжения
Uc, = U „= ЭДС + UKoMn, (1) где 13„ — напряжение на конденсаторе 9, ЭДС вЂ” сигнал термопары; (3„ „, — напряжение на выходе компенсационного моста.
Конденсатор 10 соединен с неинвер— тированным входом второго усилителя 11 и подключается при этом через ключ 19 к выходу второго усилителя 11, инвертированный вход которого соединен с выходом усилителей 3 и 11, неинвертированные входы усилителей 3
39413
2 и 1! подключены череез ключи 18 и 40 соответственно к общей точке. В результате конденсатор 10 заряжается до напряжения
, )Р, + .. Р2, (2)
Где U 2 — напряжение HB конденсаторе 10; напряжение дрейфа Оп пер—
) 1
10 вого усилителя;
Ц р2 — напряжение дрейфа 0 второго усилителя.
Во втором такте измерения по сигналу 25 с блока 23 управления вклю15 чаются ключи 17 и 39, а все остальные отключаются, в результате конденсатор 9 через ключ 17 подключается к неинвертированному входу усилителя 3, а конденсатор 10 через ключ 39 — к
20 неинвертированному входу усилителя 11, инвертированный вход которого соединен с выходом усилителя 3, при этом на выходе усилителя 11 формиру— ется напряжение
25 U, 13„К„К + U<> +
+ 13 Р2 .1с2 (3) где К и К вЂ” соответственно коэффи2 циенты передачи усилителей 3 и 11, которые
30 определяются по формулам
К, = (--- + 1); К = --, (4)
Rzi Рэ 2О R37
R» ления в цепи отрицательной обратной связи усилителей 3 и ll соответственно.
Подставив значения U„, К, К2 и
U, из формул (1), (2) и (4, в форму40 лу (3) получаем соотношение вых= (ЭДС + 1 вмп) (+1 ) ъ
20 Ъ7 в котором отсутствует аддитивная составляющая погрешности измерения, вносимая дрейфом усилителей 3 и 11.
Результат записи на регистраторе при этом определяется соотношением где И„ — показание на регистраторе;
ЭДС+П
К вЂ” общий коэффициент передачи
06Ц измерительного тракта.
Для исключения мул ьтипликативной составляющей погрешности, вносимой изменением коэффициента передачи измерительного тракта, устройство ка— либруется в четыре такта по командам 26 и 27, выдаваемым с блока 23 управления. При этом в первом такте
1339413
15 калибровки включаются ключи 12, 1416, 18, 19 и 40, а ключ 13 по сигналу 26 через элемент И 31 отключается, в результате конденсатор 9 заря— жается до напряжения
Uñ, „, = ЭЛС вЂ” Uo, (7) где U — напряжение на конденсато— с к< р е 9 в первом такте к алибро вки; !О
ЭДС вЂ” сигнал термопары;
U — напряжение на опорном рео зисторе компенсационного моста, а конденсатор 10 заряжается до напряжения, определяемого по формуле (2). Во втором такте калибровки включаются ключи 17 и 39, а все остальные отключаются, и напряжение на выходе усилителя 11, определяемое по 2р формуле (3), имеет значение
U = (ЭДС-U )(--1 + !) — " (8) ьь х о Б
zo
З7
Одновременно на выходе нуль-органа 22 определяется знак выходного 25 напряжения, если на его выходе появляется сигнал логическая "1", что соответствует знаку "+, то открывается элемент И 33 и триггер 35, сигнал с которого в третьем такте калибровки 30 через элементы 28 и 30 отключается ключ 12, при этом ключи 13-16, 18, 19 и 40 включены, в результате конденсатор 9 заряжается до напряжения
U „= ЭДС, (9) 3 где Uo,x3- напряжение на конденсаторе 9 в третьем такте калибровки, а конденсатор 10 при этом заряжается до напряжения, определяемого по формуле (2). В четвертом такте калибровки 4О ключи находятся в том же состоянии, как во втором такте, т.е. включены ключи 17 и 39, а все остальные отключены. Тогда напряжение на выходе усилителя 11 в четвертом такте калиб- 45 ровки с учетом формулы (3) имеет величину — ЭДС (--- + 1) --- . (10)
В г1
- 1 08
Rzо Raz
Разность выходных напряжений, по- 50 лученных во втором и четвертом тактах калибровки и вычисленных по формулам (8) и (10), составляет величину, определяемую по формуле
Ц = U, (Л1 + 1), лй (11) 55
Б20
37 где U — напряжение на опорном резисторе R,,определяемое по формуле имеет величину (ЭДС + U „х,, + U ) (- - +! )"
Н
R3a
x--R37 (16) Разность выходных напряжений, полученных по формулам (16) и (5), составляет величину, определяемую по формуле (11), т.е. независимо от знака калибровочного напряжения, полученного во втором такте, калибровочный перепад напряжения остается постоянным в том и другом случаях, определяемом напряжением по формуле (12), а результат измерения определяНо
U (12) где F. — напряжение стабилизированного источника, включенного в диагональ моста;
R — сопротивление образцового ре0БР зистора, включенного в другое плечо моста, смежное с опорным резистором, а результат записи на регистраторе при этом определяется соотношением
О ОБ о
N„ откуда определяем К = —, подставОБА ляем его в формулу (6) и получаем значение измеряемой величины х (14) о
Если на выходе нуль-органа 22 появляется логический "0", то элемент
И 33 не открывается и триггер 35 остается в закрытом состоянии, а сигнал с его инверсного выхода в третьем такте через элементы 29 и 32 выключает ключ 14, при этом ключи 12
13, 15, 16, 18, 19 и 40 включены, в результате конденсатор 9 заряжается до напряжения
Ос(к3 = ЭДС + иком1!+ 1-1с х где U — напряжение на конденсатос1 К3 ре 9 в третьем такте калибровки;
UKo „ — напряжение на выходе компенсационного моста; — напряжение на втором резисторе.
Напряжение на втором конденсаторе 10 определяется по формуле (2). В четвертом такте калибровки ключи 17 и 39 включаются, все остальные отключаются и напряжение на выходе усилителя 11 в соответствии с формулой (3) 5 13394 (! tñH по формуле (14) и не зависит от коэффициента передачи измерительного тракта, а следовательно, не имеет мультипликативную составляющую по5 грешности. Точность измерения согласно формуле (14) определяется стабильностью опорного напряжения U a так как эта величина согласно формуле (12) является мерой образцовой, то и результат измерения имеет соответственно высокую точность измерения.
Формула изобретения 15
Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, измерительный усилитель, компенсатор температуры свободных концов термоэлектрического 2р преобразователя, выполненньгй в виде четырехплечего резистивного моста с термометром сопротивления в одном из его плеч, включенного последовательно своей измерительной диагональю 25 с термоэлектрическим преобразователем, стабилизированный источник напряжения, подключенный к питающей диагонали резистивного моста., и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я зп тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены два конденсатора, второй измерительный усилитель, десять управляемых электронных ключей, нуль-орган, два логических элемента И-НЕ, четыре логических элемента И, инвертор, ББ-триггер и блок управления, при этом первый электронный ключ включен в диагональ моста последовательно с источником стабилизированного напряжения, второй и третий электронные ключи включены по одному последовательно с резисторами моста в его симметричные относительно питающей диагонали плечи 45 один из конденсаторов подключен через четвертый и пятый электронные ключи параллельно цепи последователь— но соединенных термоэлектрического преобразователя и компенсатора темпе- 5 ратуры его свободных концов и через шестой электронный ключ подключен к неинвертирующему входу первого измерительного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с его выходом через резистивный делитель напряжения, а его неинвертирующий вход соединен через седьмой электронный
13 б ключ с общей шиной устройства, второй измерительный усилитель выполнен по дифференциальной схеме и подключен своим инвертирующим входом через резистор цепи его отрицательной обратной связи к выходу первого измерительного усилителя, второй конденсатор подключен через восьмой электронный ключ к выходу второго измерительного усилителя и через девятый электронный ключ — к его неинвертирующему входу, который через десятый электронный ключ соединен с общей шиной устройства, нуль-орган своим входом включен на выходе второго измерительного усилителя, одни входы первого, второго и третьего логических элементов И подключены к первому выходу блока управления, соединенному с управляющими входами четвертого, пятого, седьмого, восьмого и десятого электронных ключей, второй выход блока управления соединен с управляющими входами шестого и девятого электронных ключей и первым входом четвертого логического элемента И, выходы первого, второго и третьего логических элементов И соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего электронных ключей, второй вход первого логического элемента И соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом BS-триггера, второй вход второго логического элемента И соединен с третьим выходом блока управления,второй вход третьего логического элемента И соединен с выходом второго логического элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера, вторые входы логических элементов И-НЕ соединены с четвертым выходом блока управления, второй вход четвертого логического зле— мента И подключен к выходу нуль †органа, а его выход соединен с S-входом
RS-триггера, Н-вход которого через инвертор подключен к третьему выходу блока управления, первый вход регистратора подключен к выходу второго измерительного усилителя, второй вход к второму выходу блока управления, а третий и четвертый входы регистратора подключены к выходам первого и второго логических. элементов И-НЕ соответственно.