Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскмк

Социалистичаскик

Республик

< 800687 ф"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 220578 (21) 2642204/18-10 с присоединением заявки ¹ 5»W. Кл.з

G 01 К 7/ОО

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300131. Бюллетень N9 4

Дата опубликования описания 300181 (53) УДК 5З8,5Э (088.8) (72) Авторы изобретения

Н.И. Грибок, В.И. Зорий и В.И. Пуцыло с

k с 4 (еа уут * "

4 (71) Заявитель

Львовский ордена Ленина политехнический и (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры, содержащим термометр сопротивления и термоэлектрический термометр с двухпроводной линией связи.

Известно устройство для измерения температуры при двухпроводном подсоединении .термометра сопротивления, содержащее эталонный резистор и диоды, расположенные в непосредственной близости от термометра сопротивления, интегратор, преобразователь напряжения во временной интервал и генератор импульсов (11.

Недостатком этого. устройства является низкая точность измерения температуры.

Наиболее близким к предлагаемому 2Q по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, источник опорного напряжения, первый вывод которого через линию 25 связи соединен с первым выводом эталонного резистора, интегратор, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход через селектор, подключенный к генератору импульсов, 3п соединен с блоком вычисления,,второй источник опорного напряжения, соединенный с переключателем, первый и второй ключи, блок управления, соединенный с первым ключом, переключателем, блоком вычисления 2).

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения температуры, а. кроме того, устройство обладает узкими функциональными возможностями, так как не позволяет работать с различными типами датчиков, т.е. с термометром сопротивления и термоэлектрическим термометром.

Цель изобретения — повышение точности измерения при расширении функциональных возможностей при подсоединении термометров с помощью двухпроводной линии связи.

Поставленная цель достигается тем, что параллельно термометру сопротивления включен второй ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управляющего элемента, первый вывод эталонного резистора соединен с общей шиной, его второй вывод под- ключен ко входу первого ключа, второй вход которого соединен с общей

800687 шиной, а ныход соединен с первым выводом источника опорного напряжения.

Кроме того, в него ннеден термоэлектрический термометр, соединенный с переключателем полярности, выходы которого соединены соответственно со вторым выводом источника опорного напряжения и входом переключателя, а управляющий вход соединен с блоком управления.

На чертеже приведена схема устрой ства.

Устройство для измерения температуры содержит термометр 1 сопротивления, выводы которого соединены с первым ключом 2, управляющий элемент 3 (схему управления первым ключом, например электромагнитное реле) ! двухпроводную линию связи, обозначенную на чертеже сопротивлениями 4 и

5, образцовый резистор 6, второй клю

7, источник 8 опорного напряжения, термоэлектрический термометр 9, переключатель 10 полярности, второй источник 11 опорного напряжения, переключатель 12, интегратор 13, блок 14 управления, сслектор 15, генератор 16 импульсов, блок вычисления, включающий н себя счетчик 17 управления, схему 18 совпадения, логическую схему 19, ренерсинный счет чик 20, счетчик 21 результата и схему 22 перезаписи, блок 23 цифрового отсчета.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства сигналы с блока 14 управления переводят ключ 7 в положение 7., переключатель

12 в положение III и устанавливают на выходе источника 8 опорного напряжения напряжение Е величина которого, меньше величины напряжения необходимой для срабатывания элемента 3 управления и соответственно замыкания контактов ключа 2 закорачивающих выводы термометра сопротивления.

При этом напряжение на входе интегратора равно величине

U ?4(КВ л + RB) (1} где I — величина тока в цепи термометра, R — сопротивление термометра 1; суммарное сопротивление л проводов линии связи „

R — внутреннее сопротивление элемента управления.

Это напряжение интегрируется в течении интервала времени Т, длительность которого выбираетСя равной периоду помехи нормального вида действующей в линии и задается блохом управления посредством выделения периода помехи или периода напряже.ния сети питания устройства. В коне интервала времени Т (после перaoro такта интегрирования) на выходе интегратора возникает напряжение

Uq К (Iq (R Ra Й ) dt

Кт (R + RÄ R ), (2) где К вЂ” постоянный коэффициент, После окончания первого такта интегрирования сигнал с блока упранлЕния переводит переключатель 12 в положение J1.; При этом ко входу интегратора прикладывается напряжение

U> = I Ra, снимаемое с образцового резистора 6 (с величиной сопротивления R0 ) противоположной полярности к напряжению U, Это.напряжение интегрируется в течении времени с2, пока интегратор не возвратится в исходное состояние, т.е. пока не выполниться равенство

1 ко ) и К ? Rotg(5) ,При этом оказ «вается (учитывая (1) ), что интервал времени t> равен

20 величине (4)

B момент возвращения интегратора н исходное состояние, сигналы с блока управления переводят переключатель

12 н положение III и устанавливают на выходе источника S опорного напря>кения напряжение такой величины, чтобы сработал элемент 3 управления и соответственно замкнулись контакты ключа 2, закорачивающие выводы термометра 1 сопротивления.

При этом ко входу интегратора

З5 прикладывается напряжение равное величине (jÇ= I (Rл + RÂ). (5)

Это напряжение интегрируется в течении интервала времени Т. В результате интегрирования на выходе интегратора получаем

К Х т (й„ + R ) (6)

После окончанйя интегрирования

:сигнал блока 14 управления переводит переключатель 12 н положение II. .При этом ко нходу интегратора приклады" нается напряжение U4 I>R противоположной полярности к напряжению U >.

Это напряжение интегрируется в теgg чении интервала времени t4 до тех пор, пока интегратор не возвратиться в исходное состояние, т.е. не будет выполняться равенство

U = 04 = К f I Rat = 1 с, о (7)

При этом t4 оказывается равным величине (RA+ Ra) о

Из выражений (4) и (8) получаем

Р. =R -2 — — (9)

9 О Т т.е. результат измерения не зависиТ от параметрон линии связи, элемеи800687 тов управления и внутренних сопротивлений источника 8 опорного напряжения.

Блок 14 управления открывает селектор 15 для прохождения импульсов генератора 16 в первом, втором и

5 четвертом тактах соответственно на время T, 2 и 4.

В первом такте сигнал подается

H@ суммирующий вход счетчика 17, во втором такте на вычитающий вход

1реверсивного счетчика 20, в четвертом такте на его суммирующий вход через логическую схему 19. При этом в реверсивном счетчике зафиксируется код числа и - н {г t - ю с,), ()o) 15 где и 2» — и>>формационная емкость о счетчика 20, n - количество его двоичных разрядов, - частота следования им- 70 о пульсов. с

В управляющем счетчике 17 зафиксируется код числа о Т, (»)

После окончания четырех тактов интегрирования ключ 7. переводится в положение $I, а переключатель 12 в положение EV, и в устройстве осуществляется цифровая обработка результата. Селектор 15 открывается сигналом блока управления для прохождения импульсов с генератора 16 на вход счетчика 21 результата до момента перехода через нуль реверсивного счетчика 20. Счетчики 17 и 21 совместно с группой схем совпадения и З5 логической схемой 20 образуют двоичный умножитель частоты. Логическая схема 19 представляет собой исключающее ИЛИ, В первом такте цифровой .обработки селектор закрыт по входу 40 логической схемы 19 и она выполняет функцию обычной собирательной схемы. Поэтому если на вход счетчика

21 поступают импульсы с частотой Г то частота следования импульсов на суммирующем входе реверсивного счетчика 20 равна î

% = ЙМ„ ({6) 1=1

Мл р Н

U„„ ."r "— " (Е;Е )аа=К ц" (; }т, Цт> с> Е бО

Селектор 15 открыт в первом такте о бработки результата измерения на протяжении времени с, определяемог о из равенства

% 4 — =N-N. (13)

Яр я. 4

При этом момент с фиксируется сигналом с выхода реверсивного счетчика 20 в момент перехода последнего в нулевое состояние.

При этом на вход счетчика 21 результата в первом такте обработки результата поступит число импульсов

H=f t,--N

2 4 (и) о о

Подставив в (9) значения Т, 12и с учетом равенства (14) имеем

Для компенсации начального сопроо тивления термометра Рн при 0 С перед началом измерения в счетчик 21 заносится дополнительный код числа, М, пропорциональный значению этого сопротивления.

Поэтому в счетчике 21 зафиксируется код числа

При линейной зависимости сопротив« ления термометра от температуры (на-, пример, медные термометры сопротивления) код числа счетчика 21 прямо пропорционален измеряемой температуре.

В случае если функция преобразования термометра описывается полиномом второй степени, является нелинейной, {например, платиновые термометры сопротивления), дополнительный код числа счетчика 21 по сигналу с бл.>ка управления посредством схемы перезаписи 22 записывается в реверсивный счетчик 20, а счетчики

17 и 21 устанавливаются в состояние нуля, далее, как и в известном, осуществляется процесс линеаризации уравнения измерения.

Измерение температуры посредством термоэлектрического термометра осуществляется следующим образом.

После четырех тактов интегрирования сигналы с блока управления переводят ключ в положение TI, переключатель 12 в положение TV, а переключатель 10 полярности в положение соответствующее такой полярности, при которой ко входу интегратора 13 прикладывается напряжение

"эхq = E + Eв, где Š— выходное напряжение источо ника 8 опорного напряжения, E — выходная термо-ЭДС термол>> электрического термометра 9.

В результате интегрирования напряхсения 0„„линтегратором 13 за время

Т, длительность с которого выбирается равной периоду помехи, на выходе интегратора получается напряжение ьх8п +RT +йв

R — входное сопротивление инsy тегратора, R — сопротивление термоэлектриТ ческого термометра.

После окончания времени Т блок 14 управления переводит переключатель 12 в положение I, подключая ко входу

800687 с

+Е О9) о e: R onÒ

B момент возвращения интегратора в исходное состояние сигналы блока управления переводят переключатель

12 в положение, соответствующее входному напряжению интегратора U „ = 20

Eo - Ед.

Это напряжение интегрируется интегратором, как и в первом такте, за время Т, длительность которого выбирается равной периоду помехи.

В момент окончания длительности интервала Т напряжение на выходе интегратора равно величине

11г М4

0 No т к

NZ- На

Ф.=

"г - 4

"=%о ="О „N

"г+ 1 14 (гав) 50

Е -E = U о g R оп Т (26) в 1«о N2 Ма N0 т.е. результат измерения не зависит от параметров линии связи, входного сопротивления интегратора, внутренних сопротивлений термоэлектрического термометра и источника опорного напряжения, а определяется только точностью выходного напряжения Е источника 8 опорного напряжения.

Если функция преобразования термоэлектрического термометра нелинейна и описывается полиномом второй степени, то устройство осуществляет лианеризацию результата измерения, г 4

Е =Ео « + интегратора выходное напряжение 00 источника 11 опорного напряжения, противоположной полярйости напряже«ию U, Напряжение U интегрируется до момента времени возвращения интегратора 13 в исходное состояние, т.е.

1г ъ Х4 .Usblx 2 КJU а Ко (18), ОП где 1г - длительносгь второго такта интегрирования.

Приравнивая (17) и (18) получаем и блок управления переводит переключатель 12 в положение I подключая ко входу интегратора напряжение

U источника 11 опорного напряжеоп ния, противоположной полярности к напряжению U z

Напряжение Uon интегрируется до момента возвращения интегратора в исходное состояние, т.е, до выполнения равенства где с - длительность четвертого

4 такта интегрирования.

Приравнивая (20) и (21) получим

Разделив (19) на (22), имеем: т.е. точность измерения определяется точностью источника 8 опорного напряжения и не зависит от неинформа- фо тивных параметров линии связи, входного сопротивления интегратора, внутренних сопротивлений термоэлектрического термометра и источника опорного напряжения.

Блок 14 управления открывает селектор 15 для прохождения импульсов генератора 16 во втором такте интегрирования на вход счетчика 17 и вычитающий вход реверсивного счетчика

20. При этом в счетчике 17 зафиксируется код числа йг = fp tг, а в ре версивном счетчике 20 — и = No- Мг, На время t4 четвертого такта интегрирования блок управления открывает селектор для прохождения импульсов на счетчик 17 и через логическую схему 19 на суммирующий вход реверсивного счетчика 20. При этом в счетчике 17 зафиксируется код числа

N 2+ Н4 fo(t z + 4) а в реверсивном счетчике код числа

НО (2 " N+) No

fo(t г ta) (25)

После окончания четырех тактов интегрирования в устройстве осуществляется цифровая обработка результатов. При этом сигнал блока управления открывает селектор для прохождения импульсов на вход счетчика 21 результата. На выходе логической схемы 19 имеем последовательность импульсов с частотой следования

С приходом на суммирующий вход счетчика 20 числа импульсов N - N4 с частотой f он переходит в нулевое состояние, вследствие чего закрывает селектор 15 для прохождения импульсов на вход счетчика 21.

Таким образом, счетчик 21 находится в открытом состоянии в течение интервала времени

За это время на вход счетчика 21 поступит число импульсов

-На основании (23) и с учетом (2 ) имеем

800687

На этом процесс измерения заканчивается. Схема возвращается в исходное состояние до прихода следующего импульса запуска.

Наличие новых связей в устройстве позволяет повысить точность измерения температуры, а введение переключателя полярности позволяет расширить функциональные возможности устройства, предусматривая его работу как с термометрами сопротивления, так и с термоэлектрическими термометрами без изменения структуры прибора.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с переключателем, а второй вывод через линию связи и управляющий элемент соединен с первым выводом термометра сопротивления, второй вывод которого через линию связи соединен с первым выводом эталон-. ного резистора, интегратор, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход через селектор, подключенный к генератору импульсов, соединен с блоком вычисления, второй источник опорного напряжения соединенный с переключателем, перви r u второй ключи, блок управления соедипенный с первым ключом, переключателем, блоком вычисления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, параллельно термометру сопротивления включен второй ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управляющего элемента, первый вывод эталонного резистора соединен с общей шиной, его второй вы,О вод подключен ко входу первого ключа, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первым выводом источника опорного напряжения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен термоэлектрический термометр, соединенный с переключателем полярности, выходы которого

Щ соединены соответственно со вторым выводом источника опорного напряжения и .входом переключателя, а управляющий вход соединен с блоком управ.ления.

25 .Источники информации, принятые Во внимание при Экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

ЗР 9 615367, кл. G 01 К 7/16, 29.04.76.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2484707/18-10, кл. G 01 K 7/16, 16.05.77.

800687

Составитель В. Кершков

Техред А. Ач Корректор О. Ковинская

Редактор В. Ковач

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

Заказ 10400/50 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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