Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Сециалистичаскик

Республик и>903714 (6l ) Дополнительное к авт. свми-ву (22) Заявлено 05.05.80(2l ) 2920272/18-10 с лрмсоедмменмеи заявим М (23 ) Приоритет

Опубликовано 07.02.82. Бюллетень Мв (51)М. К,в.

G 01 К 7/24

9вударстанай квинтет

CCCP ав йалан взвбратаквй в етауапмв (5З) УДК536.532 (088.8) Дат» опубликования. оммсаммя 09.02.82 (72) Автор изобретения

В. И. Зорий

Львовский ордена Ленина политехнический инст ут им. Ленинского комсомопа (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при построении цифровых измерителей температуры, содержащих термометры сопротивления и термоэлектрические термометры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее первичный преобразователь температуры, включенный в измерительную схему, состоящую из блока сравнения, генератора лннеййой развертки, цифрового отсчетного устройства, при этом между термопарой и блоком сравнения. введен сумматор, а между сумматором и генератором линейной развертки введен квадратичный преобразователь j Ц .

Однако это устройство характеризуеч ся недостаточной точностью измерения из-за наличия в схеме квадратического преобразователя, который обычно реализируется с использованием активного интегратора, что приводит к снижению точности в связи с входным дрейфом последнего.

Наиболее близким по технической сутпиости и достигаемому результату к пред лагаемому изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, подключенный выходом к одному нз входов блока сравнения, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, другой вход которого связан с выходом генератора опорной частоты, а выход подключен ко входу счетчика импульсов, соединенного своим выходом со входом блока пиррово, го отсчета, второй ключ, источник опор ного напряжения, ИС-цепочка, общая точка которой соединена со вторым вхо» дом блока сравнения и блок управлениь-, соответствующий выход которого соединен с управляющим входом первого н второго ключей (23.

Недостатком этого устройства является, то, что оно может работать с первичными измерительными преобразователями температуры, функции преоб3 9037 риювания которых монотонно-убывающие и неработоспособно с первичными преобразователями, функции преобразования которых монотонно-возрастающие.

Цель изобретения — расширение функ циональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, подключенный выходом к одному >6 из входов блока сравнения, вход которого соединен с одним из входов первого ключа, другой вход которого связан с генератором опорной частоты, а выход подключен ко входу счетчика импульсов, соединенного своим выходом со входом блока цифрового отсчета, второй ключ, источник опорного напряжения, RC-цепочка общая точка которой соединена со вторым входом блока сравнения и блок управле- © ния, соответствующий выход которого соединен с управляющим входом первого и второго ключей, дополнительно введены второй источник опорного напряжения, трв. тий ключ и двухполюсный переключатель с нейтральным положением, подвижные контакты которого соединены с выводами

РС-цепочки и контактами второго ключа, а одни неподвижные контакты связаны с выходом первого источника опорного напряжения, другие неподвижные койтакты соединены с подвижным контактом третьего ключа, к двум неподвижным контактам которого подключены соответственно выход второго источника опорного напря И жения и общая нина, а дополнительные выходы блока управления связаны с упра вляющими входами двухполюсного переключателя и третьего ключа.

40 . На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — зависимости измерительного преобразователя температуры; а — с монотонно-убывающей функцией, о - с мо нотонно-возврастаюшей функцией.

Схема содержит первичный измерйтель-. ный преобразователь 1 температуры, блок 2 сравнения, первый ключ 3, генера« тор 4 опорной частоты, счетчик 5 импульсов, блок 6 цифрового отсчета, блок

7 управления, первый источник 8 опорного напряжения, двухполюсный переключатель 9 с нейтральным положением, ЯСцепочка 10, второй ключ ll, второй источник 12 опорного напряжения, третий ключ 13.

Устройство работает следующим образом, 14 . 4

Выходное напряжение первичного измерительного преобразователя 1 темпе-, ратуры подается на один иэ входов бло ка 2 сравнения устройства. Причем, если функция преобразования первичного преобразователя 1 температуры имеет вид, изображенный на фиг. 2 Й, то ее с достаточной точностью („ 0,05%) можно аппроксимировать выражением вида

От = A, + А„(1- z "e ) (1) где А о, А» и cC - постоянные коэффициенты.

При этом управляюшие сигналы блока 7 управления открывают первый ключ

3, второй ключ 11 размыкают, двухполюсный переключатель замыкают в положение Х, а третий ключ 13 замыкают в положение, соответствующее подключению обшей шины. Через открытый ключ 3 им пульсы от генератора опорной частоты 4 поступают на вход счетчика 5 импульсов.

С момента начала цикла измерения происходит заряд емкости RC-цепочки 10 от первого источника 8 опорного напряжем ния и на другой вход блока 2 сравнения поступает напряжение (фиг. 2 ф ), снимаемое с емкости ЯС-цепочки

0 = u (< е Т) (2) я где U - выходное напряжение первого источника 8 опорного напряжения;

1 Ъ

- постоянная времени RC-цепочки 10; — интервал времени от начала цикла измерения.

В момент, когда напряжение Up снимаемое с емкости QC-цепочки, сравняется с напряжением (3)

0 = А„(1-е )

4 (начальное смешение A компенсировано на выходе первичного преобразователя любым известным способом) с выхода первичного измерительного преобразователя 1 температуры, выходной сигнал блока 2 сравнения закрывает первый ключ 3. и поступление импульсов от генератора 4 опорной частоты на вход счетчика

5 импульсов прекращаежя. В этот мо мент двухполюсиый переключатель 9 переводится в нейтральное положение, а второй ключ 11 замыкается и происходит разряд емкости РС-цепочки.

Интервал времени t от начала иэ мерения до момента равенства иапряже5 9037 ний Ut, и U будет пропорционален измеряемой температуре 9, т.е.

4 = К9, (4)(7) и- „-<. кЕ (10) где К - коэффициент пропорциональности, а в счетчике импульсов 5 зафиксируется код числа

Vð U1е Ф uà (1 1)

t, а ) где а - частота импульсов генврато ра 4 опорной частоты.

Результат измерения индицируется на блоке 6 цифрового отсчета.

Затем цикл измерения повторяется.

Для подтверждения справедливости уравнении (10), приравняем в момент напряжения Ut u Up т.е. уравнения (8) и (9), но предварительно уравнение (9) запишем в виде

N=1аП,4=4 (t„àê ) Kfo8 где t „„- момент времени, в который

Ор достигает ноля (р О). где К - коэффициент пропорциональности, а в счетчике 5 импульсов эафиксируется код числа б н =y.<**,e, (5)

<о где - частота импульсов генератора 4 опорной частоты.

Результат измерения индицируется яа блоке 6 цифрового отсчета. Затем цикл измерения повторяется.

Для подтверждении справедливости уравнения (4), приравниваем уравнения (2) и (3) о -u

-Ав

4„И-e ) =u4(4-е 7) (6) ?о

Выполняя равенство U< получим

g (gQ = КО

4Ъ ?5 где К что и требовалось доказать.

Если функции преобразования первичного преобразователя 1 температуры имеет вид, изображенный на фиг. 2, то зе ее можно с достаточной точностью („< 0,.05%) аппроксимировать выражением вида в

Ог*-4, + +А е, - (8) где Aå oА1 и < — постоянные ко35 эффициенты.

Как и в предыдущем случае это напряженйе с выхода первичного измерительного преобразователя l температуры пода о .ется на один иэ входов блока 2 сравнения.

В начале цикла измерения управляющие сигналы блока 7 управления закрывают первый ключ 3, второй ключ 11 размы- е5 кают, двухполюсный переключатель замыкают в положение П, а третий ключ 13 замыкают в положение, соответствующее, подключению выхода второго источника

12 опорного напряжения. 50

При этом происходит заряд емкости

RC-цепочки 10 от первого 8 и второго

12 источников опорных напряжений, причем полярность первого источника 8 опор-55 ного напряжения положительна, а второго источника 12 - отрицательна. Напряжение, поступающее на второй вход блока

14 6

2 сравнения, снимается с резистора RCцепочки и имеет вип (фиг. 2 ? )

0ра 0 е -О? где О - выходное напряжение первого источника 8 опорного напряжения;

- выходное напряжение второго источника 12 опорного напряжения;

I.-=RG - постоянная времени ЯС»цепоч ки; — интервал времени от начала измерения.

В момент, когда напряжение Up снимаемое с резистора RC-цепочки 10, сравняется с выходным напряжением первичного измерительного преобразователя температуры, выходной сигнал блока

2 сравнения открывает первый ключ 3 и импульсы с выхода генератора 4 опорной частоты поступают на вход счетчика 5 импульсов.

В моментt, когда Ор достига вт ноля (Ор = О), сигнал блока 7 упра вления закрывает первый ключ 3 И посту пление импульсов от генератора 4 опор ной частоты на вход счетчика 5 импульс сов прекращается.

В этот момент двухполюсный пере ибчатель 9 переводится в нейтральное по ! ложение, а второй ключ 11 замыкается и происходит разряд емкости RC-цепочки 10.

Интервап времени М .й,„ак - t (фиг. 2 з ) пропорционален измеряемой температуре 8, т.е. как и в цредыдул щем случае

9037

Таким образом. ц 9 tagged-t

-ao a,е О а — т -"а выполняя равенство

ЦА„и U А,, получим

Г S

t, 9 - K 9, .где К ТА что и требовалось доказать.

Фиксированный момен времени 11 д определим приравнивая уравнение (9} до нЬпя, т.е. U О.

Получим

1 ь откуда

0 с f5

Таким образом, введение дополнительного источника опорного напряжения, ключа н двухполюсного переключателя, значительно расширяет функциональные возможности устройства и обеспечивает его к0 работу с первичными измерительными преобразователями температуры с любой функцией преобразования монотонно-возрастающей или монотонно-убывающей, т.е. создано универсальное измерительное 25 устройство, которое может работать со всеми тинами стандартных термометров сопротивления и термоэлектрических тер мометров всех градуировок.

Формула изобрете ния

Устройство для измерения температу ры, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, подключен- З5 ный выходом к одному из входов блока сравнения, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, другой вход которого связан с генератором опорl4 8 ной частоты, а выход подключен ко входу счетчика импульсов, соединенного своим выходом со входом блока цифроsore отсчета, второй ключ, источник опорного напряжения, RC-цепочка, общая точка которой соединена со вторым входом блока сравнения и блок управления, соответствующий выход которого соединен с управляющим входом первого и второго ключей, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возмсикностей устройства, в него дополнительно введены второй источник опорного напряжения, третий ключ и дву»полюсный переключатель с нейтральным положением, подвижные контакты которого соединены с выводами 5С-цепочки и контактами второго ключа, а одни неподвиж ные контакты связаны с выходом первого источника опорного напряжения, другие неподвижные контакты соединены с по-движным контактом третьего ключа, к двум неподвижным контактам которого подключены сортветственно выход второго источника опорного напряжения и общая шина, причем донолнительные выходы блока управления связаны с управляющими входами двухполюсного переключателя и третьего ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 488092, кл. 6 01 К 7/02, 1973.

2. Зорий В. И., Полищук Е. С., Чайковский О. М. Метод проектирования цифровых измерителей температуры. - "Приборостроение» Известия syaos СССР.

1976, т. Х1Х, М7, с. 112-116 (прототип).

9037 14

Составитель H. Горшкова

Редактор Н. Рогулич Техред М. Надь Корректор С. Щомак

Заказ 100/23 Тираж 882 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113036, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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