СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 2002 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике.

Известен способ измерения температуры путем помещения спая двух электродов из разнородных металлов в контролируемую среду и измерения разности потенциалов между электродами [1] . Недостатком данного способа измерений является недостаточная чувствительность устройств, реализующих данный способ измерения температуры.

Известен способ измерения температуры путем помещения в контролируемую среду терморезистора и измерения его электрического сопротивления [2]. Недостатком данного способа измерения является отсутствие выходного сигнала в форме интервалов времени, удобной для обработки информации на микропроцессорной технике.

В качестве прототипа выбран способ измерений температуры путем помещения терморезистора в контролируемую среду, подачи на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, импульса напряжения и регистрации интервала времени сдвига в появлении одинаковых характеристик входных и выходных сигналов электрической цепи [3].

Недостатком данного технического решения является то обстоятельство, что при наличии временного интервала отсчета время между соседними измерениями не может быть меньше времени переходного процесса в электрической цели, что обуславливает большую инерционность при измерениях. Действительно, при регистрации временного интервала задержки выходного сигнала по отношению к входному сигнала, поступающему на вход электрической цепи, обязательным условием является изменение сигналов с нулевого уровня. Следовательно, после проведения измерения температуры (измерение временного интервала) необходимо ждать время установления нулевого сигнала, которое не может быть меньше времени переходного процесса в измерительной системе, обуславливая инерционность при измерениях и, как следствие, значительные динамические погрешности, т.к. интервал времени между соседними моментами измерения температуры не может быть меньше времени переходного процесса в измерительной системе.

Целью изобретения является снижение инерционности измерений температуры при регистрации выходных характеристик сигналов в виде временных интервалов, а также повышение точности и быстродействия измерения температуры.

Данная цель достигается за счет того, что в способе измерения температуры путем помещения терморезистора в контролируемую среду, подачи импульса напряжения на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, и регистрации интервала времени, на вход электрической цепи подают прямоугольный импульс напряжения, прерывают действие импульса при изменении выходного сигнала электрической цепи в течение фиксированного интервала времени от фиксированного уровня выходного сигнала, возобновляют подачу входного импульса в течение фиксированного интервала времени при достижении значения выходного сигнала фиксированного уровня и регистрируют интервал времени между моментами снятия и подачи входного импульса.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, реализующего предложенный способ измерения температуры, на фиг. 2 - диаграммы изменений входных и выходных сигналов электрической цепи.

Терморезистор 1 составляет с конденсатором 2 емкостью С электрическую цепь, вход которой соединен с ключом 3, а цепь управления ключа 3 соединена с выходом электрической цепи, U₁ - входной сигнал, U₂ - выходной сигнал.

Работа устройства, реализующего предложенный способ измерения температуры, осуществляется следующим образом.

При скачкообразном изменении входного сигнала U₁, например напряжения от нуля до значения U₀ (см. фиг.2), выходной сигнал U₂ изменяется с запаздыванием по отношению к входному сигналу, зависящему от постоянной времени τ цепи
τ = 1/R_TC, (1)
а следовательно, как видно из соотношения (1), и от величины электрического сопротивления R_т терморезистора 1. Постоянная времени τ определяет скорость изменения выходного сигнала электрической цепи при скачкообразном изменении входного сигнала U₁ (время изменения выходного сигнала до своего установившегося значения). При этом влияние значения постоянной времени τ на скорость изменения выходного сигнала U₂ (на крутизну кривой переходного процесса) равноценно как на участках нарастания выходного сигнала, так и на участках его уменьшения (спада) при снятии входного сигнала U₁. Нарастание выходного сигнала U₁ при импульсном действии входного сигнала электрической цепи с амплитудой U₀ продолжается до тех пор, пока после достижения фиксированного значения U₂ не истечет интервал времени t₁. При истечении интервала времени t₁ (см фиг.2) с входа электрической цепи импульсное воздействие снимается размыканием ключа 3 при воздействии на его цепь управления выходного сигнала. Выходной сигнал U₂ начинает уменьшаться. При достижении выходным сигналом значения U'₂ ключ 3 снова замыкается, подавая импульсное воздействие на вход электрической цепи.

На выходе электрической цепи снова начинает нарастать выходной сигнал, начиная с уровня U'₂, в течение фиксированного интервала времени t₁, после чего снова размыкаются контакты ключа 3, снимается импульсное входное воздействие, и выходной сигнал уменьшается до уровня U'₂, после чего цикл подачи импульсного воздействия на вход электрической цепи повторяется.

Значению контролируемой температуры Т соответствует значение электрического сопротивления R_т терморезистора 1, помещаемого в контролируемую среду. Значение постоянной времени τ, функционально связанное с R_т, определяет крутизну кривой изменения выходного сигнала электрической цепи на участках нарастания и спада при наличии и отсутствии импульсного входного воздействия. Является очевидным, что временные интервалы t'₂ и t''₂, а при условии t₁ - const, и длительность t₀ импульса выходного сигнала функционально связаны со значением постоянной времени τ, а следовательно, и со значением контролируемой температуры Т, т.е.

t₂'=F₁(T), t''₂=F₂(T), t₀=F₃(T). (2)
Выделение информации о температуре Т контролируемой среды по значению временных интервалов t₂ и t₀ обеспечивает эффективную обработку информации с помощью микропроцессорной техники, т. к. существенно снижается сложность аналого-цифровых устройств ввода информации в ЭВМ.

Одновременно следует иметь в виду, что при регистрации временных интервалов t₂ и t₀ не следует ждать окончания переходных процессов в измерительной системе, т.к. импульс на выходе электрической цепи формируется из ограниченных участков кривой переходного процесса и его длительность всегда может быть обеспечена существенно меньше результирующей длительности переходного процесса в измерительной системе путем выбора режима коммутации (длительность t₁ - const, уровень U'₂) выходного сигнала.

Таким образом, формирование выходного измерительного импульса из ограниченных участков кривой переходного процесса в измерительной системе с регистрацией временных интервалов изменения составляющих выходного измерительного импульса позволило снизить инерционность измерений (уменьшить время между соседними измерениями температуры) при выделении информации о контролируемой температуре по значениям временных интервалов. Это позволяет эффективно измерять более быстро протекающие температурные изменения в контролируемых потоках (средах) и обрабатывать весь поток информации на ЭВМ, повысить точность, быстродействие, а также расширить область применения информационных измерительных систем.

Техническая реализация способа требует применения известных технических средств и технологий реализации отдельных операций.

Ориентировочные сроки внедрения способа измерения температуры в производство 2-3 месяца.

Имеются аналитические и экспериментальные результаты, позволяющие обоснованно выбирать параметры и режимы работы технических устройств, реализующих предложенный способ.

Источники информации
1. Топерверх Н.И., Шерман М.Я. Теплотехнические измерительные и регулирующие приборы, М., Металлургия, 1966, с.32.

2. Топерверх И.И., Шерман М.Я. Теплотехнические измерительные и регулирующие приборы. М., Металлургия, 1966, с.21.

3. Авторское свидетельство 777:85, СССР, МКИ G 01 Р 5/12,1980 - прототип.

Способ измерения температуры относится к измерительной технике и может быть использован при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике. Целью изобретения является снижение инерционности измерений температуры при регистрации выходных характеристик сигналов в виде временных интервалов. Для этого в способе измерения температуры путем помещения терморезистора в контролируемую среду, подачи импульса напряжения на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, и регистрации интервала времени, на вход электрической цепи подают прямоугольный импульс напряжения, не вызывающий разогрева терморезистора, прерывают действие импульса при изменении выходного сигнала электрической цепи в течение фиксированного интервала времени от фиксированного уровня выходного сигнала, возобновляют подачу импульса в течение фиксированного интервала времени при достижении значения выходного сигнала фиксированного уровня и регистрируют интервал времени между моментами снятия и подачи входного импульса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения температуры путем подачи импульса напряжения на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, и регистрации интервала времени, отличающийся тем, что на вход электрической цепи подают прямоугольный импульс напряжения, прерывают действие импульса при изменении выходного сигнала электрической цепи в течение фиксированного интервала времени от фиксированного уровня выходного сигнала, возобновляют подачу входного импульса в течение фиксированного интервала времени при достижении значения выходного сигнала фиксированного уровня и регистрируют интервал времени между моментами снятия и подачи входного импульса. 2. Способ измерения температуры по п. 1, отличающийся тем, что регистрируют интервал времени между моментами подачи входных импульсов.