Устройство для многоточечного измерения температуры Советский патент 1983 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано в устройствах для измерения температуры с помощью термометров сопротивления и термопар. Известно устройство для змepeния температуры, содержащее термометры сопротивления, ключи коммутатора, источник . тока,- сопротивление сравнения и измерительную цепь, выполненную в виде усилителя I. Недостатком этого устройства является его невысокая надежность в аварийных режимах работы-, связанная с возможностью попадания на вход усилителя.высокого напряжения питания источника тока при обрыве термометра сопротивления и выходом его из строя, и невозможностьавтомати.зации процесса измерения при работе устройства с различными типами датчи ков, в частности с термометрами сопротивления и термопарами, так как при измерениях с помощью термопар необходимо отключить источник, тока от термопары и подключить его к сопротивлению сравнения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для многоточечного измерения температуры, содержащее датчики тем пературы, подключенные через токовы ключи коммуматора к источнику тока и через потенциальные ключи коммутатора к одному из входов суммирующего усилителя, к другому входу ко торого подключено эталонное сопротивление и блок переключения, подкл ченный к управляющим входам ключей коммутатора, восемь ключей, при это первый ключ подключен к выходам токовых ключей коммутатора и к одному из полюсов источника тока, второй, третий и четвертый ключи подключены .к ограничительному сопротивлению и к выходам ключей коммутатора, пятый и шестой ключи .подключены к тому же полюсу источника тока и к общей точке суммирующего усилителя соответственно и к общей точке терм метров сопротивления, седьмой и восьмой ключи подключены к общей точке суммирующего усилителя и эталонного сопротивления соответственн и ко второму полюсу источника тока, .и блок управления, соединенный с управляющими входами всех ключей, со вторым полюсом источника тока и с блоком переключения каналов 2} Недостатками, этого устройства яв ляется его невысокая надежность при работе с длинным КаЬелем,соединяющи датчик с устройством, и низкое быст родействие „ Невысокая надежность этого устро ства связана с наличием распределен ной емкости между линиями связи тер мопар и общим проводом термометров сопротивления, которая к моменту формирования блоком управления импульса анализа типа подключенного датчика не успевает зарядиться, в результате чего на отрицательном полюсе источника тока не успевает сформироваться уровень логической единицы, и термопара определяется как термометр сопротивления. Источник тока не отключается от термопары, что делает неверным результат измерения. Увеличить же промежуток времени между подключением датчика к измерительной цепи и моментом формиров.ания импульса анализа типа подключенного датчика не представляется возможным, так как с увеличением времени анализа уменьшается время измерения, что еще более ухудшает быстродействие устройства, которое определяется тем, что анализ и измерение проводятся во времени последовательно и .на одном и том же канале и, следовательно, чем меньше время анализа, тем выше быстродействие устройства и наоборот. изобретения - -повышение быстродействия и надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для многоточечного измерения температуры, содержащее термометры сопротивления и термопары, трехполюсный коммутатор,; токовый полюс которого соединен с входом ключа, выход которого соединен с положительным полюсом источника тока,отрицательный полюс которого подключен к одному из входов блока управления и к выходам ключей, вход одного из которых соединен с потенциальным полюсом коммутатора, не связанного с входом токового полюса коммутатора, вход которого соединен с общей точкой термометров сопротивления, а управляющие входы обоих ключей соединены с выходами блока управления, блок переключения каналов, выходами соединенный с управляющими входами ключей коммутатора, и сопротивление сравнения, одним вьаводом соединенное с общей точкой термометров сопротивления, а вторым - с одним из входов суммирующего усилителя, введены дополни-. тельно трехполюсный коммутатор, блок переключения канешов, источник тока, а также двухканальный трехполюсной коммутатор второй ступени, генератор импульсов, делитель частоты и пять ключей, три из которых управлякяцими входгцйи соединены с выходами блока управления, входами.подключены к общей точке термометров сопротивления, а выходами соединены соответственно с отрицательным полюсом основного источника тока, с положительйым полюсом дополнительного источника тока и с входом суммирующего усилителя, четвертый входом прдклнэченный к токовому полю су дополнительного коммутатора, а в ходом - к положительному полюсу основного источника тока, пятый ключ, управляющий вход которого также прд ключен к выходу блока управления, своим входом соединенный с потенциа ным полюсом дополнительного коммута тора, а выходом - с отрицательным полюсом.основного источника тока, делит,ель частоты, инверсный и прямо выходы которого соединены соответст венно с входами основного и дополни тельного блоков переключения канало управляющими входами ключей второго и первого каналов коммутатора второй ступени, управляющими входами ключей, выходами подключенных к положи тельному полюсу основного источника тока, а входами - к токовым полюсам основного и дополнительного коммутаторов, генератор импульсов, выходом соединенный со счетным входом делителя частоты и с входом блока управления, при этом выходы, дополнительного блока переключения каналов соединены с управляющими входами ключей дополнительного коммутатора, а входы двухкансшьного трехполюсного коммутатора второй ступени подключены к соответствующим выходам полюсов основного и дополнительного коммутатора, а потенциальные выходы соединены с входами суммирующего усилителя, причем положительный полюс дополнительного источника, тока соединен с выходом токового полюса коммутатора второй ступени, а отрицательный полюс - с сопротивлением сравнения и с входом суммирующего усилителя На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для многоточечного измерения температуры. Устройство для многоточечного измеренйя темперaтsфы содержит термометры сопротивления 1 и термопары 2, подключенные.через основной 3 и дополнительный 4 коммутаторы к .соответ ствующим входам второго и первого каналов коммутатора второй ступени 5, выходы токовых полюсов которого 6 и 7 подключены к положительному полюсу дополнительного источника тока 8, а йыходы потенциальных полюсов 9 и 10 ко входам суммирующего усилителя 11, основной 12 и дополнительный 13 блоки пере ключения каналов, источник.тока 14 положительным полюсом подключенный через ключи 15 и 16 к выходам токовых полюсов основного 3 и дополнительного 4. коммутаторов, а отрицателышм полюсом подключенный к блоку управЛенин 17, через ключи 18 и 19 .к поЧ тенциальным полюсам основного 3 и дополнительного 4 коммутаторов, а через ключ 20 к сопротивлению сравнения 21 и ключам 22 и 23 своими выходами соединенным соответственно с дополнительным источником тока 8 и входом суммирующего усилителя 11, генератор импульсов 24, выход которого соединен со входами блока управления 17 и делителя частоты 25, выходы которого соединены со входами основного 12 и дополнительного 13 блоков переключения каналов, и с управляющими входами ключей коммутатора второй ступени 5 и ключей 15 и 16. Е5ЫХОДОМ устройства является аналоговый выход суммирующего усилителя 11 и кодовые выходы блока управления 17„ Устройство работает следующим образом, -, Изменение температуры воздействует на датчики температуры 1 и 2, вызывая изменение сопротивления термометров сопротивления или ЭДС термопары (Е,.) . Генератор, импульсов 24 вырабатывает импульсы, поступающие на вход делителя частоты 25 и на вход блока управления 17. Делитель частоты 25переключается по задним фронтам импульсов, поступающих с генератора 24. По переднему фронту импульса, поступающего с инверсного выхода делителя частоты 25, происходит переключение основного блока переключения каналов 12, ключей основного коммутатора 3, включение ключей второй ступени коммутатора 5 (7,9, 10) и ключа анализа 15, Таким образом к источнику тока 14 оказывается подключенный один из каналов основного коммутатора 3, а к суммирующему усилителю 11 один из каналов дополнительного коммутатора 4 и, следовательно, основной коммутатор 3 включается в режим анализа, а дополнительный коммутатор 4 в режим измерения. По задним фронтам каждого первого и второго импульсов, поступающих с генератора 24jблок управления 17 вырабатывает соответственно импульсы анализа целостности датчиковых цепей и анализа типа подключенного датчика, Педзвый импульс, поступающий с блока управления 17 и соответствующий анализу целостности датчиковой цепи, поступает на ключи 18 и 19 и открывает их, замыкая цепь источника тока 14, Ток протекает по следующей цепи: положительный полюс - ключ 15 токовый полюс основного коммутатора . 3 f- датчик температуры - потенциальный полюс основного коммутатора 3 ключ 18 - отрицательный псхлюс, В случае обрыва цепи датчика между полюсами источника тока 14 напря жение возрастает до уровня, соответствующего поступлению на вход блока управления 17 логической 1, и по переднему фронту второго импул са с генератора 24 на выходе блока управления 17 появляется сигнал, го ворящий о том, что цепь датчика обо вана. Второй импудьс, поступающий с блока управления 17 и соответствующий анализу типа подключенного датчика, закрывает ключи 18 и 19 и открывает ключ 20. В том случае, если к данному каналу основного коммутатора 3 подключен термометр сопротивления 1, цепь источника тока 14 замыкается следующим образом: положительный полюс - ключ 1 токовый полюс ОСНОВНОГО коммутатора 3 - датчик температуры - третий провод термометра сопротивления 1 ключ 20 -. отрицательный полюс. На отрицательном полюсе источника тока 14 появляется уровень напряжения, соответствующий логическому О.По переднему фронту следующего импульса с генератора тактовых импульсов 24 на выходе блока управления 17 Появляется сигнал, говорящий о том, что подключен термометр сопротивления. По заднему фронту этого импуль са происходит переключение делителя частоты 25 и выключение ключа 20. По переднему фронту импульса, посту пающего с прямого выхода делителя частоты 25, происходит переключение дополнительного блока переключения каналов 13, ключей дополнител ного комм татора 4, включение ключей второй ступени коммутатора 5 (б 9, 10) и ключа анализа -16. Таким образом, к источнику тока 14 оказывается подключенным один из каналов дополнительного коммутатора 4, а к суммирующему усилителю 11 один из каналов основного коммутатора 3, и, следовательно, дополнительный коммутатор 4 включается в режим анализа, а основной коммутатор 3 в режим измерения В режиме измерения через токовый полюс второй ступени коммутатора б и через токовый полюс основного коммутатора 3 к термометру сопротивления 1 подключается дополнительный источника тока 8, ток которого замыкается следующим образом: положительный полюс - токовый полюс коммутатора второй ступени б - токовый полис основного коммутатора 3 - термометр сопротивления 1 - общий провод термометров сопротивления - сопротивление сравнения 21 - отрицательный полюс, и на вход суммирующего усилителя 11 поступают напряжения U. и Uj ,, соответственно равные и, i(R +R); 1 -HRJ-P+RA) где и - напряжение на первом входе усилителя при подключении термометра сопротивления; и - напряжение на второмвходе усилителя при подключении термометра сопротивления; I - ток дополнительного источ; : ника тока; Rn - величина сопротивления дат чика; Rgp- величина сопротивления сравнения ; Яд- величина сопротивления одного провода линии f соединяющей датчик с коммутатором. Выходное напряжение усилителя определяется выражением %1К А а Ч- ср. в том случае, если к дополнительному коммутатору 4 подключена термопара, то по первому импульсу, вырабатываемому блоком управления 17 и открывающему ключи 18 и 19, происходит анализ целостности ее цепей. Ток источника тока 14 протекает по следующей цепи: положительный полюсключ 16 - токовый полюс дополнительного коммутатора 4 - термопара 2потенциальный полюс дополнительного компаратора 4 - ключ 19. - оч рицательный полюс.В случае обрыва термопары между полюсами источника тока 14 напряжение возрастает до уровня логической 1, и по переднему фронту второго импульса с генератора 24 на выходе блока управления 17 появляется сигнал, говорящий о том, что цепь термопары оборвана. Второй импульс, поступаю1 ий с блока управления 17 и соответствующий анализу типа подключенного датчика, закрьавает ключи 19 и 18 и открывает ключ 2 О о Вследствие отсутствия провода, соединяющего датчик с общей точкой термометров сопротивления, цепь источника тока 14 оказывается разомкнутой. Если к дополнительному коммутатору 4 кроме термопары подключены термометры сопрот;ивления, между линиями связи термопары и об1цими проводами термометров сопротивления имеется распределенная емкость, величина которой зависит от длины кабеля, соединяющего датчики с устройством.При анализе типа подключенного датчика эта емкость начинает заряжаться К моменту прихода следующего импульса с генератора 24 эта емкость заряжается до напряжения питания источника, тока 14, на полюсах источника тока 14 появляется напряжение, соответствующее уровню логической 1. По заднему фронту этого импульса блок управления 17 отключает ключ 0 и включает ключи 22 и 23, а делитель частоты переключает дополнительный коммутатор 4 из режима анал за в режим измерения,замыкая дополн тельный источник тока 8: положи тельный полюс - ключ 22 - сопротив ление сравнения 21 - отрицательный полюс, в этом случае на вход суммирующего усилителя 11 поступают на-г пряжения и и -I напряжение на первом входе усилителя при подключении термопары; -напряжение ka втором входе усилителя при подключении термопары; -ток дополнительного источника тока; -величина сопротивления сравнения; ЕТ - ЭДС термопары. Выгодное напряжение усилителя оп деляется выражейием -Ui Е Таким образом, введение дополнительных элементов коммутатора, блока переключения каналов, двухканального . коммутатора второй ступени, источника тока, пяти ключей, генератора импульсов и делителя частоты позволяет совместить во времени режимы анализа и измерения, вследствие чего повышается быстродействие предлагаемого устройства и его надежность, так как изменение частоты следования импульсов генератора позволяет изменять канальп нов время коммутаторов, а следовательно, изменять время анализа в зависимости от длины кабеля, сое циняющегр датчик с. устройством, т.е. от величины распределенной емкости между линиями связи термопар и общим проводом термометров сопротивления. Ис щтания макетного образца предлагаемого устройства позволяют установить, что в сравнении с базовым образцом, адаптивным преобразователем температуры, предлагаемое устройство позволяет работать на кабель длиной 200 м вместо 20 м, а Длительность переходного процесса уменьшилась с б до 1 млс при идентичности остальных характеристик.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОТОЧЕЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термометры сопротивления и термопары, трехполюсный. крммутатор, токовый полюс которого соединен с входбм ключа, выход которого соединен с положительным полюсом источника тока, отрицательный полюс которого подключен к одному из входов блока управления и к выходам ключей, вход одного из которых соединен с потенциальным полюсом коммутатора, не связанного с входом токового полюса коммутатора, вход которого соединен с общей точкой термометров сопротивления, а управлякяцие . входы обоих ключей соединены с выходами блока управления, блок переключения каналов, выходами соединенный с управляющими входами ключей коммутатора, и сопротивление сравнения, одним выводом соединенное сОбщей точкой термометров сопротивления,а вторым - с сдним из входов суммирующего усилителя,о тл и ч агощеес я тем, что, с целью повышения быЪтродействия и надёжности устройства, в него введены дополнительно трехполюсный коммутатор, блок переключения каналов, источник тока, а также двухканальный трекполюсной„ коммутатор второй ступени, генератор импульсов, делитель частоты и пять ключей, три из которых управляющими входами соединены с выходами блока управления, йходами подключены к общей точке термометров сопротивления, а выходами соединены соответственно с, отрицательным полюсом основного источника тока, с положительным полюсом дополнительного источника тока и с входом суммирующего усилителя, четвертый ключ,своим входом подключенный к токовому полюсу дополнительного коммутатора, а выходом - к положительному полюсу основного источника тока, пятый ключ, управляющий вход которого также, под. ключен к выходу блока управления, своим входом соединенный с потенциальным полюсом дополнительного коммутатора, а выходом.- с отрицательным полюсом основного источника j тока, делитель частоты, инверсный н (Л прямой выходы которого сЪединены соответственно с входами основного С и дополнительного блоков переключения каналов, управляющими входами Второго и. первого каналов коммутатора .второй ступени, управляющими входами ключей, выходами подключенныхк положительному полюсу основного источника тока, а входами - к токовым полюсам основного и дополнительного коммутаторов, генератор импульсов, выходом соединенный со счетным входом делителя частоты и с входом блока управления, при этом выходы допол-j нительного блока переключения каналов соединены с управляющими входами ключей дополнительного коммутатора, а входы двухканального трехполюснйгЬ коммуматора второй ступени подключены к соответствующим выходам полюсов основного и дополнительного коммута.jTopOB, а потенциальные выходы соединены с входами суммирующего усилителя., причем положительный полюс дополнительного источника тока соед8 нен с выходом токового полюса коммута тора второй ступени, а отрицательный полюс - с сопротивлением сравнения и с входом суммирующего усилителя.