Устройство для измерения температуры Советский патент 1984 года по МПК G01K3/02 

ф

41

Изобретение относзится к температурным измерениям, а точнее к устройствам для измерения нестационарных температур, и может применяться в различных информационно-измерителных системах автоматического регулирования, где требуется производит измерения температуры с минимальными динамическими погрешностями и при большом уровне помех.

Широко известны устройства для измерения температуры, в которых коррекция инерционности термопреобразователя осуществляется путем включения между термопреобраэователем и регистрируючшм устройством активной корректирующей цепи tl 3.

Недостатком таких устройств является недопустимо большой уровень шумов на выходе при параметрах корректирующей цепи, соответствующих полной компенсации инерционности термопреобразователя. Введение в устройство корректирующей цепи расширяет полосу пропускания всего устройства, что и является причиной возрастания уровня шумов на выходе устройства. Особенно наглядно этот .недостаток проявляется при работе с.большим уровнем помех: при измерениях температур в электрообогревамых переменным током установках, .измерении температуры токоведумях частей и других измерениях.

Уровень помехи на выходе устройства может быть снижен путем использования помехозащищенных изк рителей напряжения, например интегрирующих вольтметров или запоминающих конденсаторов С2.

Однако при этом снижается быстродействие устройства, так как напряжение на выходе такого измерителя буДет меняться дискретным образом через интервал времени равный времени интегрирования, который для эффективного подавления помехи должен быть в несколько раз больше периода помехи.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные термоэлектрический преобразователь, корректирукидай блок и усилитель. В этом устройстве сниже- ние уровня шумов на выходе устройства достигается путем включения в . цепь обратной связи усилителя кон.денсатора Сз.

Включение конденсатора в цепь обратной связи усилителя позволяет понизить уровень шумов, но при этом уменьшается полоса пропускания и отсутствует полная компенсация инерционности термопреобразователя, что ведет к снижению точности язме,рения нестационарных температур.

Цель изобретения - повышение то чности измерения путем уменьшения уровня шумов на выходе устройства, при обеспечении компенсации инерционности термопреобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуЕм, содержащее последовательно соединенные термоэлектрический преобразователь, корректирующий блок и усилитель, введены п-канальный коммутатор, п-формирователей, блок управления и п усредняющих блоков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных интегратора и аналогового запоминающего устройства, ВЕлход которого через резистор обратной связи соединен с входом интегратора, при этом входы всех интеграторов соединены с выходом усилителя, выходы аналоговых запоминающих устройств подключены к соответствующим входам п-кансшьного коммутатора, а их управляющие входы соединены с выходами блока управления и через формирователи подключены к управляющим входам п-канального коммутатора.

На чертеже приведена структурная .схема устройства.

Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, корректирующий блок 2, усилитель 3, п усредняющих блоков 4 (показано два блока), каждый из которых состоит

из интегратора 5 и аналогового запоминающего устройства на основе ключа 6, запоминающего конденсатора 7, повторителя 8 напряжения и резистора 9 обратной связи, блок 10 управления, п-канальный аналоговый коммутатор 11, формирователи 11 и 12.

Устройство работает следующим образом.

При изменении температуры сигнал На выходе термоэлектрического преобразователя будет изменяться с некоторым запаздыванием по отношению к изменению температуры. Сигнал же на выходе усилителя при полной компенсации инерционности термопреобразователя, т.е. когда постоянные временит термопреобразователя и корректирующего блока равны, будет изменяться по закону, близкому к закону изменения температуры. При воздействии на термоэлектрический преобразователь периодической помехи (в основном это помехи следующие с частотой питающей сети и ее гармониками) при полной компенсации инерционности термопреобразователя ее амплитуда на выходе усилителя 3 возрастет, т.е. ухудшится отношение сигнал/шум, что ведет к снижению точности измерения. Для повышения точности измерения сигнал с выхода усилителя подает :я на усредняющие

блоки 4, которые работают следующим образом. Блок управления синхронно с частотой сетевого питания формирует п последовательностей KOitoTких импульсов следующих с периодом Т тТ„, где m 1,2,..., Т,, - период сетевого напряжения Причем импульсы в каждой последовательности сдвинуты относительно импульсов в другой последовательности на интервал времени . Эти импульсы поступают иа ключи б усредняющих блоков и на входы формирователей 12 и 13. Длительность импульса выби- рается достаточной для заряда эапо1«шнающего конденсатора 7 до напряжения присутствующего на выходе интегратора 5. Однако это время пренебрежимо мало по сравнению с периодом следования импульсов управления Т,я. Интегратор 5 производит интегрирование входного сигнала и в момент прихода управляющего импульса напряжение с его .выхода запоминается конденсатором 7. Пост тоянная времени интегратора выбирается кратной периоду помехи, при этом время установления нового значения выходного напряжения усредняющего блока не превышает одного цикла работы, т.е. Т,. При выборе постоянной времени интегрирования, кратной периоду помехи, синусоидальная помеха, наложенная на входной сигнал, не влияет на среднее значение напряжения на выходе усилителя, ТИК как среднее значение напряжения помехи равно нулю Так как.последовательности импульсов, поступающих на ключи запоминаюищх уст1РОЙСТВ, сдвинуты на интервал времени Т„/п, то интервалы времени ин- v тегрирс}вания кгикдого интвгра;тора также сдвинуты относительно интервала времени другого интегратора на время Т,/п. Аналоговый п-канальный ко шутатор 11 по командам, поступающим от блока управления через формирователи 12 и 13, подключает н&-выход всего устройства именно того усредняющего блока, на выходе которого присутствует последний по времени формирования интегрированный сигнал. Поэтому изменение сигнала на выходе у:;тройства происходит через ийтервгш вре« мени Tj,/n.

Динамическая погрешность устройства, которую мэжно определить как разность между установпвиямся значением выходного напряжения н фактическим его изменением уменьшается с увеличением числа паргшлельно включенных усредняющих блоков.

Таким образом, повышение точносш. изме зения в предлагаемом устройстве происходит за счет эффективного подавления помех и шумов на выходе устройства, что дос.тигается введением-в устройство нескольких усредняювих блоков и соответствующим выбором режима их работы. А это в свою очередь, позволяет применить корректирукщие блоки с параметрами , обеспечивающими полную компенсацию инерционности термопреобразователя.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные термоэлектрический преобразователь, корректирующий блок и усилитель, о т л и ч aw щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены м-канальный коммутатор, п -формирователей, блок управления и п усредняющих блоков, каждый яз которых состоит из последовательно соединенных интегратора и анало гового запоминающего устройства, аыход которого через резистор обратной связи соединен с входом интегратора, при этом входа всех интеграторов соединены с выходом усилителя, выходы аналоговых запоминающих устройств подк/вочены к сООТгветствующим входам -ti -канального коммутатора, а их управляющие входы соединены с выходами блока управW ления и через формирователи подключены к управляющим входам п-канальс ного коммутатора.