Устройство для измерения температуры Советский патент 1984 года по МПК G01K7/32 

иг.1 Изобретение относится к термомет рии и может быть использовано в сис темах измерения нестационарных температур. Известны устройства для измерени температуры, содержащие в качестве датчика термочувствительный кварцевый резонатор ГО. Недостатком таких кварцевых датчиков температуры является их сравнительно высокая инерциойность, сос тавляющая величину от нескольких де сятков секунд для высокодобротных прецизионных кварцевьгх резонаторов до одной секунды для малогабаритных резонаторов с гелиевым заполнением. Это приводит к снижению точности измерения в условиях нестационарлых температур. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температур содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонаторо и дифференцирующую цепь . Данное устройство позволяет уменьшить инерционность термометра в несколько раз. При этом предполагается, что зависимость частоты ав тогенератора с термочувствительным кварцевым резонатором при скачке температуры на величину лТ описывается выражением 4(i)s4T:k1-e где - постоянная времени датчика; К - козффициент преобразования; t - текзтцее время. Однако в действительности термочувствительный кварцевый резонатор представляет собой апериодическое звено второго порядка с передаточной функцией (1Изр|() где р - оператор дифференцирования; tj, постоянные времени звена. Известное устройство позволяет 5 еньшить постоянную времени лишь н участке характеристики, описываемой выражением (1), а величина задержки t остается нескомпенсированной, что и приводит к снижению точности измерения из-за наличия значительно динамической погрешности. Целью изобретения является повышение точности измерения путем-уменьшения динамической погрешности, возникающей при измерении нестационарньпс температур. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь, введены источник образцового напряжения с малоинерционным термозависимым делителем, интегродифференцирующая цепь и.сумматор, к входу которого подключены выходы дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей, а его выход соединен с управляющим входом автогенератора, причем источник, образцового напряжения через малоинерционный термозависимый делитель подключен ко входам дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - простейший вариант выполнения его блоков; на фиг.З - временные диаграммы. Устройство содержит автогенератор 1 с термочувствительным кварцевь1м резонатором 2, источник 3 опорного напряжения с малоинерционным термозависимым делителем 4 напряжения, сигнал с которого поступает на входы дифференцирующей цепи 5 и интегродифференцирующей цепи 6, и сумматор 7, выход которого подключен к управляющему входу автогенератора 1. В простейшем варианте выполнения блоков предлагаемого устройства термозависимый делитель 4 напряжения выполнен в виде р1езисторов R-, и R, элементы С, Сообразуют дифференцирующую цепь 5, а элементы ft -интeгpoд iффepeнциpyющyю цепь 6, Сумматор 7 выполнен на операционном усилителе, причем резисторами , ... Rg выбирается форма и амплитуда напряжения, поступающего на управляющий вход автогенератора 1. Полярность источника образцового напряжения 3 определяется знаком температурного коэффициента сопротивления терморезистора R и характеристикой управления автогенератора 1. Конструктивно терморезистор R и терочувствительный кварцевый резонатор 2 размещаются рядом в среде, температура которой измеряется. Постоянная времени дифференцирования цепи 6 равна постоянной времени термочувствительного кварцевого резонатора 2 , а постоянная времени интегрирования цепи 6 равна постоянной времени дифференцирования цепи 5 и в 3-4 раза меньше времени задержки t. Устройство работает следующим образом. При неизменной температуре или при медленном.её изменении (с постоян ной времени значительно большей постоянной времени Тр) напряжение на выходе сумматора 7 равно нулю, т.е. в квазистатическом режиме блоки 3-7 устройства не оказывают влияния на частоту выходного сигнала автогенератора 1. Яри нестационарном тепловом воздействии, например, при скачке тем- пературы (фиг. За), на выходе делителя 4 напряжения U изменяется, причем при достаточно малой постоянной времени делителя форма напряжения (фиг.Зг) повторяет форму скачка температуры. Зависимость частоты автогенератора 1 с термочувствитель- яым кварцевым резонатором .при скачке температуры на величину лТ, соответствующая выражению (2), приведенд на фиг. Зв; для сравнения на фиг.36 изображена зависимость частоты автогенератора согласно выражению (1) Дпя того, чтобы частота автогене-ратора 1 изменялась в соответствии с перепадом температуры, на его управляющий вход необходимо подать напряжение, форма которого является обратной величиной зависимости частоты от времени в промежутке t ,..А (при линейной характеристике управления) . На фиг. Зд показана форма напряжения U4 на управляющем входе автогенератора 1, которое синтезируют блоки 5 - 7 из напряжения и. Форма напряжений U, и,и, на выходе дифференцирующей цепи 5 и интегродифференцирующей цепи 6 соответственно показана на фиг.Зе. Поскольку постоянные времени дифференцирования цепи 5 и интегрирования цепи 6 равны то при сложении напряжений в интервалах i ,... ,(t-,+i4) и tj . .( на выходе сумматора 7 формируется постоянное напряжение. На участках (t + i) ,..., t2 и ( вход сумматора 7 поступает лишь напря жение Uj с выхода цепи 6 с постоянной ..времени дифференцирования tf. Таким 10 24 образом, в момент времени t с-( на управляющий вход генератора 1 поступает максимальное положительное значение управляющега напряжения U, амш1ИтудаЦ,,д,которого определяется величиной4Т . Под действием этого напряжения происходит перестройка частоты автогенератора 1 от значения f до значения ff Начиная с момента времени ) амплитуда напряжения t/ уменьшается по.экспоненциальному закону, но по этому же закону с той же постоянной времени (Тр) изменяется собственная резонансная частота термочувствительного кварцевого резонатора 2, следовательно, частота автогенератора 1 остается неизменной. В момент времени t на управляющий вход .автогенератора поступает максимальное отрицательное значение напряжения 0., под действием.которого происходит перестройка частоты автогенератора 1 от значения f т До значения -г . На: j участке () ,, .-Ь амплАтуца напряжения собственная частота термочувствительного кварцевого резонатора 2 изменяются по одинаковому закону, но с противоположными знаками, что определяет постоянство частоты автогенератора 1. Таким образом, на выходе автогенератора 1 при воздействии скачка температуры одновременно на термочувствительный кварцевый резонатор 2 и термозависимый делитель 4 напрязке ия происходит изменение частоты сигнала (фиг.Зж) в соответствии с формой скачка температуры и постоянной времени термозависимого делителя напряжения. Стабильность устройства во времени определяется стабильностью термочувствительного кварцевого рбзонатоPf поскольку номинальная величина термозависимого параметра делителя 4 напряжения (наименее стабильного элемента) не входит в выражения, определяющие закон изменения управляющего напряжения 04 , элементы 4-6 реагируют лишь на скорость изменения температуры, далее, при быстрых, нестационарных тепловых воздействиях с постоянной времени чСрПрактически основное внимание удаляется инерционности датчика температ фы, а ста- бильность характеристик требуется лишь при квазистатических изменениях температуры (например, в системах термостатирования) . Предложенное устройство по сравнению с известными обладает существенно лучтими динамическим}} характерис-5 тиками, обеспечивая точность измерения температуры (0,1-0,2)С при скорости её изменения до 20 грдд/с, что в большинстве случаев удовлетворяет требованиям практики.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕШЕРАТУРЫ, содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь, отличаю щ. веся тем, что. с целью повьщения точности измерения путем уменьшения динамической погрешности, в него введены источник образцового напряжения с малоинерционным термозависимым делителем, интегродифференцирующая цепь и сумматор, к входу которого подключены выходы дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей, а его выход соединен с управляющим входом автогенератора, причем источник образцового напряжения через мапоинерционный термозависимый делитель подключен к входам дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей.