Устройство для измерения температуры Советский патент 1984 года по МПК G01K7/16 

И: обретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при измерении температуры, например, в медицине. Известно устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, сумматор, квадратический преобразователь, генератор линейной разв(рртки, блок сравнения и цифровое отсчетное устройство |1. Устройство обеспечивает линеаризацию термопреобразователей с функцией преобразования, описываемой полиномом, второй степени. Известно устройство для измерения температуры, содержащее терморезистор, преобразовател) сопротивления в напряжение, компаратор, генератор тактовых импульсов, генератор экспоненциально изменяющегося напряжения, счетчик .импульсов и блок управления 2. Недостатком этогО устройства является то, что на результат измерения влияет нестабильность постоянной времени генератора экспоненциально изменяюихегося напряжения. Наибо,1ее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для -измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, источник стабилизированного напряжения, схему сравнения, выход которой соединен с блоком управления, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора экспоненциально изменяющегося напряжения, а второй выход подключен к управляющему входу цифрового индикатора, первый селектор, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, ключ, цифровое делительное устройство, выход которого нодключен к входу цифрового индикатора 3. Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что во время измерительного цикла осуществляется операция деления входного сигнала. Это приводит, во-первых, к различным уровням наведенной помехи на входе схемы сравнения, во-вторых, сравнение входного сигнала и экспоненциального напряжения осуществляется на двух различных ypoijнях, где углы встречи двух сравнивающих напряжений различны, что вызывает увеличение погрешности, обусловленной порогом срабатывания схемы сравнения. Кроме того, алгоритм вычисления цифрового де тительного устройства является сравнительно сложным. Цель изобретения -- повышение точности измерения температуры. Посгамленная цель достигается тем, что п ус1ройстио для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопро тивления,источник стабилизироваино о напряжения, схему сравнения, выход которой соединен с блоком управления, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора экспоненциально-изменяющегося напряжения, а второй выход подключен к управляющему входу цифрового индикатора, первый селектор, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, ключ, цифровое делительное устройство, выход которого подключен к входу цифрового индикатора, введены второй се.кжтор, делитель частоты,. масц1та5ный преобразователь с переменным коэ(()|)пциентом преобразования, операционный усилитель с резистором в цепи обратной связи и формирователь импульсов, вход которогч) соединен с выходом схемы сравнения, управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, а выход подключен к уиравияк;п1ему входу первого селектора и через ключ подключен к управляюпнму входу второго селектора, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а выход подключен к первому входу ци|()рового делительного устройства, второй вход которого через делитель частоты соединен с выходом nepBOio селектора, при этом источник стабилизированного напряжения через те)мопреобразователь сопротивления подключен к входу операционногс) усилителя, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом генератора экспоненциальпо изменяющегося напряжения через масштабный преобразовать, управляющий вход которого соединен с управляющим входам ключа п третьим вЬ)1Ходом уг1равления. четвертый выход KOTOpoio соединен с управ.тющим входом цифрового де,1ительп()г о устройства. На чертеже приведчепа блок-схема устройУстройство содержит источник стабилизированного напряжения 1, термопреобразоваТель сопротивления 2, операционный усилитель 3 с резистором 4 в цепи обратпой связи, схему сравнения 5, масштабный преобразователь 6 с |еременным коэффициентом преобразования, генератор экспоненциально измепяющегося наггряжения 7, мирователь импульсов 8, первый селектор 9, делитель частоты 10, цифровое делитольпое устройство 11, ключ 12, второй селектор 13, генератор 14 счетных импульсов, ци(|)ропой индикатор 15, блок управления 16. Масштабный преобразователь 6, который необходим для изменения уровня сигнала на выходе генератора 7, содержит операционный усилитель 17, резисторы 18 20 п ключ 21, включенный наралле.плю резистору 20.

Устройство работает следующим образом.

При измерении температуры Т выходной сигнал усилителя 3 определяется выражением

u, u-ff- u-Ra.-.„)

где Х. Ае -сопроти1 ление термопреобразователя 2;

А,В - постоянные коэффициенты термопреобразователя;R.J, - сопротивление резистора 4; и. - напряжение источника стабилизированного напряжения 1. Выбрав R ., где Т.- постоянная начальная температура, представим выражение (I) в виде

Ut Uoe . (2) Этот сигнал поступает на один из входов схемы сравнения, а на второй ее вход по сигналу с блока управления в начале измерения подается экспоненциально изменяющееся напряжение

иг и„еЧ К,(3)

где U, -начальное значение экспоненциаль но изменяк)Н1егося нагфяжения;

,-масп1табный коэф(1)ии,иент преобРразователя 6;

« 13сопротивление резисторов 19 и 18 соответственно (резистор 20 замкнут ключом 21); Т - постоянный коэффициент. Одновременно сигнал начала измерения с блока управления 16 поступает на формирователь импульсов 8, выходной сигнал которого открывает селектор 9 для прохождения импульсов с генератора счетных импульсов 14 на )poBoe делительное устройство 11.

В момент времени ti, когда экспоненциально изменяющееся напряжение U достигнет уровня и,, срабатывает компаратор 5. Если RW/RU 1. то время от начала экспоненциального процесса до момента t, определяется

t, B Td/T- I/TO).(4)

Одновременно в момент времени t, по сигналу со схемы сравнения 5 блок управления 16 вырабатывает сигналы, по которым

КЛЮЧ 21 открывается, а ключ 12 закрываегся. При этом с выхода формирователя нмнул1 сов 8 на вход селектора 13 поступает сигнал, разрешающий прохождение имнульсов с генератора 14 на второй вход цифрового делительного устройства II.

Размыкание ключа 21 увеличивает коэффициент усиления масштабного преобразователя 6. При этом на второй вход схемы сравнения поступает усиленное в К раз напряжение с генератора экспоненциально из меняю like гося напряжения

и; Ke-t/r, (5)

где К ()/R,t ( --сопротивление резистора 20) ,

которое вторично в момент времени 14достигает уровня Ui, вызывая повторное срабатывание с.хемы сравнения 5.

Если выбрать К е Vt, то промежуток времени между двумя срабатываниями схе мы сравнения равен

B/TO . . (6)

Таким образом в цифровом делительном устройстве зафиксируются числа

N, t,+ (ti-ti)lf,/Ko (7) Na (t,-t,).f.,(8)

где Kj Т. - коэффициент деления делителя 1(1, а на выходе цифрового делительного устройства получаем результат измерения

Na(,)-T. .

(9)

т.

т, TiT+ rf,-i-,)jкоторьт высвечивается в ци(|)ровом отсчетном устройстве.

Технико-экономический эффект, от использования устройства обусловлен повышением точности измерения температуры за счет более точно1о алгоритма работы. В.прототипе осуществляется операция над входным сигналом, а в прелпоженном устройстве - над онорным снгналом схемы сравнения. Вследствие этого схема сравнепия работает в одной точке, что позволяет практически исключить погрешность, обусловленную порогом схемы сравнения, а также уменьшить погрешность, обусловленную наведенной помехой.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобразователь сопротивления, источник стабилизированного напряжения, схему сравнения, выход которой соединен с блоком управления, первый выход которого соединен с управляющим входом генератора экспоненциально изменяющегося напряжения, а второй выход подключен к управляющему входу цифрового индикатора, первый селектор, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, ключ, цифровое делительное устройство, выход которого подключен к входу цифрового-индикатора, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения, в него введены второй селектор, делитель частоты, масштабный преобразователь с переменным коэффициентом преобразования, операционный усилитель с резистором в цепи обратной связи и формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, а выход подключен к управляющему входу первого селектора и через ключ подключен к управляющему входу второго селектора, вход которого соединен с выходом генератора тчетных импульсов, выход подключен к первому входу цифрового делительного устройства, второй вход i которого через делитель частоты соединен с выходом первого селектора, при этом источ(Л ник стабилизированного напряжения через термопреобразователь сопротивления подключен к входу операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом генератора экспоненциально изменяющегося напряжения через масштабный преобразователь, управляющий вход которого соединен с управляющим входом клюоо ча и третьим выходом блока управления, О) четвертый выход которого соединен с управ00 ляющим входом .цифрового делительного ус-роо .ройства.