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

Изобретение относится.к измери- тельной технике и предназначено для точного измерения температуры в широ ком диапазоне термопреобразователя сопротивления с нелинейной характеристикой преобразования (например, платиновыми термометрами сопротивления) . Известно устройство для измерения разности температур, которое может быть использовано и для измерения температуры,содержащее термопреобра зователи температуры, четыре блока преобразования, каждый из которых имеет управляемые ключи и запоминающие конденсаторы, усилители, входы которых подключены к .выходам блоков преобразования, а выходы - к входам фазочувствительньк выпрямителей, дви гатель, вход которого соединен с выходом одного из выпрямителей, а вал механически связан с движком расхода С1. Однако в этом устройстве компенсация нелинейности термопреобразователя осуществляется путем изменения величины тока в цепи обратной связи формируемого с помощью реохорда, что не может обеспечить высокой степени компенсации нелинейности термопреобразователя при измерении температуры в широком диапазоне. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для измерения температуры, содержащее два блока преобразования каждый из которых имеет управляемые ключи и запоминающие конденсаторы, термопреобразователь сопротивления, потенциальные выводы которого подклю чены к первому входу первого блока преобразования, а токовые выводы подключены к первьм выводам стабилизатора тока и компенсационного резис тора, усилитель переменного тока, вход которого соединен с выходами бл ков преобразования, а выход подключен к входу фазочувствительного выпр мителя, выход которого соединен с вх дом функционального преобразователя и делителем напряжения обратной свя зи, генератор переменного напряжения соединенный с управляющими входами ключей блоков преобразования и управ ляющим входом фазочувствительного выпрямителя, при этом потенциальные выводы компенсационного резистора соединены с вторым входом первого блока преобразования, первый вход второго блока преобразования соединен с выходом делителя, а второй вход с выходом функционального преобразо- вателя {21. В известном устройстве компенсация нелинейности термопреобразователя осуществляется путем добавления к сигналу термопреобразователя компенсирующего сигнала, формируемого функциональным преобразователем. При измерении температуры в широком диапазоне практически невозможно создать функциональный преобразователь, который бы обеспечивал компенсацию нелинейности термопреобразователя с заданной точностью во всем диапазоне измерения, что ведет к сни жению точности измерения. Целью измерения является повьшение точности измерения. . Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения температуры, содержащее два блока преобразования, каждый из которых имеет управляемые ключи и запоминающие конденсаторы, термопреобразователь сопротивления, потенциальные выводы которого подключены к первому входу первого блока преобразования, а токовые выводы подключены к первым выводам стабилизатора тока и компенсационного резистора, усилитель переменного тока, вход которого соединен с выходами блоков преобразования, а выход подключен к входу фазочувствительного вьтрямителя, выход которого соединен с входом функционального преобразователя и делителем напряжения обратной связи, генератор переменного напряжения, соединенный с управляющими входами ключей блоков преобразования и управляющим входом фазочувствительного вьтрямителя, введелы тактовый генератор, два компаратора, реверсивный счетчик с дешифратором, индикатор диапазона измерения, три переключателя, дополнительные компенсационные резисторы, включенные последовательно между вторыми выводами стабилизатора тока и компенсационного резистора, дополнительные резисторы цепи обратной связи, включенные в цепь делителя обратной связи, масштабный делитель, состоящий из последовательно включенных резисторов, и логический блок, входы которого соединены с выходом тактового генератора и выходами компараторов, входы которых соединены с вько31

дом фазочувствительного вьтрямителя,

а выход логического блока соединен с входом реверсивного счетчика с дешифратором, выходы которого соединены с индикатором диапазона измерения и управляющими входами переключателей, при этом второй вход первого блока преобразования соединен через первьй переключатель с выводами компенсационных резисторов, первый вход второго блока преобразования соединен через второй переключатель с резисторами цепи делителя обратной связи, а второй вход второго блока преобразования соединен через третий переключатель с резисторами масштабного делителя, подключенного к выхо,ду функционального преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства,- на фиг. 2 - схема блока преобразования.

Устройство содержит последовательно соединенные термопреобразователь сопротивления и компенсационные резисторы 2.1, ,.., 2 .п, подключенные к стабилизатору 3 тока, блоки 4 и 5 преобразования, выходы которых соединены между собой и через усилитель 6 переменного тока, фазочувствительный выпрямитель 7 подключены к делителю обратной связи на резисторах .8.1,... 8.(п-1), 8.П и 9, к входу функционального преобразователя 10 и входам обоих компараторов 11 и 12, тактовый генератор 13, логический блок 14, реверсивный счетчик с дешифратором 15, масштабный делитель, состоящий из последовательно соединенных резисторов 16 и 17.1, ..., 17.(п-1), 17.п, индикатор 18 диапазона измерения, три переключателя, каждый из которых содержит управляемые ключи 19.1,...,

19.(п-1), 19.п; 20.1, 20.(п-1),

20.п; 21.1,..., 21.(п-1), 21.п. Работой блоков преобразования 4 и 5 и фазочувствительного выпрямителя 7 управляет генератор 22 переменного напряжения (прямоугольных импульсов) .

Устройство работает следующим образом.

Каждый из блоков 4 и 5 преобразования (фиг. 2) содержит четыре пары управляемых ключей 23-30, между общими точками которых подключены запоминающие конденсаторы 31 и 32. На входы Q и сГ управления блока подаются противофазные управляющие напряжения . При подаче на вход Q отпирающе4900Л

го ключа напряжения конденсаторы подключаются к входным зажимам Вх 1 и Вх. 2, заряжаясь до уровней входных напряжений. При втором такте конденсаторы отключаются от входньк зажи мов и подключаются навстречу к выход ным зажимам. При этом на выходных зажимах образуется разность входных напряжений.

Оба блока 4 и 5 преобразования работают в противофазе и их выходные напряжения соответственно равны

(Ri--R2)io Ko+o Rot-R,,)+fH(t);

(1)

,x-K,-U,o (t) Kj, (2) где IQ - ток стабилизатора 3;

(1+cCt)+f (t) - сопротивление

термопреобразователя 1; RQ- начальное сопротивление термопреобразователя ; oL - коэффициент термочувствитель

ности термопреобразователя; t - измеряемая температура; f(t) - функция нелинейности термопреобразователя;Rj- сопротивление компенсационных резисторов, подключенных к второму входу тактового блока 4 преобразования; UBDIX выходное напряжение устройства;

коэффициент деления делителя обратной связи, определяемой соотношениями резисторов 8, 8.1,..., 8.П и 9.; 5 (t) - выходное напряжение функционального преобразователя; К2- коэффициент деления масштабного делителя, определяемый соотношением резисторов 16 0 и 17.1,..., 17.п.

На вход усилителя 6 поступает периодическая последовательность импульсов с амплитудами, равными IJj:, и Ug. Переменная составляющая после5 довательности, равная разности этих ймплитуд, усиливается усилителем 6 и выпрямителем 7 до тех пор, пока на входе усилителя 6 не обеспечится равенство

0 Ui,U, .(3)

Тогда с учетом (1)

Uebl4 r Ro+P o cCt-R2)+-4-- U«i-- () -t 1

Для получения линейной зависимости 5 выходного сигнала устройства от измеряемой температуры функция преобразования преобразователя 10 выбирается такой, чтобы она с обратным зна51ком совпадала с функцией нелинейности термопреобразоватеяя, т.е. fH(t)Uio. К. Согласно такому способу коррекции нелинейности функциональный преобразователь 10 может иметь достаточно большую погрешность, определяемую из вьфажения ,С5) /f.(t) /МОц где - допускаемая погрешность нелинейности устройства; /fy(t) максимальное значение нелинейности термометра в заданном диапазоне изме рения температур. Для получения высокой точности измерения в широком диапазоне температур весь широкий диапазон измерения разбивается на п равных поддиапазонов, начало которых определяется величиной сопротивления компенсацион ных резисторов, подключенных к входу преобразователя, а диапазон измерения выходного напряжения - коэффициентом передачи делителя обратной связи К;,. Число поддиапазонов измерения зависит от требуемой точности измерения. Компаратор 11 сравнивает выходное напряжение устройства со стабильным напряжением, равным по величине мини мальному значению выходного напряжения Ugyy , а компаратор 12 - со стабильным напряжением, равным макси мальному значению .May Если выходное напряжейие устройст ва становится больше и,, мень 0 ше Ugb(;.(s( то на выходе компаратора 11 или 12 появляется сигнал, который разрешает прохождение импульсов тактового генератора 13 через логическое устройство 14 на суммирующий или вычитанмций вход реверсивного счетчика 15, вызьгаая изменениевыходного состояния счетчика и формирование на выходе дешифратора импульсов для управления переключателями. Переключатели обеспечивают переключение компенсационных резисторов, резисторов в цепи обратной связи и масштабного делителя до тех пор, пока выходное напряжение устройства не будет находиться в пределах .ммн иед,(ч a&ijt. Одновременно индикатор 18 диапазона измерения индицирует рабочий диапазон измерения. Таким образом, обеспечиваются постоянная разрешающая способность ивысокая точность измерения температуры с линейной зависимостью выходного напряжения от измеряемой температуры в широком диапазоне. Применение предлагаемого устройства обеспечивает высокую точность и разрешающую способность при измерении температуры в широком диапазоне температур, высокую линейность при работе- с датчиками, имеюпщми нелинейную характеристику преобразования, возможность использования для цепей линеаризации достаточно грубых и дешевых функциональных преобразователей, практически отсутствие влияния линии связи на точность измерения.

1114900

АА.

19fn-l)79 п

20.,п

77/1 n(n-f} 17.Л I,1 J I гcz ///7v; F/S/7

r-ril.r4-il

HZD

Фиг. 1 a

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее два блока преобразования, каждьш из которых имеет управляемые ключи и запоминающие конденсаторы, термопреобразователь сопротивления, потенциальные выводы которого подключены к первому входу первого блока преобразования, а токовые выводы подключены к первым выводам стабилизатора тока и компенсационного резистора, усилитель переменного тока, вход которого соединен с выходами блоков преобразования, а выход подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с входом функционального преобразователя и делителем напряжения обратной связи, генератор переменного напряжения, соединенный с управляющими входами ключей блоков преобразования и управляющим входом фазочувствительного выпрямителя, отличающееся тем, что. с целью повьшения измерения, в него введены тактовый генератор, два компаратора, реверсивный счетчик с дешифратором, индикатор диапазона измерения, три переключателя, дополнительные компенсационные резисторы, включенные последовательно между вторыми выводами стабилизатора тока и компенсационного резистора, дополнительные резисторы цепи обратной связи, включенные в цепь делителя обратной связи, масштабный делитель, состоящий из последовательно включенных резисторов, и логический блок, входы которого соединены с выходом тактового генератора и выходами компараторов, входы которых соединены (Л с выходом фазочувствительного выпрями теля, а выход логического блока соединен с входом реверсивного счетчика § с дешифратором, выходы которого соединены с индикатором диапазона измерения и управляющими входами переключателей, при этом второй вход первого блока преобразования соединен че4 со рез первый переключатель с выводами компенсационных резисторов, первый вход второго блока преобразования соединен через второй переключатель с резисторами цет1и делителя обратной связи, а второй вход второго блока преобразования соединен через третий переключатель с резисторами масштабного делителя, подключенного к выходу функционального преобразователя.