Цифровой измеритель температуры Советский патент 1984 года по МПК G01K7/16 

111

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при создании цифровых щитовых измерителей температуры, работающих в комплекте с терморезистивными преобразователями.

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь сопротивления, один из вы-, водов которого первым проводом линии связи соединен с зажимом источника тока, вторым проводом - с образцовым резистором, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с реверсивным счетчиком, блок управления, блок индикации, переключатель СП.

Однако такое устройство не обеспечивает линеаризации характеристики термопреобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой измеритель температуры, содержащий первичный измерительный преобразователь температуры, источник напряжения смещения, подключенный к первому входу коммутатора, выход которого через интегратор и нульорган подключен к первому входу блока управления, выходы которого подключены к второму входу коммутатора, схеме индикации полярности, цифровому отсчетному устройству, схеме лине аризации и первым входам двух селекторов, вторые входы которых соединены с выходом генератора опорной частоты, при этом выход первого селектора через схему линеаризации подключен к цифровому отсчетному устройству, а выходы второго селектора подключены к входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока управления С23.

Недостатком этого измерителя температуры является низкая точность измерения при использовании в качестве первичного измерительного преобразователя температуры термопреобразователя сопротивления с цепью пита1ШЯ, так как в этом случае на точность измерения температуры будет оказывать влияние изменение сопротивления подводящих проводов, изменение тока .в цепи питания термопреобразователя сопротивления.

Цель изобретения - повышение точ-д ности измерения температуры при использовании в качестве первичного из2y2

мерительного преобразователя термопреобразователя сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий первичный измерительный преобразователь температуры, источник напряжения смещения, подключенный к первому входу коммутатора, выход которого через интегратор и нуль-орган подключен к первому входу блока управления, выходы которого подключены к второму входу коммутатора, схеме индикации полярности, цифровому отсчетному устройству, схеме линеаризации и первым входам двух

селекторов, вторые входы которых соединены с выходом генератора опорной частоты, при этом выход первого селектора через схему линеаризации . подключен к цифровому отсчетному

устройству, а выходы второго селектора подключены к входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока зттравления,

введены повторитель напряжения, два переключателя, источник тока, последовательно соединенные первый и второй образцовые резисторы и суммирующий усилитель, входы которого соединены с подвижными контактами переключателей соответственно, управлякяцие входы которых соединены с выходами блока управления, первые входы соединены с общим проводом усилителя, а

вторые входы соответственно подключены к точке соединения образцовых резисторов и точке соединения первого соединительного провода термопреобразователя с первым выводом источника

тока, второй вывод которого через второй и первый образцовый резисторы и второй соединительный провод подключен к второму выводу термопреобразователя сопротивления, соединенному через третий соединительный провод с общим проводом усилителя, при этом потенциальные выводы второго образцового резистора через повторитель напряжения подключены к третьему входу коммутатора, четвертый вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя.

На чертеже изображена структурная схема цифрового измерителя температуР - ,. , .

Цифровой измеритель температуры содержит повторитель 1 напряжения, , источник 2 тока, первый образцовый

3

резистор 3, термопреобразователь 4 сопротивления, первый 5, второй 6 и третий 7 соединительные провода, второй образцовый резистор 8, первый 9 второй 10 переключатели, суммирую1щий усилитель 11, источник 12 напряжения смещения, коммутатор 13, .интегратор 14, нуль-орган 15, схему 16 управления, генератор 17 счетных импульсов, первый 18 и второй 19 селекторы, схему 20 линеаризации, цифровое отсчетное устройство 21, реверсивный счетчик 22 и схему 23 индикации полярности.

Цифровой измеритель температуры работает в два цикла следующим образом.

В исходном состоянии реверсивный счетчик 22, схема 20 линеаризации и цифровое отсчетное устройство 21 обращены в нуль, подвижные контакты переключателей 9 и 10 через первые контакты подключенБ к общему проводу усилителя 11.

Измерения проводятся методом двухкратного интегрирования.

В первом цикле измеряется напряжениеUr где UCM- напряжение источника напря жения смещения; Ли - напряжение дрейфа нуля сум мирующего усилителя, приведенное к его выходу. В качестве образцового напряжени используется напряжение UQ на втором образцовом резисторе 8 и„ I RH +Дп, . где I - ток в измерительн ой цепи; R.. -г сопротивление второго образцового резистора 8; П дрейф нуля повторителя на пряжения . Время интегрирования напряжения и задается схемой управления и выбирается равным периоду переменного напряжения питающей цепи. В результате преобразования напр жения Ц,- формируется интервал време ни X Л 1Кы Лих - где Т - время интегрирования напря жения и 1;

294

AU- напряжение дрейфа нуля интегратора 14;

t и tj - постоянные времени интегратора в первом и втором тактах преобразования соответственно.

Промежуток времени t заполняется импульсами, следующими с генератора 17 счетных импульсов через второй селектор 19 на суммирующий вход реверсивного счетчика 22, в результате чего в реверсивный счетчик 22 записывается число

N. fo t.

15

где f - частота генератора счетных

импульсов.

Во втором цикле работы входы суммирующего усилителя 11 посредством

переключателей 9 и 10 подключаются к точке соединения источника 2 тока с первым соединительным проводом 5 и к точке соединения образцовых резисторов, в результате чего относительно общего провода к первому входу суммирующего усилителя 11 приложено напряжение и KR: + Г), где RT - сопротивление термопреобра- : зователл ч, 1 - сопротивление первого соеди . 41ительного провода 5, к второму входу усилителя - напряжениеи I(RO -ь г), где RQ - сопротивление первого образцового резистора, Гя - сопротивление второго соединительного провода 6, а на выходе усилителя - напряжение Uy KI(R - R -I- r - rj,). где К - коэффициент усиления суммиру ющего усилителя. Напряжение Uy совместно с напряжением источника 12 напряжения смещения поступает на вход интегратора 14. В качестве опорного как и в первом цикле, используется падение напряжения U« на втором образцовом резисторе 8. В результате преобразования напряжения Uu формируется интервал времени .. Ty Il5i:i59.tEi.zEilr: r «..JSi. - , 1К(ц -bin Дц Интервал времени t формируется сигналом подключения к входу интегратора 14 напряжения Up и сигналом фикс1 рующйм срабатывание нуль-органа 15. При подключении напряжения Ue к входу интегратора через второй селектор на вычитающий вход реверси ного счетчика 22 начинают поступать умпульсы с генератора 17 счетных им пульсов. Первый селектор 18 по кома де со схемы 16 управления разрешает прохождени1е импульсов с генератора 17 счетных импульсов через схему ли неаризации 20 на цифровое отсчетное устройство 21 в промежутке мезеду срабатыванием нуль-органа 15 и пере ходом через ноль реверсивного счетчи ка 22. Учитывая, что срабатывание нуль-органа 15 фиксирует окончание интервала времени t, а переход через ноль реверсивного счетчика 22 окончание интервала времени t, мож но определить время прохождения импульсов через первый селектор 18. If 4. I m (:gT-g ft-n «-A Atf t% t2-t4 T -,0„-ьАи.-ЛоТ, ,-b&H -До li КСОт-боЖ-П) ycMiul tua t2 m Рм-- 3«f4-«irt-4AUJ J Таким образом, на схему 20 линеар эации поступает N.. импульсов fo4 K,(RT. о лfo-TK ti - коэффициент где К (R -fC-A -) / преобразова ния. На цифровое отсчетное устройство поступает число импульсов ,.- r) где F - функция преобразования схе мы линеаризации.. Для получения отсчета относитель но выбирают Ra R(P) . Устройство во втором цикле, в случае применения термопреобразователя сопротивления с положительным темпера турным коэффициентом работает следующим образом. Если на вход схемы 16 управления первым поступает сигнал о переходе реверсивного счетчика 22 через ноль, что означает ta: t, или , то схема 23 индикации полярности показывает знак +, а схема 20 линеаризации реализует алгоритм функционального преобразования для температур больше . Если же на вход схемы 16 управления первым приходит сигнал, фиксирующий срабатываниенуль-органа, что означает t t , или , то схема 23 индикации полярности показывает знак -, а схема 20 линеаризации реализует алгоритм функционально го преобразования температур ниже 0°С. При работе с терморезисторами с отрицательным температурным коэффициентом логика определения полярности обратная .По окончании второго цикла работы устройство приводится в исходное состояние . , Предлагаемое устройство может работать лишь при U ПчЦд. «i только при одной полярности входного напряжения интегратора 14,что позволяет уменьшить погрешности в области нулевых значений измеряемой температуры. Как показывают расчеты, погрешность измерения главным образом зависит от точности подгонки сопротивения соединительных проводов, а нестабильность элементов измерительной схемь при работе устройства без подстроек на протяжении нескольких тысяч часов приводит к погрешности, не превьш1ающей 0,035% от величины измеряемой температуры. Введение коррекции аддитивной составляющей погрешности устройства позволяет использовать вместо входного усилителя МДМ-ка налом простой усилитель постоянного тока без каких-либо преобразований.

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий первичный измерительный преобразователь температуры, источник напряжения смещения, подключенный к первому входу коммутатора,. выход которого через интегратор и нуль-орган подключен к первому входу блока управления, выходы которого подключены к второму входу коммутатора, схеме индикации полярности, цифровому отсчетному устройству, схеме линеаризации и первым входам двух селекторов, вторые входы которых соединены с выходом генератора опорной, частоты, при этом выход первого селектора через схему линеаризации подключен к цифровому отсчетному устройству, а выходы второго селектора подключены к входам реверсивного сче чика, выход которого соединен с вторым входом блока управления, о тличающййся тем, что, с целью повышения точности- измерения температуры при использовании в качестве первичного измерительного преобразователя термопреобразователя сопротивления, в него введены повторитель напряжения, два переключателя, источник тока, последовательно соединенные первьй и второй образцовые резисторы И суммирующий усилитель, входы которого соединены с подвижными контактами переключателей соответственно, управляющие входы которых соединены с выходами блока управления, первые входы соединены с общим проводом усилителя, а вторые входы соответственно подключены к точке соединения образцовых резисторов и точке соединения первого соединительного провода тер§ мопреоСразователя сопротивления с первым выводом источника тока, второй вывод которого через второй и первый образцовые резисторы и второй соединительный провод подключен к второму выводу термопреобразователя сопротив9 :« ления, соединенн.ому через третий соединительный провод с общим проводом д со усилителя, при этом потенциальные выводы второго образцового резисто- ра через повторитель напряжения подключены к третьему входу коммутатора четвертый вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя.