Устройство для измерения температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/00 

в

VtHt KB- Изобретение относится к те1Йпературным измерениям,, а точнее к устройствам для измерения температуры полупроводниковыми терморезисторами с коррекцией нелинейности терморезистора. Известно устройство для измерения температуры с линеаризацией характеристики термопреобразователя, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в мостовую схему, усилитель, вход которого сое динен с выходной диагональю мостово схемы, а выход через преобразовател напряжение - так подключен к мостовой схеме ij . Недостатком устройства является то, что оно не может обеспечить с высокой степенью точности линеаризацию характеристики полупроводникового терморезистора. Известно устройство для измерени .температуры, в котором линеаризация характеристики термопреобразователя осуществляется путем дабавления к выходному сигналу термопреобразователя дополнительного корректирующего сигнала 2 . Однако устройство работает тольк в комплекте с автоматической вторич ной аппаратурой п содержит большое количество дополнительных реохордов с трущимися контактами, что снижает быстродействие и надежность его работы. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, сумматор, выход которого соединен с первым входом компаратора (блока сравнения), второй вход которого соединен с выходом ге нератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации (запуска) , подключенный к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, а также измеритель временных инте:рвалов, квадратичный преобразователь з . Однако известное устройство устраняет нелинейности лишь простейшего вида, свойственные термопреобразователям, статическая характеристика которых описывается зависимостью 0(0) а+Ъ8 + с6, где а, b и с постоянные коэффициенты,- При использовании же в качестве первичного преобразователя температуры полупроводникового терморезистора, статическая характеристика которого отписывается более сложной и резко нелинейной зависимостью, это устрой ство ре обеспечивает необходимой степени, линеаризации. К недостаткам относится также низкая надежность устройства, связанная с тем, что отказ любого из блоков (за исключением квадратичного преобразователя) влечет за собой полный отказ всего устройства. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры, а также повышение надежности устройства при использовании в качестве первичного преобразователя полупроводниковсэго терморезистора. Поставленная цель достигается тем, что в устройство- для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, сумматор, выход которого соединен, с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации, подключенный к управляющему входу генератор1а линейно изменяющегося напряжения, введены предварительный линеаризатор, запоминающее устройство, ключ и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу блока синхронизации и входу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу запоминающего устройства, выход которого соединен с першам входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу предварительного линеаризатора, соединенного с термопреобразователем. Введение в состав устройства предварительного линеаризатора, выполненного, например, по схеме трехточечной линеаризации, позволяет линеаризовать температурную зависимость сопротивления полупроводникового термопреобразователя таким образом, что форма распределения погрешности остаточной линейности по шкале температур графически подобна виду синусоиды. Наличие же элементов канала коррекции (генераторов линейно изменяющегося напряжения и синусоидального напряжения, блока синхронизации компаратора, ключа и запоминающего устройства) позволяет сформировать корректирую1пее напряжение, форма распределения которого по шкале температур имеет вид синусоиды. Суммирование выходных напряжений предварительного линеаризатора и канала $ оррекции приводит к исключению погрешности остаточной нелинейности из результата измерейия температуры. На фиг.1 приведена структурная ; схема устройства; на - зависимости, графически поясняющие принцип действия устройства: а - статическая характеристика термопреобразователя, 8 - зависимость напряжения на выходе предварительного линеаризатора от температуры, Ь - вид сигнала на выходе генератора синусоидального напряжения, г - вид си нала на выходе генератора линейно изменяющегося напряжения и его соотношение с выходным напряжением устройстра. до наступления установив шегося режима, 9 - зависимость напряжения на выходе устройства от температуры, на фиг.З - схемы предверительных линеариэаторов. Устройство (фиг,1) содержит термоп)еобразователь 1, предварительный линеаризатор 2, сумматор 3, генератор 4 синусоидального напряжения, блок 5 синхронизации, генератор б линейно изменяющегося напряжения, компаратор 7, ключ 8, запоминающее устройство 9. Предварительный линеаризатор 2 представляет собой устройство, преобразующее резко нелинейную зависимость сопротивления терморезистора от его температуры R f(S) (фиг.2а) в близкую к- линейной температурную зависимость выходного на пряжения iu,, f(0) (фиг,25). Необходимы1.1 требованием к предварительному линеаризатору является обе печение им перегиба зависимости f(9) в середине контролируемог диапазона температур (при в) , Для получения требуемого вида выходного сигнала предварительный линеаризатор может быть выполнен, например, в виде мостовой схемьл (фиг.За) или по схеме с источником 10 тока (фиг.ЗВ). При соответствующем подбо ре резисторов в этих схемах зависимость выходного сигнала U(j от температуры будет близка к синусои дальной. Симметричность, выходного сигнала линеаризатора относительно линейной функции в обоих схемах достигается выбором QC 0,5(), т.е. перегибом функции и, f(S) в середине температурного диапазона. Сумматор 3 осуществляет суммирование этого предварительно линеаризованного напряжения с корректирующим напряжением,, вырабатываемым каналом коррекции. Генератор 4 служит для формирования синусоидального на i пряжения, а генератор 6 - длА формирования линейно изменяющегося напряжения. Блок 5 синхронизации обес печивает синхронную работу генераторов 4 и б и ключа 8. Компаратор 7 сравнивает напряжения, поступающие с выходов герератора б и сумматора 3, ив момент их равенства выдает сигнал. Ключ 8 предназначен для пропускания напряжения с генератора 4 на запоминающее устройство 9, которое запоминает это напряжение. Устройство работает следующим об разом. Температура S контролируемого объекта, воздействуя на термопреоб,1эазователь 1, приводит к изменению .его сопротивления (,фиг.:2а). Это изменение преобразуется схемой предварительного линеаризатора 2 в напряжение и ид f(0)J которое относительно точек линеаризации б„ , в и Sc 0,5(8(, + б|) принимает вид, показанный на Лиг.25. .Напряжение и,,/, ППА соответствующее температуре с, и включающее в себя.нескорректированную погрешность нелинейности л ,-, поступает на первый вход сумматора 3, на второй вход которого подается напряжение , равное (после наступления установившегося режима) йи„д;, но с противоположным знаком. Это корректирующее напряжение формируется следующим образом. Генератор.3 вырабатывает синусоидальное напряжение Uj, с периодом Т (фиг;2б), амплитуда которого пропорциональна величине максимального значения погрешности предварительной линеаризации ( АУцд );ца(,. Одновременно генератор б вырабатывает линейно возрастающее напряжение с тем же периодом (фиг.2/г и максимальным значением (в конце периода развертки пропорциональным напряжению (Uu.) I Работа обоих генераторов 4 п. , И б синхронизируется с помощью блока 5 синхронизации так, что генератор б запускается при переходе напряжения через нулевое значение от отрицательного к положительному. В моменты времени t(, t, t; , когда напряжение на выходе генератора б становится равным напряжению на выходе сумматора 3, срабатывает компаратор 7.и открывает ключ 8, который пропускает на запоминающее устройство 9 мгновенное значение синусоидального напряжения, соответствующее в момент tj величине корректирующей добавки .,. Запоминающее устройство 9 поддерживаетна втором входе сумматор 3 это значение до следуюг щего момента появления равенства сравниваемых напряжений, т.е. до очередного срабатывания ключа 8. В момент запуска устройства на выходе сумматора 3 ивы Цнлл, но.в течение нескольких (практически ; двух-трех) периодов (фиг.2г) наступает установившийся режим и Ugj, Ц,,,-iUcH. Следовательно устройство вырабатывает на выходе напряжение, пропорциональное измеряемой.температуре,.т.е. и„ к 9. Это напряжение может быть преобразовано в результат измерения температур в с или Кельвина с по(мощью известных аналоговых и цифровых регистрирукнцих устройств, которые подключаются к выходу- cy waToра 3. .. Погрешность линеаризации определяется тем, насколько форма завися- мости uU, f(0) отличается от формы синусоиды. Так, известно, что ста тическая характеристика, поликристаллического терморезистора описывается формулой R А.ехрВ/(273 + 8) В случае, если 4000 К, 8,.

л -Л П

ОС, аб|, , погрешность нелинейности после предварительной линеаризации с помощью мостовой схемы составит 5-6%. Отличие же форм остаточной нелинейности и синусоиды

не превьлшает i 10%. Таким образом, погрешность устройства снижается в 10 раз и не превьвиает 0,6%.

Надежность предлагаемого устройства выше, так как отказ любого из блоков канала коррекции или всей корректирующей части приведет лишь к возрастанию погрешности измерения но работоспособность устройства в целом сохранится.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобраэователь,су «1матор,выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации, подключенный к управляющему входу генератора ли 1ейно изменяющегося напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения.температуры, в него введены предварительный линеаризатор, запсилингтощее устройство, ключ и генератор синусоидгшьного напряжения, выход которого подключен к входу блока синхронизации и входу ключа, управляющий вход которюго соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подклю-§ чен к выходу предварительного линеа л ризатора, соединенного с термопреобразователем.

Пце Зарительюй линеа(К1затор2

Предварительный линеаршатор 2

J.