Устройство для измерения температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/12 G01K7/02 

Изобретение относится к устройствам для температурных измерений и может быть использовано при измереНИИ и контроле температуры с помощью термоэлектрических преобразователей.

Известно устройство для измерения температуры, в котором термоэлектрический преобразователь через модулятор подключен к усилителю переменного тока, выход которого соединен с входом демодулятора 1.

Однако данное устройство не обеспечивает высокой точности измерения из-за наличия коммутационных помех, возникающих при работе ключей модулятора и демодулятора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные термоэлектрический преобразователь, подключенный через модулятор к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом компенсатора термо-ЭДС свободного спая термоэлектрического преобразователя, а выход через демодулятор подключен к выходному блоку, и генератор парафазного напряжения 2.

Однако известное устройство не обеспечивает высокой точности измерения и требует индивидуальной градуировки каждого устройства. Коммутационные помехи, возникающие при работе ключей модулятора, наличие цепей коррекции усилителя от- самовозбуждения, приводящих к искажению прямоугольной формы усиливаемого переменного сигнала с выхода модулятора, а также наводки на входы усилителя через паразитные емкостные связи от генератора парафазного напряжения, вызывают появление на выходе демодулятора постоянного напряжения, изменяющегося и широких пределах при изменении темпе атуры окружающей среды, .что и приводит к указанным недостаткам. При этом величина этого напряжения растет с увеличением часто ты модуляции,что не Позволяет обеспечить микроминиатюризацию устройства.

Цель Изобретения- - повьпиение точности измерения и упрощение градуировки устройства.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения температуры, содержащее последовательно

соединенные термозлектрический преобразователь, подключенный через модулятор к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с вькодом компенсатора термо-ЭДС свободного спая термоэлектрического преобразователя, а выход через демодулятор подключен к вькодному блоку, и генератор парафазного на:Пряжения, введены два Т-триггера, D-триггер, элемент задержки, первый элемент И-НЕ, цепь развязки, инвертор, первый и второй ключи, усилитель с парафазным трансформаторным выходом, второй элемент И-НЕ, входы которого соответственно соединены с первым выходом генератора парафазного напряжения и инверсным выходом первого Т-триггера, а выход через инвертор соединен с R-входом D -триггера, инверсньш и прямой выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, С-вход соединен с выходом первого элемента И-НЕ, первый вход которого через элемент задержки соединен с вторым выходом генератора парафазного напряжения и входом первого Т-триггера, выход которого подключен к второму входу первого элемента И-НЕ,D-входу Т)-триггера и входу второго Т-триггера, выходы которого соединены с управлякяцими входами модулятора и компенсатора термо-ЭДС свободного спая, при этом управлякицие входы демодулятора подключены к выходам усилителя с парафазным трансформаторным выхоДО.М, вход которого соединен с выходом первого ключа и через второй ключ подключен к общей шине устройства, а вход первого ключа через цеПь развязки соединен с Лрямым выходом второго Т-триггера.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения температуры; на фиг. 2 - осциллограммы напряжений на выходах элементов.

Устройство для измерения температуры содержит термоэлектрический преобразователь 1, модулятор 2, усилитель 3 переменного тока, демодулятор 4, выходной блок 5, компенсатор 6 ЭДС холодного слоя термоэлектрического преобразователя, генератор 7 парафазного напряжения, первый Ттриггер 8, второй Т-триггер 9, элементы 10 задержки, первый элемент И-НЕ 11, второй элемент И-НЕ 12, инвертор 13,Б-триггер 14, цепь развяз.3113 ки 15, первый ключ 16, второй ключ 17 и усилитель 18 с парафазным трансформаторным выходом. Устройство работает следующим образом. Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя, пропорциональный разности температур рабочего и свобод ногЬ спаев, через модулятор 2, преобразующий постоянное напряжение в переменное, поступает на инвертирующий вход усилителя 3. На неинвертирующий вход усилителя 3 поступает сигнал с выхода компенсатора 6 ЭДС холодного спая термопары, противоположной по фазе сигналу с выхода модулятора. На выходе усилителя 3 возникает I переменный сигнал, пропорциональный контролируемой температуре, который поступает на вход демодулятора 4. Осциллограмма напряжения, поступа ющего на вход демодулятора 4, представлена на фиг. 2 р (V ) . Его период в четыре раза больше периода колебаний генератора 7 парафазного напряжения. Напряжение, поступающее НА управляющие входы демодулятора 4 с трансформаторного выхода усилителя 18 представлено на фиг, 2н (V) фиг. 2о (. Формирование этого управляющего напряжения происходит следующим обра зом. На D-вход триггера 14 поступает напряжение Vg (фиг. 2е), образованное от инверсии суммы напряжения V, (фиг. 29 с прямого выхода триггера 8) и напряжения V (фиг. 2 с с прямого выхода генератора 7). На R-вход триггера 14 поступает напряжение У(фиг. 2з , образованное от инверсии.напряжения V, (фиг. 2), являющегося, в свою очередь, результатом инверсии напряжения V-(фиг.2 5 с инверсного выхода генератора 7) и напряжения V (фиг. 2 а, с инверсного выхода триггера 8). В результате на прямом выходе триггера 9 уровень 1 (осциллограмма Vg фиг. 2 и) появляется в момент появления 1 на С-входе, а уровень О на этом выходе появляется в момент появления 1 на R-вкоде. Однополярное напряжение с выхода триггера 9 превращается на выходе элемента 15 развязки в переменное напряжение Ч, (фиг.2л). Ключи 16 и 17, управляемые инверсным и прямым напряжением триггера 14, обеспечивают появление на входе усилителя . 18 напряжение вида У (фиг . 2м) После усиления входного сигнала V на трансформаторном выходе усил теля 18 появляется напряжение V 13 поступающее на управляющие входы демодулятора 4. Напряжение на управлянщих входах демодулятора гальванически развязано от усиливаемого сигнала благодаря трансформатору усилителя 18. Так как длительность управляющих сигналов демодулятора V и меньше длительности периода сигнала Vf(, вых т. е, усиленный сигнал термоэлектрического преобразователя на вьпсоде усилителя выпрямляется только в течение времени установившегося значения выходного напряжения, коммутационные помехи на выходе усилителя 3 не выпрямляются фазочувствительной схемой 4 и на выходе демодулятора отсутствует смещение нуля. Значение выпрямленного напряжения демодулятора не влияет на изменение фронтов выпрямляемого напряжения, зависящее от цепей коррекции усилителя и наличия помех на вхо }це усилителя. По сравнению с прототипом устройртво имеет более высокую точность измерения, так как в нем во всем диапазоне измерения из выходного сигнала исключается нестабильность, вызванная нестабильностью смещения ну ля устройства, а кроме того, это устройство не требует перед измерением установки нулевого выходного сигнала (при нулевой температуре), т.е. начальной градуировки.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее последовательно соединенные термоэлектрический преобразователь, подключенный через модулятор к первому входу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом компенсатора термо-ЭДС свободного спая термоэлектрического преобразователя, a выход через демодулятор подключен к выходному блоку, и генератор парафазного нaпpkжeния, отличающеес я тем, что, с целью повьппения точности измерения и упрощения градуировки устройства, в него введены два Т-триггера,В -триггер, элемент задержки, первый элемент И-НЕ, цепь развязки, инвертор, первый и второй ключи, усилитель с парафазным трансформаторным выходом, второй.элемент И-НЕ, входы которого соответственно соединены с первым выходом генератора парафазного напряжения и инверсным выходом первого Т-триггера, a выход через инвертор соединен с Rвходом D -триггера, инверсный и прямой выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, С-вход соединён с выходом первого элемент И-НЕ, первый вход которого через элемент задержки coetдинен с вторым выходом генератора i парафазного напряжения и входом первого Т-триггера, выход которого под(Л ключен к второму входу первого элемента И-НЕ,D -входу D-триггера и вхоС ду второго Т-триггера, выходы которого соединены с управляющими входами модулятора и компенсатора термо-ЭДС свободного спая, при этом управляющие входы демодулятора подключены к выходам усилителя с парафазным транссо форматорным выходом, вход которого соединен с выходом первого ключа и 00 00 через второй ключ подключен к общей шине устройства, a вход первого клю ча через развязки соединен с прямым выходом второго Т-триггера.