Устройство для измерения разности температур Советский патент 1985 года по МПК G01K3/08 G01K7/16 

1 Изобретение относится к области температурных измерений, а более конкретно к устройствам для измерения разности температур с использованием термопреобразователей сопротивления . Известно устройство для измерени разности температур, содержащее диф ференциальньй мост с двумя термообразователями сопротивления, одна диагональ которого соединена с гене ратором импульсов, а другая подключ на к входу нуль-органа, выход которого через цифровой автомат подключен к управляющему входу цифрового делителя напряжения, включенного в пл чо моста l 1. Известно устройство для измерени разности температур, содержащее Диф ференциальньй мост, одна диагональ которого подключена к источнику переменного напряжения, а другая к входам дифференциального усилителя, выход которого через второй уси литель и сумматор подключен к входу преобразователя напряжения в час тоту С21. Однако эти устройства не обеспечивают высокой точности измерения в широком диапазоне температур из-з нелинейности дифференциального моста . , Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство гц1Я измерения разности температур, содержащее два термопре образователя сопротивления, первые выводы которых соединены между со бой, конденсатор, генератор опор-ной частоты, выход которого через ключ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, информационный вькод которого соединен с входом блока индикации, а установочный вход подключен к выходу блока управ ления, а также переключатель, управ ляющие входы которого соединены с блоком управления, компаратор, источник постоянного тока. В этом уст ройстве, с помощью переключателя, источника постоянного тока, конденсатора и компаратора на выходе последнего формируется последовательность чередующихся импульсов, длительность которых пропорциональна температуре термопреобразовате;лей. Эти импульсы заполняются импульсами от генератора опорной час942тоты и подсчитываются счетчиком таким образом, что на его выходе формируется код, пропорциональный разности измеряемых температур З J. Однако это устройство не обеспе- , чивает высокой точности измерения разности температур из-за влияния на результат измерения нестабильности источника тока. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения разности температур, содержащее два термопреобразователя сопротивления, первые выводы которых соединены между собой, конденсатор, генератор опорной частоты, выход которого через ключ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, информационный выход которого соединен с входом блока индикации,,введены три триггера, схема ИЛИ, два исполнительных ключа, делитель напряжения на резисторах, преобразователь уровня и дифференциальный усилитель, первый вход которого через конденсатор соединен с общей шиной устройства и непосредственно с первыми выводами термопреобразователей сопротивления вторые выводы которых соответственно через дополнительные ключи подключены к выходу усилителя, а второй вход дифференциального усилителя соединен со средней точкой делителя напряжения, включенного между общей шиной устройства и выходом усилителя, соединенным через преобразователь уровня с первым входом схемы ИЛИ и счетным входом первого триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу ключа, а зход разрешения счета и инверсньй выход подключены соответственно к выходу и счетному входу второго триггера, установочный вход которого соединен с выходом блока управления-и первым входом третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом переноса реверсивного счетчика, а инверсный и прямой выходы подключены соответственно к знаковому входу блока индикации и второму входу схемы ИЛИ, выход которой соединен с управляющим входом реверсивного счетчика. На чертеже представлена функцио- нальная схема устройства.

3

Устройство содержит два термопреобразователя 1 и 2 сопротивления, два дополнительных ключа 3 и 4, выполненных, например, на транзисторах и резисторах, конденсатор 5, делитель напряжения на резисторах 6 и 7, дифференциальный усилитель 8, преобразователь 9 уровня, например усилитель с заданным коэффициентом усиления и выходным сопротивлением, генератор 10 опорной частоты, ключ 11, реверсивный счетчик 12, триггеры 13-15, схему ИЛИ 16, блок 17 индикации и блок 18 управления.

Устройство работает следуюгцим образом.

На выходе дифференциального усилителя 8, работающего в режиме ограничения, формируется последовательность прямоугольных импульсов.

Пусть в начальный момент времени напряжение на, выходе усилителя В становится положительным. При этом открывается ключ 3, и конденсатор 5 начинает заряжаться через термопреобразователь 1 сопротивления.

Напряжение на первом входе усилителя 8 становится равным

и.и.

.R,.R -о где Е и Е - сопротивление резисторов 6 и 7j Ug - напряжение ограничения

усилителя 8.

Напряжение на втором входе усилителя изменяется по экспоненциальному закону

t

) ),

где и (01 - напряжение на конденсаторе 5 в начальный момент времени,

(f,M -.

Ку - сопротивление термопреобразователя 1 при температуре е ,

С - емкость конденсатора 5,

t - время.

В момент времени t , когда напряжение и достигнет значения U , напряжение на выходе усилит€шя 8 становится отрицательным. Таким образом на выходе усилителя 8 формируется

143994

положительный

импульс, длительно- стью

U2Когда напряжение на выходе усилителя 8 становится отрицательным, ключ 3 закрывается, а ключ 4 открывается, и конденсатор 5 зар.-жается через термопреобразователь 2 сопротивления. При этом происходит формирование отрицательного импульса с длительностью

()

2 Последовательность прямоугольных импульсов с выхода усилителя 8 через

преобразователь 9 уровня поступает на первый вход схемы ИЛИ и счетный вход триггера 15. (Преобразователь 9 уровня необходим для согласования выхода усилителя с входами цифровых микросхем).

По команде с блока 18 управления на информационном выходе счетчика 12 и прямом выходе триггера 13 устанавливается сигнал логического нуля,

0 а на выходе триггера 14 - сигнал

логической единицы, который поступает на вход разрешения счета триггера 15. При поступлении на счетный вход триггера 15 переднего фронта

5 первого положительного импульса с выхода преобразователя 9 уровня на его выходе устанавливается сигнал логической единицы, который открывает ключ 11, и импульсы с генератора 10 опорной частоты начинают

поступать на счетный вход реверсивного счетчика 12. При этом счетчик 12 включается на суммирование, так как на его управляющий вход с выхода

5 схемы ИЛИ 16 поступает сигнал 1. При появлении отрицательного фронта на выходе преобразователя 9 уровня реверсивный счетчик переключается на вычитание, так как на выходе

0 схемы ИЛИ 16 устанавливается сигнал О. При поступлении второго положительного фронта на счетный вход триггера 15 на прямом вьпсоде его устанавливается сигнал О, на инверсном - 1, ключ 11 закрывается, а положительный фронт, поступивший на счетньй вход триггера 14, устанавливает на его выходе О, запре5.

щающий переключение триггера 15. Результат измерения, полученный в реверсивном счетчике 12, отображается блоком 17 индикации.

Если длительность отрицательного импульса больше длительности положительного, то в процессе работы реверсивного счетчика 12 на вычитание он устанавливается в нулевое состояние, а на выходе Переноса появляется сигнал 1. В этом случае на прямом выходе триггера 13 устанавливается сигнал 1, на инверсном - О, что соответствует отрицательному знаку результата измерения, а реверсивный счетчик переключается на суммирование, так как на выходе схемы ИЛИ 16 появляется сигнал 1. Окончание измерения происходит аналогично.

Таким образом, при линейной зави симости сопротивления термопреобразователей 1 и 2 от температуры число импульсов, полученное в реверсив

К)3994

ном счетчике 12, пропорционально раз,ности измеряемых температур

..N

()

где fg - частота генератора-10-,

d- - температурный коэффициент сопротивления термопреобразователей 1 и 2;

RO - сопротивление термопреобразователей 1 и 2 при . Наличие новых элементов (триггеров, схемы ИЛИ, дифференциального усилителя, дополнительных ключей, делителя напряжения) выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет повысить точность измерения разности температур и его надежность.

Устройство может быть целиком выполнено на микромощных серийных микросхемах, что позволяет значительно уменьшить его энергопотребление, а также габариты и вес.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР, содержащее два термопреобразователя сопротивления, первые выводы которых соединены между собой, конденсатор, генератор опорной частоты, выход которого через ключ соединен со счетным входом реверсивного счетчика, информационный выход которого соединен с входом блока индикации, а установочный вход подключен к выходу блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введе- . ны три триггера, схема ИЛИ, два дополнительных ключа, делитель напряжения на резисторах, преобразователь уровня и дифференциальный усилитель, первый вход которого через конденсатор соединен с общей шиной устройства и непосредственно с первыми выводами термопреобразователей сопротивления , вторые выводы которых соответственно через дополнительные ключи подключены к выходу усилителя, а второй вход дифференциального усилителя соединен со средней точкой делителя напряжения, включенного между общей шиной устройства и выходом усилителя, соединенным через преоб- с разователь уровня с первым входом (Л схемы ИЛИ и счетным входом первого триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу ключа, а вход разрешения счета и инверсный выход подключены соответственно к S выходу и счетному входу второго | триггера, установочный вход Которого соединен с выходом блока управления и первым входом третьего триггера , второй вход которого соединен с вы- ОЭ ходом, переноса реверсивного счетчи- Q ка, а инверсный и прямой выходы под- Pjp ключены соотйетственно к знаковому ||2h входу блока индикагщи и второму вхоцу схемы ШШ, вькод которой соединен с управляюгчим входом реверсивного счетчика.