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

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры термопреобразователями сопротивле ния с регулировкой протекающего чере них измерительного тока. При измерении температуры термопреобразователем сопротивления точность измерения зависит от величины измерительного тока. Чем меньше величина измерительного тока, тем мен ше оршбка измерения, обусловленная нагревом термопреобразователя, но тем чувствительнее должна быть измерительная аппаратура, которая регистрирует изменение сопротивления термопреобразователя, характеризующее изменение температуры. Поэтому для каждого термопреобразователя со противления существует оптимальное значение измерительного тока, зависящее от конструкции термопреобразо вателя и величины его сопротивления Известно устройство для измерени температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в уравновешенную мостовую схему с п ременным резистором в цепи питания, движок которого механически связан движком расхода. В этом устройстве i при изменении температуры изменяетс величина измерительного тока таким образом, что мощность, вьщеляемая термопреобразователем, не изменяется,что позволяет обеспечить постояв ство погрешности самонагрева и учесть ее при калибровке устройства 1 . Недостатками устройства являются низкая точность измерения и низкое быстродействие вследствие наличия механических элементов. Известно устройство дпя измерени температуры, содержащее термопреобр зователь сопротивления, включенный цепь регулируемого источника тока и подключенный к входу усилителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которо го соединен с выходом источника опо ного напряжения, а выход подключен к управляющему входу регулируемого источника тока, источник компенсиру ющего напряжения, подключенный к входу усилителя 21.. В этом устройстве при изменении температуры изменяется величина , питающего термопреобразователь, что позволяет обеспечить линеаризацию характеристик некоторых термопреобразователей. Однако это устройство не может обеспечить оптимального значения измерительного тока для термопреобразователей с различными характеристиками. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения активного сопротивления, которое, при включении термопреобразователя сопротивления вместо измеряемого резистора может быть использовано для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, два гщфроаналоговых преобразоватепя, схему сравнения, ключ, блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляюпр1ми входами ключа и первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, а также эталонный резистор, второй блок управления С31. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что в нем величина измерительного тока выбирается неоптимальным образом. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляющими входами ключа и первого цифроаналогового преоб.разователя, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, введены операционный усилитель, управляемый источник тока и преобразователь кодов, вход которого соединен с выходом цифрового регистра первого цифроаналогового преобразователя, а выход через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к управляющему входу управляемого источника тока, первый вывод которого подключен к общей шине устройства, соединенной со схемой сравнения, первым цифроаналоговым преобразователем и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй вывод через ключ подключен к первому токовому выводу термопреобразонателя сопротивления, второй токовый выво;1 котороо соединен с в ходом операционного усилителя, а по тенциальные выводы термопреобразова теля сопротивления соответственно сое динены с инвертирующим входом операци онного усилителя и вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом первого цифроанапогового пре образователя. Наличие в устройстве преобразова теля кодов позволяет в процессе работы устройства непрерывно регулиро вать величину измерительного тока кодом эталонного напряжения по закону, определяемому формулой 3i / 1 т о -ч RUe) ,,J.««/ где 3- - величина измерительного тока; R-(6) - значение сопротивления термопреобразователя, соот ветствующее температуре 0; О - эталонное напряжение, вели чина которого выбирается зависимой от температуры. Значение Ug выбирается в каждой i-й точке диапазона измерения в пре делах допустимой мощности рассеивания Р, (0икс, где Р0„а смаксимальное значение сопротивления термопреобразователя, через интервал, соответствующий точности измерения температуры At-, с приращением напряжения /SU, равным шагу квантования эталонного напряжения Ug . Величина установленного тока 1,определяется из условия сравнения измеряемого напряжения с эталонным u. j;R(e) n , В соответствии с выражениями (1) и (2) преобразователь кодов имеет функцию преобразования, определяемую выражением . где N.(Dj) - код устанавливаемого тока, соответствуюпщй то- КУ 1( ; (jt) - код эталонного напряжения, соответствующий U,.. Наличие в цепц питания термопреобразователя ключа, которьпЧ открывается сигналом с блока управления только на время преобразования измеряемого сигнала с термопреобразователя, по чволяет уменьшить среднюю мощность рассеивания и тем самым дополнительно повысить ток питания термопреобразователя, а следовательно, и точность преобразования. На чертеже приведена бло,:-схема устройства. Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, управляемый источник 2 тока, операционный усилитель 3, схему 4 сравнения, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, блок 6 управления, преобразователь. 7 кода, второй ЦАП 8 и ключ 9. Преобразователь 7 кода может быть выполнен в виде программируемой логической матрицы (ШТМ), широко используемой при выработке микро-программ в микропроцессорах и состоящей из двух матриц, первая из которых реализует на выходных шинах функцию ИЛИ, а вторая - функцию И, при этом выход первой матрицы подключен к входу второй. Управляемый источник 2 тока, схема сравнения, ключ могут быть выполнены на стандартных микросхемах по обычным схемам. В качестве блока управления может быть использован генератор импульсов, формирующий на своих выходах управляющие импульсы, следуюпц е через определенный интервал времени. Устройство работает следующим образом. При включении устройства по сигналу с блока управления замыкается ключ 9, а на выходе ЦАП 5 формируется эталонное напряжение U , например, минимального уровня, соответствующее минимально возможной измеяемой температуре, которое поступает на вход схемы 4 сравнения. Одноременно с выхода цифрового региста ЦАП 5 на вход преобразователя 7 одов подается код N(Uj,), соответтвующий значению напряжения Uj, . ри этом на выходе преобразователя кодов в соответствии с зависиостью (3) формируется код N (I-), оторый подается на вход второго АП 8. По сигналу с выхода ЦАП 8 сточник 2 тока формирует в соответтвии с зависимостью (1) ток 1,, который протекая через термопреобразователь, создает на нем падение напряжения (б), Сигнал U с термопреобразователя 1 сопротивления подается на второй вход схемы 4 сравнения, где сравнивается с напря жением и . Если эти,напряжения в пределах дискретности эталонного на пряжения равны, то на этом процесс измерения заканчивается. При этом код N,(Uj) пропорционален измеряемо температуре. Если эти напряжения не равны, то по сигналу с выхода схемы сравнения на выходе ЦАП 5 формируетс эталонное напряжение U., отличающееся от Uj на величину аи, а на выходе его цифрового регистра - код Nj,(Uj ). В соответствии с зависимостью (3) источник 2 тока формирует ток 12, отличаюпрйся от тока 1 на величину.дЗ, а на вход схемы 4 сравнения поступает напряжение (e),-которое сравнивается с. напряжением Этот процесс сравнения напряжений и изменения тока будет продолжаться до момента раве ства напряжений U,- и Ug. с точностью до половины дискретности зна чения напряжения ди. При этом код Ni(Ujp , сформированный на выходе ЦАП 5, будет являться цифровым эквивалентом измеряемой температуры. Устройство позволяет повысить точность измерения в несколько раз за счет повышения тока питания термо преобразователя на участках диапазона с низкой чувствительностью термопреобразователя. Одновременно с этим устройство обеспечивает линеаризацию выходной характеристики термопреобра зователя любого типа, длл чего достаточно выбрать численное значение эталонного напряжения U (в) в линейной зависимости от измеряемой температуры. Кроме того, наличие операционного усилителя в цепи питания термопреобразователя позволяет прн четырехпроводной схеме включения тер опреобразователя подключать источник тока к общей шине устройства, .-.v ..a л тлцкп ошне устройства, то повышает его помехозащищенность.

УСТРОЙСТВО /ЩЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, .содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, вы ходы которого соответственно соеднне ны с управляющими входами ключа и .первого цифроаналогового преобразс)за теля, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности изме рения температуры, в него введены оп рационный усилитель, управляемый источник тока и преобразователь кодов, вход которого соединен с выходом цифрового регистра первого цифроаналогового преобразователя, а выход через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к управляющему входу управляемого источника тока, первый вывод которого подключен к общей шине устройства, соединенной со схемой сравнения, первым цифроаналоговым преобразователем и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй вывод через ключ подключен к первому токовому выводу термопреобра-д зователя сопротивления, второй токо- S вый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, а потенциальные выводы термопреобразователя JCZI сопротивления соответственно соеди- I . . - . нены с инвертирующим входом операцион- 3 ного усилителя и вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом первого цифроаналоговогоj |у преобразователя..рГГ