Устройство для измерения температуры (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК G01K7/42 G01K7/21 

первого ключа, а выход через делитель подключен к второму входу дифференциального усилителя, преобразователь напряжения в длительность импульсов, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, третий ключ, выход которого через - балластный резистор соединен с первым выводом термопреобразователя сопротивления, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, мультивибратор, первый вход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ; ключей и управляющим входом первого ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющим входом милливольтметра, подключенного к термопреобразователю сопротивлеотличающееся тем.

ния.

что, с целью повьш1ения точности измерения температуры и быстродействия устройства, в него введены второй ждущий мультивибратор, источник опорного напряжения, схема сравнения, последовательно соединенные масштабный усилитель, синхронньй

151834

детектор и операционньш усилитель, усилитель с управляемым коэффициентом передачи и генератор переменного напряжения, первый вькод которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, а второй выход подключен к измерительному мосту, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, при этом второй выход мультивибратора через второй ждущий мультивибратор, подключен к управляющему входу первого ключа, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, входы схемы сравнения соответственно соединены с выводами балластного резистора и выходом источника опорного Нсшряжения, управляющий вход которого соединен с выходом третьего ключа, а выход схемы сравнения соединен с управляющим входом усилителя с управляемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в длительность импульсов, а выход- подключен к входу третьего ключа.

1. Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в ..плечо измерительного моста, интегратор, вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй ключ, вход которого соединен с входом первого ключа, а выход через делитель подключен к второму входу дифференциального усилителя, преобразователь напряжения в длительность импульсов, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход через третий ключ и балластный резистор соединен с первым выводом термопреобразователя -сопротивления, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, мультивибратор, перпьм выход которого соединен с управляющими входами второго и трет1.егч1 ключей и управляющим входом гг«рвого ждущего мультивибратора, п1гк(Л которого соединен с упра.

Изобретение относится к температурным измерениям, а точнее к устройствам для измерения температуры с дополнительным нагревом термопреобразователя сопротивления. , , 5

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термодатчик, выполненный в виде термокомпенсационного преобразователя, измерительные выводы которого подключены О к входу компаратора с блоком гальванического разделения, выход которого через схемы И подключен к входам реверсивного счетчика, преобразователь код-ток, вход которого сое- 15 динен с выходом реверсивного счетчика, а выход подключен к компенсационным выводам термодатчика lJ ..

Однако устройство требует для своей работы специальный термодатчик. 20

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры.

содержащее термопреобразователь сопротивления, включенньй в плечо измерительного моста, интегратор, вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй ключ, вход которого соединен с входом первого ключа, а выход через делитель подключен к второму входу дифференциального усилителя, преобразователь напряжения в длительность импульсов, состоящий из генератора пилообразного напряжения и широтно-импульсного модулятора, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход через третий ключ и балластный резистор соединен с первым выводом термопреобразователя сопротивления, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, мультивибратор, первый выход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ключей и управляющим входом первого ждущего мультивибратора, выход кото рого соединен с управляющим входом милливольтметра, подключенного к термопреобразователю сопротивления Недостатками устройства являются TQ, что в нем не учтена погрешкость от изменения амплитуды токовых импульсов подогрева, определяем соотношением величин сопротивлений балластного резистора и термопреобразователя при нагреве и охлаждении последнего, а также не учитывается тепловая постоянная времени охлаждения термопреобразователя сопротивления во вторую половину периода коммутации, когда отсутствуют импул сы подогрева, что приводит к сущест венной систематической погрешности измерения и снижению быстродействия устройства. Цель изобретения - повышение точ ности измерения температуры и быстродействия устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в плечо измерительного моста, интегратор, вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй ключ, вход которого соединен с входом пер вфго ключа,, а выход через делитель подключен к второму входу дифферен диального усилителя, преобразоваг тель напряжения в длительность импульсов, вход которого соединен с вйходом дифференциального усилителя а выход через третий ключ и балласт ный резистор соединен с первым вы водом термопреобразователя сопротив ления, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, мультивибратор, первый выход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ключей и управляющим входом первого ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющим входом милливольт метра, подключенного к термотгреоб- разователю сопротивления, введены второй ждущий мультивибратор, источник опорного напряжения, схема сравнения, последовательно соединен ные масштабный усилитель, синхрон- ный детектор и операционный усилитель, повторитель напряжения и генератор переменного напряжения, первый выход которого соединён с управляющим входом синхронного детектора, а второй выход подключен к измерительному мосту, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, при этом второй выход мультивибратора через второй ждущий мультивибратор подключен к управляющему входу первого ключа, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, входы схемы сравнения соответственно соединены с выводами балластного резистора и вьпсодом источника опорного напряжения, управлякнций вход которого, соединен с выходом третьего ключа, а выход схемы сравнения через повторитель напряжения подключен к термопреобразователю сопротивления. По второму варианту в устройство для измерения температуры, содержащее термопрёобразователь сопротивления, включенньй в плечо измерительного моста, интегратор, вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход подключен к первому входу дифференциального усилителя, второй ключ, вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход через делитель подключен к второму входу дифференциального усилителя, преобразователь напряжения в длительность импульсов, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, третий ключ, выход которого через балластный резистор соединен с первым выводом термопреобразрвателя сопротивления, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства, мультивибратор, первьй выход которого соединен с управляющими входами второго и третьего ключей и управ- ляющим входом первого ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющим входом милливольтметра, подключенного к термопреобразователю сопротивления, введены второй ждущий мультивибратор, источник опорного напряжения, схема сравнения, последовательно соединенные масштабный усилитель, синхронный детектор и операционный усилитель, усилитель с управляемым коэффициентом передачи и генератор переменного напряжения, первый выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, а второй выход подключен к измерительному мосту, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, при этом второй выход мультивибратора через второй ждущий мультивибратор подключен к управляющему входу первого ключа, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, входы схемы сравнения соответственно соединены с выводами балластного резистора и выходом источника опорного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом третьего ключа, а вы ход схемы сравнения соединен с управляющим входом усилителя с управ. ляемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом.преобраз/)вателя напряжения в длительность импульсов, а выход подключен к входутретьего ключа. На фиг. 1 представлена блок-схем устройства, первый варианту на фиг. то же, второй вариант. Устройство,представленное на фиг. 1 содержит термопреобразовател 1 сопротивления, измерительный мост 2, ключи 3-5, интегратор 6, делитель 7 напряжения, дифференциап ный усилитель 8, преобразователь 9 напряжения в длительность импульсов, мультивибратор 10, балласт«ый резистор 11, милливольтметр 11,жду щие мультивибраторы 13 и 14, схему 15 сравнения, источник 16 опорного напряжения, повторитель 17 напряжения, масштабный усилитель 18, синхронный детектор 19, операдионньй ус литель 20 и генератор 21 переменного напрлкения. В устройстве по второму варианту (фиг. 2) повторитель 17 напряжения отсутствует, а имеется усилителв 22 с управляемым коэффициентом передач Устройство для измерения темпера туры работает следующим образом. Термопреобразователь сопротивления включен в ппечо измерительного моста 2 переменного тока, питаемого от генератора 21 напряжением с частотой «( . Выходной сигнал измерительного моста, пропорциональный приращению сопротивления термопреобразователя через масштабируймый усилитель 18, синхронный детектор 19, в котором он преобразуется в постоянное напряжение, и операцио НЫЙ усилитель 20 поступает на входы ключей 3 и 4, работой которых управляет мультивибратор 10. , Пусть первоначально по сигналам с мультивибратора 10 (на ключ 3 сигнал поступает с задержкой, определяемой ждущим мультивибратором 14) ключ 3 замкнут, а ключи 4 и 5 разомкнуты. При замкнутом ключе 3 интегратор 6 запоминает напряжение на выходе операционного усилителя 20, пропорциональное приращению сопротивления термопреобразователя 1, нагретого до температуры контролируемой среды. и,-5,-, -oL.R-Q.U чувствительность мостовой схемы; К, - коэффициент передачи масштабного усилителя; 2 коэффихдаент преобразования синхронного детектора 1C,- коэффициент преобразования операционного усилителя 20, R и oi - сопротивление и темпера-турный коэффициент сопротивления термопреобразователя , и - напряжение питания измерительного моста. При переключении мультивибратора 10 замыкаются ключи 4 и 5 и выходное напряжение операционного усилителя 20, уменьшенное в и раз делителем 7, поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8, к инвертирующему входу которого приложено запомненное напряжение Uj с выхода интегратора 6. При наличии разности напряжений на выходе усилителя 8 появляется напряжение, которое с помощью преобразователя 9 преобразуется в длительность однополярных импульсов следующих с частотой tJg , отличной от частоты устройстве по первому варианту эти импульсы через ключ 5 и балластный резистор 11, а в устройстве по второму варианту через усилитель 22 с управляемым коэффициентом передачи, ключ 5 и балластньш резистор 11 поступают на термопреобразователь 1 сопротивления. В результате воздействия этих импульсов происходит дополнительный нагрев термопресбразователя, что увеличивает его сопротивление, / и, соответственно, напряжение на вы ходе измерительного моста. Так как частота со следования импульсов с выхода преобразователя 9 отличается от частоты питания моста, то синхро ный детектор реагирует только на сигналы, следующие с частотой GO 4 В результате нагрева термопреобразователя на неинвертирующий вход усилителя 8 поступает напряжение ,-K,-k4l 3«R()- -J 2) где п - коэффициент деления делите ля напряжения 7, 40 - температура перегрева. При возрастании температуры пере грева 69 возрастает напряжение Ug , стремясь к значению Ll .В установившемся режиме, если пренебречь на ряжением статизма замкнутой схемы, входные напряжения усилителя 8 урав ниваются ( Uj 1« ). Из равенства напряжений следует: Температура перегрева 4 О определ ется коэффициентом теплоотдачи термопреобразователя сопротивления С, квадратом действующего значения импульсного тока «J и его нагреты сопротивлением Вц f .-,2,2 (9 + u9l. (i) При этом, как показывают простые расчеты, падение напряжения Ucp со даваемое средним значением импульсн го тока на нагретом термопреобразо- вателе сопротивления равно F-c(n-) (5) Ufp rcp-fio l4oc(0+ue) где F - площадь поверхности термопреобразователя J «JQ - амплитуда однополярньк импульсов TOKq подогрева. Установившееся среднее значение падения напряжения однополярных импульсов регистрируется милливольтметром 12 после разрешения с задержкой, создаваемой ждущим мультивибратором 13, равной тепловой постоянной времени термопреобразовател После переключения мультивибратора 10 среднее значение падения 34 напряжения от импульсного тока равно нулю. При этом выходное напряжение мостовой измерительной схемы Ц у больше, чем (J, в течение времени охлаждения термопреобразователя от температуры перегрева ( Q Ав ) до контролируемой температуры 0 и равного тепловой постоянной термометра. Поэтому повторньй цикл запоминания осуществляется с задержкой, создаваемой ждущим мультивибратором 14, включающим ключ 3, равной постоянной времени термопреобразователя 1. При изменении сопротивления термопреобразователя происходит изменение амплитуды однополярньк токовых импульсов, поступающих с выхода преобразователя 9. Для того, чтобы их амплитуда оставалась постоянной, в устройстве по первому варианту она стабилизируется с помощью схемы 15 сравнения, источника 16 опорного напряжения и повторителя 17 напряжения. На первый вход схемы 15 сравнения поступает напряжение с балластного резистора Л, величина которого пропорциональна току, протекающему через него, и изменяется при изменении сопротивления термопреобразователя. На второй вход схемы сравнения поступает сигнал заданной амплитуды от источника 16 опорного напряжения, действующий в течение действия однополярного импульса. При этом на выходе схемы 15 формируется дополнительный сигнал, пропорциональный изменению тока однополярньк импульсов, который через повторитель 17 напряжения также поступает на термопреобразователь сопротивления, обеспечивая его дополнительный нагрев, В устройстве по второму варианту стабилизация амплитуды токовых импульсов осуществляется с помощью схемы 15 сравнения, источника 16 опорного найряжения и усилителя 22 управляемым коэффициентом передачи. В нем разностный сигнал с вькода схемы 16 сравнения изменяет коэффициент передачи усилителя 22, что ведет к изменению амплитуды импульсов на его выходе. Устройство для измерения температуры по первому варианту обладает более высокой надежностью по отношению к устройству по второму варианту, так как в нем компенсация изме9i:

нения амплитуды токовых импульсов осуществляется отдельной цепью. Устройство по второму варианту проще в реализации и настройке.

Наличие в устройстве ноВых элементов и новых связей между элементами устройства выгодно отличает его от

5183410

известного, так как позволяет обеспечить стабилизацию амплитуды токовык импульсов подогрева и более точно зафиксировать изменение сигнала на

5 выходе измерительного моста, что повьшает точность измерения температуры и быстродействие.