Устройство для измерения разности температур Советский патент 1985 года по МПК G01K7/00 G01K3/08 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для точного измерения разности температур термоэлектрическими преобразователями или термопреобразователями сопротивления с нелинейной характеристикой преобразования. Известно устройство для измерения разности температур, содержащее два термоэлектрических преобразователя, термозависимую компенсиругацую цепочку с термопреобразователем сопротивления, резистор, включенный параллельно термоэлектрическим преобразователям и термопреобразователю сопро тивления C1J, К недостаткам этого устройства от носится уненьшение чувствительности термоэлектрических преобразователейза счет их шунтирования резистором, необходимость еще в :Одном термопреобразователе, который является источ ником дополнительной формы нелинейности термопреобразователей, а-также низкая помехозащищенность. Известно также устройство для измерения разности температур, содержащее последовательно соединенные реохорд, два термопреобразователя сопротивления, четыре блока преобразования, включающие запоминающие кон денсаторы и управляющие ключи, усили тели, демодуляторы, в котором для получения линейного вьгхода к реохорду подютючен выход преобразователя абсолютных значений температур в ток, содержащего два блока преобразования, компенсационный резистор, резистор обратной связи, усили тель и фазочувствительиьй выпрямитель С 23 Недостатками устройства являются его низкое быстродействие из-за нали чия механических реохордов, а также то, что оно обеспечивает линеаризацию характеристтнс термопреобразовате лей, имекэщих только параболический характер нелинейности. Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения разности температур, содержа щее два термопреобразователя с нелинейными характеристиками, первый сум матор, функции которого выполняет дифференциальньй усилитель, измеритель разности амплитуд напряжений (демодулятор), ключ, усилитель переменного напряжения. Генератор напряжения прямоугольной формы, в качест122 ве которого используется мультивибратор, выходы которого соединены с управлякяцими входами ключа и измерителя разности амплитуд напряжений, а также инеаризатор и ключи, В этом устройстве термопреобразователи подключены к входу сумматора через ключи, а выход сумматора через линеаризатор и усилитель переменного тока подключен к демодулятору З. Недостатком устройства является то, что оно не может обеспечивать высокой точности измерения и линейности выходного сигнала, так как погрешность линеаризатора, которьй трудно выполнить с высокой степенью точности линеаризации, полностью входит в результат измерения. Целью изобретения является повышение точности измерения и линейности выходного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения разности температур, содержащее два термопреобразователя с нелинейными характеристиками, первьй сумматор, измеритель разности амагпитуд напряжений, ключ, усилитель и генератор напряжения прямоугольной формы, выходы которого соединены с управляющими входами ключа и измерителя разности амплитуд напряжений, введены два сумматора, источник напряжения, нормирукщий усилитель и функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к входу изме-. рителя разности амплитуд напряжений, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу усилителя , выполненного в виде усилителя постоянного тока, и через ключ подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом нормирующего усилителя, а третий вход соединен с выходом источника напряжения,при этом входы первого сумматора подключены соответственно к выходу цеового термопреобразователя и выходу второго термопреобразователя, соединенного с входом нормирующего усилителя. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство, для измерения разности температур содержит термопреобразователи 1 и 2, подключенНьн; к входу первого сумматора 3, усилитель постояннрго тока 4, нормирующий усилитель 5, второй сумматор 6, функцио налвный преобразователь 7, измеритель 8 разности амплитуд напряжений третий сумматор 9, выходной усилитель 10, ключ 11, источник 12 напряжения и генератор 13 напряжения прямоугольной формы. Устройство работает следующим образом. Если в качестве термопреобразователей используются термоэлектрические преобразователи, помещенные в среды с температурами t и tj, то их выходные сигналы Щ H.U (термо-ЭДС) равны (,)+M(t, -tx), ()+(ta-tx),. где t - температура свободных концов термоэлектрических преобразователей j Y(t)- функция нелинейности термопреобразователей, А - постоянньй коэффициент. Если в качестве термопреобразователей используются термопреобразователи сопротивления, подключенные к стабильным источникам тока, то на вход сумматора 3 поступакгг напряжения, пропорциональные сопротивлениям термопреобразователей и, Ao+A,t,+f(t, ), ,ti+4 (ц). где АО - сигнал, пропорциональный на чальному сопротивлению термопреобразователя. На выходе сумматора 3 формируется сигнал (Ц -и2.) , который поступает на вход усилителя 4, выходное напряжени которого равно (t,-t2)(t,)-4(tj) ,(3) где К - коэффициент передачи усилителя 4. Из (2) следует, что выходной сигнал U4 состоит из линейной части ), пропорциональной измеряемой разности температур и нелинейной КА СЧ (t )-Ч (tj) , которая вноси дополнительную неопределенную погреш ность и которая в ряде случаев может значительно превышать величину линей ной части (3). Вьрсодной сигнал термопреобразователя 2 усиливается нормирующим усилителем 5 и, алгебраически суммируясь с выходным сигналом источника 12 через второй сумматор 6, поступает на вход функционального преобразователя 7, функция преобразования которого связана с функцией нелинейности термопреобразователей 1 и 2 соотношением M,(Ui)-Y(t) и %(Ц )- Y(t,),(4) где 7 () функция преобразования преобразователя 7. При использовании термопар источник 12 представляет собой преобразователь температур tx в пропорциональнов напряжение, а при использовании термопреобразователей сопротивления - источник опорного напряжения, компенсирующего падение напряжения на тер-, мопаре при начальной температуре диапазона измерения. В обоих случаях алгебраическая сумма выходных напряжений усилителя 5 и источника 12 определяется как ,(ti) , .(5) где - коэффициент передачи усилителя 5 и источника 12. Напряжение Ug поступает на вход функционального преобразователя 7, на выходе которого при этом появляется напряжение, равное v,& %(vs). При замыкании ключа 11 напряжение Uj суммируется с выходным напряжением усилителя (2), вызывая появление на выходе преобразователя 7 сигнала U Us+U4, который при К4 К5 будет пропорционален выходному сигналу термопреобразователя 1 (t/)J , а выходное напряжение преобразоватея 7 будет равно 0 М,(а). Ключ 11 периодически замыкается размыкается сигналом управления от енератора 13. При этом на выходе реобразователя появляется периодиеская последовательность прямоугольых импульсов с амплитудами соответтвенно равными IJ-ia и . Разность тих амплитуд преобразуется измерн

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЖРЕНИЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР, содержащее два термопреобразователя с нелинейными характеристиками, первый сумматор, измеритель разности амплитуд напряжений, ключ, усилитель и генератор напряжения прямоугольной формы, выходы которого соединены с управляющими входами ключа и измерителя раз13 1-,. - л I «ij ЬоО,- ;, ности амплитуд напряжений, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения и линейности выходного сигнала, в него введены два сумматора, источник напряжения, нормирующий усилитель и функциональный преобразователь, вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к входу измерителя разности амплитуд напряжений, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу усилителя, выполненного в виде усилителя постоянного тока, и через ключ подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого (Л соединен с выходом нормирующего усилителя, а третий вход соединен с выходом источника напряжения, при этом входы первого сумматора подключены соответственно к выходу первого термопреобразователя и выходу второго термопреобразователя, соединенСП ел ного с входом нормирующего усилителя. 00 vl to