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

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению разности температур с помощью полупроводниковых термообразователей,.

Цель изобретения - повышение точнести измерения путем уменьшения влияния помех на результат измерения и обеспечение непосредственного при. менения устройства в системах измерения, управления и контроля, использующих информацию в цифровой и широтно-импульсной форме.

На фиг. 1 изображена схема предлагаеI мого устройства;на фиг. 2-времеиные ди , аграммы,иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 - цифровой регистратор устройства; на фиг. 4 - функциональная схема устройства, демонстрирующа возможности наращивания струк туры устройства для выполнения многоточечных измерений разности температур в заданных парах контролируемых точек; на фиг. 5 и 6 - соответственно функциональные схемы вычитающего звена и цифрового регистратора для устройства, изображенного на фиг. 4

Устройство содержит источник 1 входных сигналов, реализованный в виде формирователя перепадов напряжения между двумя логическими уровнями О и 1 (или 1 и 0), первый.выход2 которого соединен с управляющим входом 3 регистратора 4. Второй выход 5 источника 1 соединен с входами 6 и 7 первого 8 и второго 9 термопреобразователей, выполненных в виде первой 8.1,...,8.п и второй 9.1,...,9.п цепочек последовательно соединенных инверторов логических сигналов, выполненных в интегральном исполнении. Выходы термопрербразователей 8 и 9 подключены к входам 10 и 11 логических элементов И-НЕ 12 и И-ИЛИ-НЕ 13, образующих вычитающее звено 14. Выход вычитающего звена (элемента И-ИЛИ-НЕ) подключен к входу 15 цифрового регистратора 4.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений с выхода 2 источника 1 входных сигналов на управляющий вход регистратора 4 поступает сигнал начальной установки, формируемый источником 1 автоматически перёд каждым измерением. Этот сигнал устанавливает цифровой регистратор

4 в исходное состояние и подготавливает его к приему измерительной информации, а устройство в целом - к проведению измерений.

Во время измерения разности температур источник 1 входных сигналов формирует на выходе 5 перепад напряжений, например, между логической единицей и нулем, или логическим нулем и логической единицей, поступающий на входы 6 и 7 термопреобразователей 8 и 9, расположенных в поле контролируемых, темп&ратур. Перепад напряжений 0,1 (1,0), поступающий на входы 6 и 7, начинает последовательно переключать инверторы 8.1,.., 8.П и 9.1,...,9.п. По истечении промежутка времени, равного времени задержки распространения сигнала в цепочке 8.1 ....,8.п инверторов, перепад напряжений 0.1 (1,0) поступает на вход 10 вычитающего звена 14. Аналогично на вход 11 вычитающего звена 14 перепад напряжений 0.1 (1.0 приходит с задержкой на величину времени задержки распространения сигнала в цепочке 9.1,...,9.п инверторов. Указанные величины времени задержки распространения сигналов пропорциональны температурам, контролируемым первым 8 и вторым 9 термопрербразователями. Вычитающее звено 14 построено таким образом, что на его выходе 15 формируется широтно-импульсный сигнал (пауза), длительность которого пропорциональна

разности температур, контролируемых первым 8 и вторым 9 термопреобразователям. С выхода вычитающего звена широтно-импульсный сигнал поступает на вход цифрового регистратора 4.

Процесс формирования разностным звеном 14 щиротно-импульсного сигнала, длительность Т, которого пропорциональна разности котролируемых температур , иллюстрируют временные диаграммы сигналов на выходах (входах) 5, 10, 11 и 15 блоков устройства (фиг. 2).

В результате проведенных исследовний установлены закономерности, связывающие разность контролируемых температур с длительностью широтно-импульсных сигналов на выходе 15 вычитающего звена 14. Для случая,когда источник 1 при выполнении измерений формирует на своем выходе 5 перепад напряжений 0,1 и при четном числе инверторов n в цепочках 8 и 9, длительность широтно-импульсного сигнала Т„ на выходе 15 вь;читающего звена 14 связана с разностью контролируемых температур (-i - г) соотношением Т„ -V ) - Т,, , - время задержки распространения сигналов для логичес кого элемента И-НЕ 12; К - коэффициент, зависящий от конструкторско-технологиче кой и электрической разновидностей интегральных мик росхем (ИМС). Например, для ТТЛ ИМС 134 серии К 3,7 НСЛ Цифровой регистратор (фиг. 3) может быть выполнен на основе счетчика 16 числа импульсов и генератора 17 прямоугольных импульсов. При выполне нии измерений счетчик 16 в течение времени, равного длительности широтно-импульсного сигнала Т , суммиру ет сигналы, поступающие от генератора 17. При этом цифровой код счетчика представляет собой значение контролируемой разности температуры. Задержка распространения сигнала Tj в процессе измерения не меняется,поэто му она может быть определена и учтен при формировании цифрового кода заранее во время установки счетчика регистратора 4 в исходное состояние перед выполнением измерений. При необходимости вьтолнения измерения разности температур в различ ных заданных точках структура устройства (фиг. 1) легко наращивается путем добавления однотипных блоков. При этом принцип работы устройства

1

-fT

г±±J5J|

Фиг.2

фиг.3 порядок взаимодействия его блоков остается аналогичным описанному. На фиг. 4 приведена одна из вовможных реализаций устройства для измерения разности температур, контроли|руемых попарно термопреобразова- . телями 9.1 и 8; 9.2 и 8; 9.п и 8. В этом случае вычитающее звено 14 должно содержать n вычитающих схем, аналогичных вычитающей схеме устройства, представленного на фиг. 1, выполненных на элементах И-НЕ и И-ИЛИНЕ (фиг.5),а регистратор 4 выполняют по схеме, представленной на фиг. 6. При этом на входы 15.1,..., 15.m регистратора 4 (фиг. 6) сигналы поступают с соответствующих выходов 15..1 ,... , 15.П вычитающего звена (фиг. 5) и, таким образом, счетчики 17.1,...,17.n регистратора в цифровой форме регистрируют разность температур, контролируемых попарно термопреобразователями 9.1 и 8;...; 9.П и 8. С помощью предлагаемого устройства можно проводить измерение усредненной разности температур в двух заданных группах точек. Это достигается рассредоточением инверторов 8. 1,..., 8.П цепочки в первой группе точек, а инверторов 9.1,...,9.п цепочки во второй группе точек. При этом результирующие рассогласование задержек переключения в термопреобразователях 8 и 9 пропорционально усредненной разности контролируемых температур в заданных группах точек, и на выходе .вычитающего звена формируется широтно-импульсный сигнал, длительность которого пропорциональна указанной разности температур.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР, содержащее два термопреобразователя, источник сигналов и регистратор, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены логический элемент И-НЕ и логический элемент И-ИЛИ-НЕ, первый и четвертый входы которого соединены -с входами элемента И-НЕ, второй и третий входы соединены с выходом элемента И-НЕ, а выход подключен к регистратору, управляющий вход которого соединён с первым выходом источника сигналов, выполненного в виде формирователя перепадов напряжения, при этом в качестве термопреобразователей используются две цепочки из последовательно соединенных логических инверторов, выполненных в интегс $9 ральном исполнении, причем входы цепочек соединены с вторым выходом ис- (Л точника сигналов, а выходы подключены соответственно к входам элемента И-НЕ. 00 Од