Устройство для измерения температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/18 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано для измерения температуры жидкости и газов.

Цель изобретения - повьшение точности и чувствительности измерения.

На фиг., 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг , 3 функциональная схема узла синхронизации; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу узла синхронизации.

Устройство содержит источник 1 опорного тока, термометр 2 сопротивления, усилитель 3 постоянного тока, ключ 4, блок 5 сравнения, опорный резистор 6, дифференциальный усили-. тель 7, первый переключатель 8, первый 9 и второй 10 резисторы,второй переключатель 11, узел 12 синхронизации, интегратор 13.На фиг.2 показано: 14 - напряжение на термометре 2 сопротивления, 15 - выходное напряжение дифференциального усилителя 7, 16 - входное напряжение интегратора 13, 17 - выходное напряжение интегратора 13, 18 - информативный интервал времени, формируемый узлом 12 синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени 1: , узел 12 синхронизации посредством переключателя 8 подключает вход интегратора 13 к выходу усилителя 3 постоянного тока, прямой вход послед него - к среднему выводу опорного резистора 6, а выход источника 1 опорного тока - к цепи: термометр 2 сопротивления, опорный резистор 6, общая шина. При этом сумма напряжения на термометре 2 сопротивления, термо-ЭДС на входных проводах дифференциального усилителя 7 и напряжения сдвига последнего, усиливаясь дифференциальным усилителем 7, инвертируется усилителем 3 постоянного тока, суммируется с двойным напряжением, находящимся на среднем выводе опорного резистора б, и поступает на вход интегратора 13.

На выходе интегратора 13 формируется линейно возрастающее напряже ние

JI. ee)K(-j) Ie(+2)

0

s

0

5

0

5

0

5

0

5

где е - сумма термо-ЭДС на входных проводах дифференциального усилителя 7 и его напряжения сдвига,

t - текущее время,

-1 - коэффициент передачи напряжения усилителем 3 постоянного тока по инверсному входу при равенстве значений сопротивлений резисторов 9 и 10;

+2 - коэффициент передачи напряжения усилителем 3 постоянного тока по прямому входу при равенстве значений сопротивлений резисторов 9 и 101д - значения выходного тока источника 1 опорного тока

RIC,- значение сопротивления термометра 2 сопротивления,

К - коэффициент усиления дифференциального усилителя 7,

Rg - значение сопротивления опорного резистора 6 между крайними его выводамиj Ы. - коэффициент отношения сопротивления между крайними выводами опорного резистора 6 к сопротивлению между средним выводом опорного резистора 6 и общей шиной - постоянная времени интегратора 13.

В момент времени t. узел 12 синхронизации посредством ключа 4 отключает источник 1 опорного тока от цепи: термометр 2 сопротивления опорный резистор 6у|0бщая шина, а также посредством второго переключателя 11 подключает прямой вход усилителя 3 постоянного тока к выходу дифференциального усилителя 7 на интервал времени

b-t, 2)

В результате этого на вход интегратора 13 поступает неинвертированное и усиленное напряжение, равное сумме термо-ЭДС на входных проводах дифференциального усилителя 7 и его напряжения сдвига. При этом выходное напряжение интегратора 13 изменяется следующим образом:.

U(t) ..t,

(3)

где +1 - коэффициент передачи выходного напряжения усилителем постоянного тока при подключении прямого входа последнего к первому выводу резистора 9.

С момента времени t устройство повторяет работу, описанную для интервала t, - t, до момента t окончания времени интегрирования напряжения на термометре 2 сопротивления. Причем напряжение на выходе интегратора 13 в момент времени t согласно выражениям (1) - (3)

(-I(,R. K-eK+2IoR,)(t;-t,)n г

-I Rt K+2I R /o I, с 2

де Т П

-фиксиров анный интервал времениJ

-количество коррекций напряжения сдвига дифференциального усилителя 7 и термо- ЭДС входной цепи, с

учетом выражения (4)

п 2 2 - момент времени t узел 12 синхронизации замыкает ключ 4, а первым переключателем 8 подключает к выходу интегратора 13 напряжение, падающее на опорном резисторе 6, что ведет к уменьшению накопленного интегратором 13 напряжения по линейному закону.

После достижения выходным напряжением интегратора 13 нулевого значения (Б момент времени t.) блок 5 сравнения формирует импульс, приво- дяащй к размыканию ключа 4. При этом напряжение на опорном резисторе 6, а следовательно, и на входе интегратора 13 становится нулевым, благодаря чему выходное напряжение последнего не изменяется. Изменение выходного напряжения интегратора 13 на интервале t - tf соответствует выражению

и.

(t5-t,) |( Т

еь. ); (5)

T(t5-t,)-T/

- информативный интервал времени, фор- 55 мируемый узлом 12 синхронизации.

12296014

По окончании второго фиксированного интервала Т,в момент времени t цикл работы устройства повтооя- ется.

г Интервал времени характеризуется уравнением

U4 - 0.

(6)

Решая уравнение (6) с учетом (4)

to

и (5) относительно Т

вЬ| t

можно записать

-IoRtoK+ 2IoRo/o Г

0;

(Твь.,.) (7)

20

Т (2Ro/of+2R /,)Io 2 (8)

т . т/2..(9)

&Ь|ХKg

Из соотношения (9) при oi 2 нетрудно получить функцию преобразования предлагаемого устройства

ShIX

К - 2R tf

Т/2

(10)

Для определения знака измеряемой температуры достаточно установить относительное расположение интервала : если Tg, располагается до середины второго фиксированного времени Tjтемпература отрицательна, за серединой - положительна (фиг. 2, диаграммы 17 и 18).

В предлагаемом устройстве в качестве узла 12 синхронизации может быть использована любая логическая схема, позволяющая реализовать описанный алгоритм работы данного устройства.

Как частный случай выполнения (фиг. 3) функциональная схема узла 12 синхронизации содержит генератор 19 импульсов, двоичный счетчик 20, инвертор 21, первый 22, второй 23 и третий 24 элементы И, первый 25, второй 26 и третий 27 триггеры, первый 28 и второй 29 одновибраторы, первый 30 и второй 31 элементы ИЛИ. Работа узла 12 синхронизации поясняется временными диаграммами (фиг.4) где А - сигнал на первом выходе двоичного счетчика 20, Б - сигнал на втором ВЕЛходе двоичного счетчикА 20, В - сигнал на третьем выходе двоичного счетчика 20, управляющий работой второго переключателя 11, Г - сигнал, поступаюпщй с выхода блока 5 сравнения на вход установки первого триггера 25 в нулевое состояние, Д - выходной сигнал первого элемен- та ИЛИ 30, управляющий работой ключа 4, Е - информативный интервал времени Т , формируемый вторым триггером 26.

Цикл работы узла 12 синхронизации начинается с момента установки на третьем выходе двоичного счетчика 20 уровня логической единицы, после чего на выходную клемму 32 проходит сигнал с первого выхода двоичного счетчика 20. Затем на третьем выходе последнего устанавливается уровень логического нуля. Этот перепад уровня формирует на выходе первого триггера 25 логическую единицу, которая проходит на выход первого элемента ИЛИ 30 и на выходную клемму 33. В это же время включается блокировка первого элемента И, на выходе которого сохраняется уровень логического нуля до начала следующего цикла работы.

Информативный интервал времени на четвертой выходной клемме при отрицательной температуре формируется перепадом в нулевой уровень сигнала, поступающего на входную клемму 34. При этом на выходной клемме 35 и на входе второго одновибратора 29 устанавливается нулевой уровень, второй одновибратор 29 формирует импульс, устанавливающий второй триггер 26 в единичное состояние. Окончание информативного интервала времени происходит за счет нулевого перепада на втором вЕзГходе двоичного счетчика 20, благодаря которому первый одновибратор формирует импульс, устанавливающий второй триггер 26 в нулевое состояние. При положительной температуре первый 28 и второй 29 одновибраторы меняются ролями: первый одновибратор 28 устанавливает зторой триггер 26 в единичное состояние, второй одновибратор 29 - в нулевое. На выходной клемме 32 уэел 12 Синхронизации формирует сигнал знака температуры, причем единичный уровень соответствует отрицательной температуре, нулевой - положительной

В момент установки на третьем выходе двоичного счетчика 20 единичного уровня цикл работы узла 12 синхронизации и устройства в целом повторяется .

10

15

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1.Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, усилитель, последовательно включенные первый переключатель, интегратор, блок сравнения, узел синхронизации, первый выход которого соединен с управляемым входом первого переключателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, в него введены опорный резистор со средней точкой, источник опорного тока, второй переключатель, ключ, дифференциальный усилитель, первый

и второй резисторы, к точке соединения которых подключены инвертирующий вход усилителя, а его выход подключен к свободному выводу второго резистора и первому входу первого переключателя, второй вход которого подключен к точке соединения первого вывода термометра сопротивления с первым входом дифференциального усилителя и первым выводом опорного резистора, второй вывод которого соединен с общей шиной, а средний - с вторым входом второго переключателя, причем его выход подключен к неин- вертирующему входу усилителя, а первый вход - к свободному выводу первого резистора и выходу дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с вторым выводом термометра сопротивления и подключен к источнику опорного тока через ключ, управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго переключателя и подключен к второму выходу узла синхронизации.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узел синхронизации содержит генератор импульсов, двоичный счетчик, инвертор, первый, второй и третий элементы И, первый, второй и третий триггеры, первый и второй одновибраторы, п ер- вый и второй элементы ИЛИ, причем выход генератора импульсов подключен к счетному входу двоичного счетчика, первый выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй выход подключен к входу первого одновибратора, к первому входу третьего элемента И и через инвертор к первому входу второго элемента И, выход которого подключен ь входу установки в единичное состояние третьего триггера, синхровход которого соединен с выходом третьего элемента И, информационньш вход подключен к шине логического нуля, инверсный выход - к третьей выходной клемме, входная клемма соединена с входом установки в Нулевое состояние первого триггера, информационный вход которого подключен к шине логической единицы, прямой выход соединен с вто рым входом первого элемента ИЛИ,первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с первой выходной клеммой и через второй

п

lof(t

6г

плпп

{loKf e K

15

Лг1ги1г1г

229601

одновибратор с первым входом второго элемент а ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого одновиб- ратора, а выход подключен к синхро.- 5 входу второго триггера, инверсный выход которого соединен с собственным информационным входом, а прямой выход подключен к четвертой выходной клемме и к вторым входам второго и 10 третьего элементов И, третий выход двоичного счетчика соединен с вторым входом первого элемента И, с син- хровходом первого триггера, с входом установки в нулевое состояние второ- 15 го триггера и с второй выходной клеммой.

loflt

пп

гит

е/(

loKo

{-loRtK eKi-21oKolL)

16

iffl

l-IoRtK-e/ 2IeKoYlf

loKotjf

JTJTJlJTJlJlJTJn. JTJIJHJ

фиг. З

Изобретение может быть использовано для измерения температуры жидкости и газов. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерения. Узел 12 синхронизации посредством переключателя 8 подклю-. чает вход интегратора 13 к выходу усилителя постоянного тока (3TIT) 3, прямой вход последнего - к среднему выводу опорного резистора 6, а выход источника 1 опорного тока к цепи: термометр 2 сопротивления, опорный резистор 6, общая шина. Сумма напряжения на термометре 2 сопротивления, термо-ЭДС на выходе дифференхдаального усилителя (ДУ) 7 и напряжения сдвига последнего усиливается ДУ 7,инвертируется УПТ 3, суммируется с двойным напряжением, находящимся на среднем выводе опорного резистора 6, и поступает на вход интегратора 13, на выходе которого формируется линейно возрастающее напряжение. Устройство содержит также ключ 4, блок 5 сравнения, резисторы 9 и 10, переключатель 11, узел 12 синхронизации. В описании поясняется работа узла 12 синхронизации. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. с б (Л с Риг./