Устройство для измерения температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/22 

1

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразователя.

Целью изобретения является обеспечение взаимозаменяемости термопреобразователей без дополнительной настройки устройства и снижения точности измерения.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - вре менные: диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 - схема формирователя импульсов коррек- ции.

Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, например полупроводниковый, подключенный через постоянный резистор 2 к выводам источ- ника напряжения (не показан), эталонные резистивные делители напряжения 3.1 - З.п с ключами 4, 5 и 6, первый - третий ключи 7-9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор 12 опор ной частоты, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции, схему 15 сравнения, функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, первый 18 и второй 19 триггеры и временной селектор 20.

Функциональный преобразователь 16 содержит конденсатор 21, в цепи разряда которого последовательно с постоянным резистором 22 включен аналоговый ключ 23.

Число делителей напряжения и соответствующих им ключей соответствует числу поддиапазонов измерения, на которые разбит весь диапазон измеряемых температур.

Резистор 2 и эталонные делители напряжения 3.1 - З.п выполнены на термостабильных резисторах и отка- либрованы таким образом, что напря- женин, снимаемые с зтих делителей , равны по в еличине падению напряжения на термопреобразователе I в граничных точках поддиапазонов измерения температуры.

Эталонные делители напряжения могут быть расположены в отдельно нормирующем блоке, подключаемом к остальным элементам устройства через разъем. Таким образом, каждому тер- мопреобразователю соответствует свой нормирующий блок, который работает в комплекте с любым устройством.

10

15

20 25

45 50

35

u(e)i-A

где А и В 47682J

Формирователь 14 импульсов коррекции содержит (фиг. 3) три инвертора 24, 25 и 26, две схемы И-НЕ 27 и 28, два -резистора 29 и 30 и два 5 диода 31 и 32. Выходные цепи формирователя совместно с емкостью 33 образуют интегратор.

Устройство работает следующим образом.

Температурная характеристика полупроводникового термопреобразователя в небольщом температурном интервале Может быть с высокой степенью точности представлена в виде , (1) постоянные коэффициенты, зависящие от свойств материала чувствительного элемента и конструкции полупроводникового термопреобразователя сопротивления ;

ток, протекающий через термопреобразователь; основание натурального логарифма;

абсолютная температура в К.

Температурная характеристика термопреобразователя может быть аппроксимирована на ограниченном участке экспоненциальным законом разряда . конденсатора, который имеет вид

U(-t)U, (2) где Uj, - напряжение на конденсаторе

в момент времени t - текущее время; L - постоянная времени цепи разряда конденсатора. Практическая погрещность от аппроксимации температурной характеристики и(б) в диапазоне 25°С экспонен30

I е0 40

циальным законом разряда конденсатора составляет 0,15 С. Поэтому весь поддиапазон измеряемых температур разбивается на ряд поддиапазонов, например, кратных 25 С, для чего берется соответствующее число эталонных делителей напряжения.

Устройство для измерения температуры предусматривает выполнение последовательно трех режимов работы: поиска поддиапазона, автоматической коррекции и измерения.

В режиме поиска поддиапазона измерения (график ТП на фиг, 2) сигналами с генератора 17 тактов происходит сброс по установочному входу счетчика 11 и по входу Е дается разрешение на заполнение его импульсами с генератора 12 опорной частоты. В этом же такте кана/ X мультиплексор ра 10 пропускает импульсы с выхода счетчика 1 1 на управляющие входь ключей 4, 5 и 6. Ключи 4, 5 и 6 коммутируют постоянные уровни напряжений с эталонных делителей 3.1-3.3 на второ вход cxetJbi 15 сравнения. На первый вход схемы 15 сравнения через ключ 7 который управляется сигналом ТП с выхода генератора 17 тактов, поступает постоянный уровень Up с термопреобразователя 1 . Таким образом, в реж ме поиска происходит последовательно сравнение уровней напряжения с эталонных делителей с постоянным уровне напряжения на термопреобразователе. Схема 15 сравнения меняет полярность выходного сигнала (фиг. 2) в тот момент времени, когда на втором входе уровень постоянного напряжения будет больше, чем на первом входе, В этот момент генератор 17 тактов по входу синхронизации Е закрывает доступ информации в счетчик 1 и на его выход формируется сигнал, соответствующий поддиапазону измерения, в котором находится измеряемая температура, гра- ницами которого является напряжение с эталонных делителей 3.2 и-3.3.

Режим автоматической коррекции устройства происходит в такте контроля (график Т2 на фиг. 2). В такте Т 1 по сигналу с выхода генератора 17 тактов замьжается ключ 8, а по

сигналу с выхода-мультиплексора 10 - ключ .5. Начинается заряд конденсатора; 21 функционального преобразовате- ля I6 через ключи 5 и 8 до напряжения на эталонном делителе 3.2, Такт Т1 является подготовительным к режимам контроля и измерения и череду-- ется с тактом поиска. По переднему фронту такта Т2 генератором 17 тактов вырабатывается сигнал сброса счетчика-делителя 13 и триггеров 18 и 1.9. В этом же такте генератор 17 тактов открывает канал X мультиплексора 10, через который происходит з равление ключом 6. Ключ 6 замыкается, и на второй вход схемы 15 сравнения подключается эталонное напряжение с де- Лителя 3.3, Емкость конденсатора 21 разряжается через резистор 22 и замкнутый ключ 23 (фиг, 2). В момент времени t, когда напряжение на ем

5 10 15 20 25 зо

0 5 o 5

5

кости уменьшается до значения U-, равного напряжению на вьгходе делителя 3.3, схема 15 сравнения меняет полярность выходного сигнала (фиг. 2) и взводит триггер 18. В такте Т2 счетчик-делитель I3 заполняется импульсами с генератора 12 опорной частоты. По началу 256-го импульса сигналом с выхода счетчика 3 взводится триггер 19, Временные интервалы, вырабатываемые триггерами 18 и 19, обрабатываются в ; такте контроля схемой формирователя 14 импульсов коррекции (фиг. 3),

Временные интервалы, сформированные триггерами 18 и 19, должны быть равны. Если длительность временного интервала на выходе триггера 19 окажется больше временного интервала на выходе триггера 18, причиной чего является воздействие на устройство дестабилизирующих факторов (климатические изменения окружаюш,ей среды, изменение напряжения источника питания и т.д.), то блок 14 формирует положительный импульс, которым заряжается емкость 33 (фиг. 3 б). При этом частота опорного генерато- ра, в частотно-задающей цепи которого стоит элемент, увеличивающий или уменьшающий частоту генератора в зависимости от величины напряжения, подаваемого на его управляющий вход, увеличивается до тех пор, пока временные интервалы на выходах триггеров 18 и 19 не сравняются. Если разность временных интервалов на выходах триггеров 18 и 19.будет положительной, то .блок 14 формирует отрицательный импульс (фиг, 3 в), емкость 33 разряжается и частота опорного генератора уменьшается.

Измерение температуры происходит в такте измерения (график ТИ на фиг. 2), Такт измерения чередуется с тактом контроля. Последовательность всех операций, производимых функциональными блоками устройства в такте измерения ТИ, такая же, как и в такте контроля, с той лишь разницей, что вместо эталонвого делителя напряхсе- ния 3.3 на второй вход схемы 15 сравнения подключается термопреобр азова- тель 1 сопротивления. Сформированный временной интервал с выхода триггера 18 поступает на один из входов временного селектора 20, который в такте измерения пропускает пачку импульсов. Количество импульсов в пачке,, равное значению измеряемой температуры, поступает в блок регистрации (не показан).

Генератор 17 тактов выполнен та- КИМ образом, что такт измерения повторяется через 126 тактов контроля а такт поиска - через 127 тактов Т1, Период повторения тактов измерения ограничен двумя критериями. Нижняя граница периода повторения такта измерения ограничена минимально необходимым временем для автоматической коррекции устройства, а верхняя - временем смены показаний на цифровом табло регистратора, пе- риод смены информации на котором выбирается исходя из удобства визуального считывания показаний.

Устройство наиболее целесообразно применять при использовании полупроводниковых термопреобразователей с отрицательным температурным коэффициентом,

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразовател сопротивления, первый вывод которого соединен с первым выводом источника постоянного напряжения, а второй вывод подключен к входу первого ключа и через постоянньй резистор подключе к второму выводу источника напряже- ния, соединённому с эталонными резис тивными делителями напряжения, выход которых подключены к входам ключей делителей напряжения, схему сравнения первый вход которой соединен с выхо- дом первого ключа, а выход подключен к первому входу первого триг.гера, выход которого соединен с первыми входами формирователя импульсов коррекции н временного селектора, второй вход которого подключен к вькоду

генератора опорной частоты, управляющий вход которого соединен через интегратор с выходом формирователя импульсов коррекции генератор тактов, выходы которого соответственно подключены к управляющему входу первого ключа, второму входу первого триггера, управляющему входу функцио- наль Ного преобразователя и третьему, входу временного селектора, счетчик, отличающееся тем, что, с целью обеспечения взаимозаменяемости термопреобразователей без дополнительной настройки, устройства и снижения точности измерения, в него введены два ключа, второй триггер, счетчик-делитель и мультиплексор, входы которого соединены с выходами генератора тактов и выходами счетчика, а выходы подключены к управляющим входам ключей делителей напряжения , выходдз которых через второй ключ соединены с выходом функционального преобразователя и первым входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к входу второго ключа и выходу третьего ключа, вход которого соединен с входом первого ключа, а управляющий вход подключен к выходу генератора тактов, соединенному с управляющим входом второго ключа и с установочными и синхрони- зирующрши входами счетчика и счетчика-делителя, счетные входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, при этом выход схемы сравнения соединен с входом генера- трра тактов, а выход счетчика делителя соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к второму входу первого триггера, а выход соединен с вторым входом формирователя импульсов коррекции, третий вход которого подключен к синхронизирзтощему входу счетчика-делителя.

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразователя. Цель изобретения - обеспечение взаимозаменяемости термопреобразователей. Устройство содержит термопреобразователь сопротивления 1, резистор 2, эталонные ре- зистивные делители напряжения 3.1-З.п с ключами. 4-9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор опорной частоты 12, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции, схему 15 сравнения, функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, триггеры 18 и 19 и временной селектор. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволили достичь цель изобретения без дополнительной настройки устройства и снижения точности измерения. 3 ил. 1 jSKsem tiaxsta