Многоканальное устройство для измерения температуры Советский патент 1987 года по МПК G01K7/20 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения температуры с помощью. резистивньгх датчиков по мостовой измерительной схеме,

Цель изобретения - упрощение устройства, повышение быстродействия и точности, расширение диапазона измерений ,

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - выходные сигналы блока управления.

Устройство содержит в каждом канале резистивные датчики 1 с тремя соединительными проводами 2 - 4, эталонные резисторы 5 по числу групп однотипных датчиков, источник 6 тока, измерительный блок 7 (в качестве измерительного блока может использоваться дифференциальный усилитель), первый 8 и второй 9 ключи, пятый 10 и четвертый 11 ключи, третий ключ 12, шестой ключ 13, первый дополнитель- ньй резистор 14, вторые дополнительные резисторы 15 по числу эталонных резисторов 5, регулирующий элемент 16, операционный усилитель 17, источник 18 опорного напряжения иг блок 19 управления. .

Количество первых - третьих ключей равно числу измерительных каналов п, а четвертых - шестых - числу групп однотипных датчиков т. Общее количество датчиков разбито на группы m по

резистор 5, второй провод 3 резистив- ного датчика 1, третий провод 4 датчика 1, ключ 12 к отрицательному полюсу источника -Е. Падение напряже5 НИН на резистивном делителе (относительно общей шины) Р5 и Р15 через ключ 13 сравнивается на входе усилителя 17 с опорными напряжением U источника 18 опорного напряжения.

10 Усилитель 17 изменяет сопротивление канала регулирующего элемента 16 до достижения равенства этих напряжений, , При этом через резистор 14 протекает ток i, который не зависит ни от ве личины резистора 14, ни от величины источника Е, ни от сопротивления ключей 11 и 12, а определяется выражением

20

25

1 -

Uc

RS+RIS

(1)

30

Этот ток создает падение напряжения Ug на резисторе 14, равное U

Ri4-i.

Это напряжение поступает на вход опорного напряжения источника 6 тока, и поскольку величина резистора 14 и токозадающего резистора источника 6 идентичны, то выходной ток источника 6 Тока тоже идентичен току i и не зависит ни от сопротивления ключа 9, ни от сопротивления нагрузок. Выходной ток источника 6 то- ка протекает при этом через ключ

равления имеет п выходов для управления первыми - третьими ключами, и п выходов для управления пятым - шестым ключами.

числу диапазонов измерений. Блок уп- 35 9, первый провод 2 датчика 1, резистивньй датчик 1, третий провод 4- датчика, ключ 12 также к отрицательному источнику - Е .

Падение напряжения U на этало Устройство работает следующим об- ° резисторе 5 через ключ 10 поступает на второй вход измерительного блока 7, а суммарное падение напряжения Urt на втором проводе 3 датчика 1, первом проводе 2 - через 45 ключ 8 на первый вход измерительного блока 7:

разом.

nyc Yb количество каналов п 256, количество групп однотипных датчиков m 8. На фиг. 2 показаны вьпсодные сигналы блока 19 управления. В общем случае разбивки на группы датчиков может быть на любое целое число (управляющие сигналы m в этом случае мо- ,гут быть получены от сигналов пспо- /тощью многовходовых элементов ИЛИ) . При поступлении сигналов с выхода блока управления открываются ключи 8, 9, 12 в одном из каналов и ключи 10, 11, 13 соответствующей группы датчиков. При этом ток с положительного полюса источника + Е протекает через резистор 14, регулирующий элемент 16, через ключ 11, резистор 15, эталонный

и,

50

i.Rj; i t -ь

iRi - i, iR..

где r,

- сопротивление соединительных проводов 2 и 3 датчика 1.

55 В измерительном блоке 7 происходит вычитание, и результат измерения Ь. и равен

ли Uj-U,i(R,,

резистор 5, второй провод 3 резистив- ного датчика 1, третий провод 4 датчика 1, ключ 12 к отрицательному полюсу источника -Е. Падение напряжеНИН на резистивном делителе (относительно общей шины) Р5 и Р15 через ключ 13 сравнивается на входе усилителя 17 с опорными напряжением U источника 18 опорного напряжения.

Усилитель 17 изменяет сопротивление канала регулирующего элемента 16 до достижения равенства этих напряжений, При этом через резистор 14 протекает ток i, который не зависит ни от величины резистора 14, ни от величины источника Е, ни от сопротивления ключей 11 и 12, а определяется выражением

1 -

Uc

RS+RIS

(1)

5

0

Этот ток создает падение напряжения Ug на резисторе 14, равное U

Ri4-i.

Это напряжение поступает на вход опорного напряжения источника 6 тока, и поскольку величина резистора 14 и токозадающего резистора источника 6 идентичны, то выходной ток источника 6 Тока тоже идентичен току i и не зависит ни от сопротивления ключа 9, ни от сопротивления нагрузок. Выходной ток источника 6 то- ка протекает при этом через ключ

и,

i.Rj; i t -ь

iRi - i, iR..

где r,

- сопротивление соединительных проводов 2 и 3 датчика 1.

55 В измерительном блоке 7 происходит вычитание, и результат измерения Ь. и равен

ли Uj-U,i(R,,

где iR - отклонение величины сопротивления датчика от эталонного.

При этом падения напряжения на третьем проводе 4 и ключе 12 в результат измерений не входят. Как видно из уравнений (1), изменением величин резисторов 15 для каждой группы измеряемых датчиков может быть установлен свой оптимальный ток. Это позволяет установить наи- более благоприятный режим измерения, исключить излишний разогрев высоко- омных датчиков, в то же время получить большой уровень сигнала при измерении низкоомных датчиков, тем самым повышая точность измерений и расширяя диапазон измеряемых резисторов В данном случае диапазон измерений по сравнению с известным устройством расширяется в восемь раз, поскольку при измерении может быть установлено восемь значений токов через дат.чики.

В предлагаемом устройстве за счет измерения в один такт в два раза повышается быстродействие по сравнению с известным устройством.

Таким образом, в предлагаемом устройстве при сохранении достоинств мостовой схемы измерения достигает,ся упрощение конструкции, повышение точности и быстродействия, а также

iрасширение диапазона измерений.

При подаче в качестве опорного напряжения Up переменного напряжения.

результат измерения выдается в переменного напряжения.

Формула изобретения

Многоканальное устройство для измерения температуры, содержащее параллельные измерительные каналы.

35 ключен к выходу источника опорного напряжения, а выход - к управляющему входу регулирующего элемента четвертого ключа и через регулирующий элемент соединен с вторым входом источника тока, выход пятого ключа под ключен к второму входу измерительного блока, управляющий вход третьего ключа соединен с управляющими вхо дами первого и второго ключей, а

40

резистивный датчик и три ключа в каж- управляющий вход шестого, четвертодом измерительном канале, эталонные резисторы, источник тока, блок .управления, измерительный блок, при , .

чем первый провод резистивного датчика через первый ключ подключен к первому входу измерительного, блока и через второй ключ - к выходу источ- 5 ника тока одноименные управляющие входы первого и второго ключей объединены и подключены к соответствующим выходам блока управления, о т- личающееся тем, что, с

О целью повышения быстродействия и точности, в него введены дополнительные параллельно соединенные каналы, каждый из которых снабжен тремя ключами и резистором, усилитель,

5 регулирующий элемент, дополнительный резистор, источник напряжения, источник опорного напряжения, причем пер- вьй вывод эталонного резистора подключен к входу пятого ключа, а вторые выводы резистивных датчиков и эталонных резисторов подключены к общей шине, третий провод резистивного датчика через третий ключ подключен к отрицательному полюсу источ ника напряжения, положительный полюс которого непосредственно соединен с входом источника тока и через дополнительный резистор с вторым входом источника тока, а в дополнительных каналах первый вывод эталонного резистора через резистор подключен к входу четвертогр ключа и через шестой ключ подключен к первому входу усилителя, второй вход которого под35 ключен к выходу источника опорного напряжения, а выход - к управляющему входу регулирующего элемента четвертого ключа и через регулирующий элемент соединен с вторым входом источника тока, выход пятого ключа подключен к второму входу измерительного блока, управляющий вход третьего ключа соединен с управляющими входами первого и второго ключей, а

20

25

30

40

го ключей соединены с управляющим входом пятого ключа и соответствующим выходом блрка управления.

.ЛП

J5FL

л г.

-.J.

J

П

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет упростить устройство, по э 1сить быстродействие, точность и расширить диапазон измерений. При поступлении сигналов с выхода блока 19 управления открываются ключи 8, 9, 12 в одном из каналов и ключи 10, 11 и 13 соответствующей группы датчиков. При этом ток с положительного полюса источника протекает через резистор 14, регулирующий элемент 16, через ключ 11, резистор 15, эталонный резистор 5, провода 3 и 4 резистивного датчика 1 , ключ . 12 к отрицательному полюсу источника напряжения. Падение напряжения на резисторах 5 и 15 сравнивается на выходе усилителя 17 с опорным напряжением источника 18. Усилитель 17 изменяет сопротивление канала регулирунлцего элемента 16 до достижения равенства этих напряжений. Изменением величин резисторов 15 для каждой группы измеряемых датчиков может быть установлен свой оптимальный ток. 2 ил. (/) // ви ю 00 со сл