Многоканальное устройство для измерения температуры Советский патент 1987 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано для многоканального измрения температуры с помощью термо- электричеСЮ1Х преобразователей, обдающих paajniMHoft чувствительностью

Целью изобретения является повьш ние точности измерения и надежност устройства ири работе с различными типами термоэлектрических преобразвателей, а также упрощение конструции устройства.

На чертеже изображена структурна схема многоканального устройства, Устройство содержит п термоэлек

трических преобразователей 1п

(число термопреобразователей п может быть любым), модулятор 2, блок 3 самоконтроля, усилитель 4 переменного тока с резистором 5 на входе, переключатель 6 масштабов, включенный в цепь отрицательной обратной связи усилителя 4, демодулятор 7, схему 8 термокомпенсации, суммирующий усилитель 9 постоянного тока, блок 10 индикации и блок 11 управления.

Модулятор 2 предназначен для модуляции входного сигнала, гальванической развязки термоэлектрических преобразователей от корпуса и цепей питания и поочередного подключения термоэлектрических преобразователей к усилителю 4 переменного тока. Модулятор содержит 2п транзисторных ключей 12,1,.,,,2,п, 13,1,.,,,13,п с ограничивающими ток базы резисторами 14.114.П, 15, I ,, , , , ,15. п,

п управляющих трансформаторов 16.1,. ,,,16,п, выходной трансформатор 17, общий транзисторный ключ-18 с ограничивающим резистором 19 и управляющим трансформатором 20, а также коммутатор 21 унравляющих импульсов.

Переключатель 6 масштабов обеспе- чивает приведение к единому масштабу выходного напряжения от различных типов термоэлектрических преобразователей, В него входят резисторы 22- 25 и ключ 26, образующие цепь отри- цательной обратной связи с требуемым коэффициентом передачи.

Блок самоконтроля включает в себя два транзисторных ключа 27,1 и 27,2 с резисторами 28,1 и 28,2, управляю- щий трансформатор 29, резистивньв делитель на резисторах 30 и 31, источник 32 опорш.ч о напряжения и пороговый элемент 33,

Q

5

5

0

0 5

0

5

5

Блок 3 самоконтроля предназначен для формирования эталонного напряжения переменного тока, которое в каж- дьп ()-й такт поступает на усилитель 4 переменного тока и дальше через демодулятор 7 и суммирующий усилитель 9 на сигнальный вход порогового элемента 33, где сравнивается с заданными уровнями от источника 32 элемента. В случае выхода из строя любого из узлов (за исключением блока индикации) на выходе порогового элемента формируется сигнал неисправности, который поступает в блок 10 индикации.

Блок 11 управления служит для синхронизации работы всех узлов устройства, В него входят инвертор ЗА, генератор 35 прямоугольных импульсоэ и дешифратор 36, состоящий из двух идентичных стандартных преобразователей, параллельных N различных входных кодов режима и номера канала (номера выбранного термоэлектрического преобразователя) в две цепи 2 управляющих сигналов. Он имеет две входных щины Код режима и Код канала. Шина Код режима необходима для установления (независимо от выбранного канала) в соответствии с типом входного сигнала необходимого масштаба усилителя 4 переменного тока и соответствующего р ежима работы суммирующего усилителя 9 постоянного тока. Возможны следующие режимы работы: с компенсацией термоЭДС., свободных спаев термоэлектрических преобразователей; со смещением выходной характеристики при работе без термокомпенсации; без термокомпенсации - при работе с термокомпенсированны№1 термоэлектрическими преобразовате- ; пями.

Шина Код канала необходима для выбора требуемого термоэлектрического преобразователя или включения нала с блока самоконтроля.

Суммирующш усилитель 9 постоянного тока содержит три управляемых ключа 37-39 и усилитель 40,

Схема 8 термокомпенсации предназначена для компенсации термоЭДС свободных спаев термоэлектрических преобразователей и состоит из токо- задающего резистора 41 и термочувствительного полупроводникового диода 42, располагаемог о на разъеме со сво3

бедными спаями термоэлектрических преобразователей.

Блок 10 индикации служит для индикации с одновременной записью измеряемого значения температуры каждого из п термоэлектрических преобразователей, а также для фиксирования неисправностей устройства в целом и может состоять, например, из цифрового индикатора и цифропечатютающего устройства.

Многоканальное устройство для измерения температуры работает следующим образом.

Сигналы с термоэлектрических преобразователей 1,,,,,п через транзисторные ключи поступают на первичную обмотку выходного трансформатора 17, который служит для гальванической развязки источников входных сигналов.

Переключение каналов осуществляется при помощи коммутатора 2I управления импульсов в зависимости от состояния кода канала, поступающего на управляющий вход дешифратора 35 по шине Код канала блока 1 1 управления. На сигнальный вход коммутатора 21 управлящих импульсов поступают импульсы генератора 36 прямоугольных импульсов через инвертор 34. Инвертирование необходимо для обеспечения работы входных транзисторных ключей 12 и 13 и общего транзисторного ключа 18 в противофазе, В зависимости от значения кода канала на входе дешифратора 35 блока 1I управления импульсы с выходов коммутатора 21 управляющих импульсов поступают на первичную обмотку одного из управляющих трансформаторов 16. 1 ,. .. , 16.П. С вторич- НЬЕХ обмоток этих трансформаторов через ограничительные резисторы 14 и 15 импульсы подаются для коммутации транзисторных ключей 12 и 13 выбранного канала. Указанные транзисторные ключи открываются и закрываются одновременно. При открытых транзисторных ключах 12 и 13 транзисторный ключ 18 закрыт и наоборот. Импульсы управления транзисторного ключа 18 с управляющего трансформатора 20 подаются при любом включенном канале измерения. Выбор данной схемы модулятора 2 обусловлен необходимостью уменьщения количества транзисторных ключей и трансформаторов в схеме модулятора 2 при построении многока10

15

20

25

48664

нальног о устройства, что ведет к упрощению устройства.

С вторичной обмотки выходного трансформатора 20 измеряемый сигнал поступает на вход усилителя 4 переменного тока. В зависимости от заданного кода режима чувствительность устройства изменяется за счет выбора коэффициента усиления усилителя 4 с помощью переключателя 6 масштабов. Промасштабированное в зависимости от вида и типа входного сигнала напряжение с выхода усилителя 4 переменного тока поступает на демодулятор 7, Выпрямленное напряжение с последнего подается на один из входов суммирующего усилителя 9 постоянного тока. На другой его вход посредством ключей 37-39 в зависимости от заданного дешифратором 35 кода режима поступает или напряжение компенсации термоЭДС свободного спая со схемы 8 термокомпенсации (при работе, напри мер, с хромель-алюмелевыми термоэлектрическими преобразователями), или нулевое напряжение (при работе, например, с хромель-копелевыми термоэлектрическими преобразователями, не требующими термокомпенсации/, или напряжение смещения от источника 32 опорного напряжения блока самоконтроля .

Напряжение компенсации снимается с диода 42 схемы 8 термокомпенсации. При этом с целью наиболее точной компенсации термоЭДС свободного спая термоэлектрических преобразователей указанный диод конструктивно крепится к разъему с проводами свободных спаев термоэлектрических преобразователей, а резистором 41 схемы 8 термокомпенсации задается рабочая точка, на начальном (нелинейном) участке вольт-амперной характеристики диода 42, при которой температурная зависимость изменения прямого падения напряжения на Р-п переходе диода 42 также нелинейна и пропорциональна нелинейной зависимости термоЭДС свободного спая термоэлектрических преобразователей. С выхода суммирующего усилителя 9 сигнал поступает на блок 10 индикации для регистрации и на сигнальный вход порогового элемента 33,

В режиме самоконтроля импульсы управления подаются на транзисторные ключи. 27.1 и 27,2 блока 3 самокоптро30

35

40

45

50

55

51

ля, на входы которых поступает эталонное напряжение источника 36 опорного напряжения через резистивпы делитель на резисторах 30 и 31. С выхода суriMiijjyiouiei o усилителя 9 напряжемте самоконтроля подается Tia rioporoBLi э.темеит 33, где сравни)а- ется с двумя этапо1П1ыми напрял :ечиями поступающими от источника 32 онорно- го напряжен 1я.

Если выходное папряжепие суммирующего усилителя 9 заданного мини.мальногсз и меньше заданного максимального уровня, то на выходе поро гового элемента 33 формируется единичный сигнал, свидетсльстп Г1п;и1 об исправности ycTpoiicTBa, В ипьгк случаях HopciroBtiu i )лсме} Т 33 i n:ia6.r тывает 1 упевой сигнал неисправ-

ности ycTpoiicTBa, поступающич на соответству1 ||дий индикатор блока дикации,

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е и и 5i

Мпогок, 1нальн(1е устройство для измерения температурил, содержащее п термоэлектрическ их иреобразова r o.nc-ii, модулятор, уси.1П1 ;ель переменного Ю ка, подключолгпь: через демодуля 1Ч1 1 ;v

ПерВО У BTlLi/iy CyM;-i:fpyiT : rO y;, l , il;: П.ОСТОЯННОГ О riiK;i,, Il ICir.iOH Г;ХОД K(ilJi

ro cooдииL. i: I l i-iv: ; скемь; i pi i - компелсании j {ч.и; ::у)дк;1юче: i ;. г ку индикадии, i.i ; л и ч а ю щ - с я то. «го. с дслыо иопьшен;-:;;

точности 1 Нал tin СТИ yt i ройства, li H Ji u ii iii ,::,i:H: 1 пор i ;..r;:; -:(,-i- тель масштабов, Гп-.-к У-:ранлгч И) , сш: тоящий из тч ператс-P.I прямоу гoJl,llи.. импульсов, инвертора и деитифратора , и блок саГ К- Контроля, включающи; и себя noporcHbiit I I-JMCHT , источник опорного напряжения , управляю11,1,

тра1 сформатор , резистивный делитрл -. и два траьгзистирных ключа, управляющие входы которых соединены с jrropi.;-- ми обмоткамп упраш1яю1цего трансформатора, а нхилы соединены с выходом резистивного детпггеля, вхо;д1 г. оторого ПОДКЛЮЧС Ы 1; первому ВЫХО;;У ИСТ:1Ч

ВИИИНИ оакая 5180/40

Пронзи,-полигр, пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектяая, 4

6

5 0

S

(

, i,

,

64

опорного напряжения, соединенного с пороговым злеме11том, схемой термокомпенсации и третьим входом сум- мпруюгцего усилителя, четвертый вход которого соединен с общей шиной уст- ройства, причем модулятор содержит 2п + 1) транзисторных ключей, (п+1) управляю;цих трансформаторов, коммутатор управляющих импульсов и вьгход- иоГ трансформатор, при этом выводы кг1;кдого термоэлектрического преобразователя соединены соответственно с входами двух соответствующих транзисторных ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с jn ophiMH обмотками соответствующих упраиляющих трансформаторов, а выходы пп;1ключены к первой обмотке выходного тра1 сфоматора, параллельно кото I oi i общий 2п+1 транзисторный , управляютци) вход которого сое- ,:uiiie- с i.iTopoji обмоткой п+1 управляющего трансфорпатора, первая обмотка которого подключена к выходу генератора прямоуrojibnhix импульсов блока упрат;:1С1П п, соединенному с упраапяю- глим иходом демодулятора и входом ин- яертора, пыход которого подключен к си гн;и:1)ому нходу комм татора управ- пигицих Mi-:iiyjibcon, управляющий вход ja.Toporo i-01 дииен с первым выходом ,д( 1;;11Л);ато1 а блслча управления, а вы- -;г1Л 1 Li;- ;iiuoHbi спответствсршо с пер- )M сог л: гкаг.щ ч управляющих транс- |;1о1; мтор П 1 модулятора и блока самоконтроля, выходы транзисторных клю- qci i которого 1ихп,кл1очены к первой об- 0 1 кс (1диого трансформатора моду- jurrnp i, р I opaH бмотка которого сое- луми на с входом усилителя переменного тока, в пепь отрипателъной обрат- rioi; силзи ;ото1-)ог о включен перврлю- чатопт масштабов,, упр;шляющий вход Ki Toporo соединен с вторым выходом цсп .ифратора блока управления и управ- ЛЯК1ИЦ1М входом суммирующего усилителя, -п.1ход которсзго . ;,единен с сигнальным. входом порогово о элемента блока самоконтроля, выход которог о подключен к допо::ни :ЧМ7)1Н1 т входу блока и:1дг1каиии .

775

1и1Д1и1Сное

Изобретение может быть использовано для многоканального измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей (ТП), обладающих различной чувствительностью. Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности устр-ва. С вторичной обмотки выходного трансформатора 20 измеряемьш сигнал поступает на вход усилителя 4 переменного тока (УПТ). В зависимости от заданного кода режима чувствительность устр-ва изменяется за счет выбора коэффициента усиления УПТ 4 с помощью переключателя 6 масштабов. Про масштабированное напряжение с выхода УПТ 4 поступает на демодулятор 7, Выпрямленное напряжение с последнего подается на один вход суммирующего усилителя 9, На другой его вход посредством ключей 37, 38 и 39 в зависимости от заданного дешифратором 35 кода режима поступает или напряжение компенсации термоЭДС свободного спая со схемы 8 термокомпенсации, или нулевое напряжение, или напряжение смещения от источника 32 опорного напряжения блока 3 самоконтроля. С выхода суммируюшего усилителя 9 напряжение самоконтроля подается на пороговый элемент 33, где сравнивает ся с двумя эталонными напряжениями, поступающими от источника 32 опорного напряжения. Если выходное напряжение суммирующего усилителя 9 отлично от заданного уровня, то на выходе порогового элемента 33 фop п pyeтcя сигнал 1, свидетельствующий об исправности устр-ва. 1 ил. varm .. ятооа - S (Л со 4 оо 05 О) Np