Устройство для измерения температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K7/00 

2 t

Изобретение относится к области те ературных измерений и может быть ис- юльзовано в любой отрасли народного рсозяйства, где необходимо производить Измерение температуры с высокой точностью.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения по- :Грешностей измерения, вызванных не- стабильностью элементов устройства, а также перегревом термопреобразователей.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения темпе- ратуры; на фиг. 2 - схема подключения фотосчитывающего блока и блока параллельного интерфейса посредством информационной шины к вычислит ельному блоку.

Устройство содержит п термоэлектрических преобразователей 1 и га тер- мопреобразователей 2 сопротивления (преобразователей температуры в сопротивление) , количество которых пит в принципе может быть любым, коммутатор 3, измерительный блок 4, блок 5 источников стабиль1шх токов, информационную шину 6, связывающую все блоки устройства, вычислительный блок 7, блок 8 памяти, блок 9 регистрации и вывода информации, блок 10 параллельного интерфейса, фотосчитывающий блок 11 и блок 12 образцовых сопротивлений и эталонных напряжений.

Термрпреобразователи сопротивления могут быть подключены к входам коммутаторов по трех- или четьфехпро- водной схеме, при этом их токовые выводы соединяются через коммутатор 3 с блоком 5 источников стабильных токов.

Для оптимизации габаритов, уменьшения токов утечки между каналами -коммутатор 3 может быть выполнен по двух ступенчатой схеме. Блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений представляет собой цепочку стабильных сопротивлений, запитываемую от блока источников стабильных токов, нормаль- кого элемента или высокостабильного полупроводникового стабилитрона.

Фотосчитывающий блок 11 включает в себя (фиг. 2) источники 13 ,, ... 13g и приемники 14,, ..., 14g излучения, в качестве которых могут быть использованы, например, светодиоды инфракрасного диапазона, подключенные к источнику питания (не показан) че

g

5 0

5 0

о

с

5

рез токоограничиваю цие резисторы К, компараторы 15,, ... ISg напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При подключении к входам коммутатора термоэлектрических преобразователей с функциональной зависимостью и F(T), где Т - измеряемая температура, напряжение U, пропорциональное измеряемой температуре, поступает на вход измерительного блока 4, где оно нормируется и преобразуется в цифровой код. Если измерение температуры осуществляется при помощи термопреобразователей сопротивления с функциональной зависимостью R F(T), то нормированное напряжение вьщеляется при подаче на них тока, поступающего через коммутатор а выхода блока 5 источника стабильных токов.

При измерении температуры в широком динамическом диапазоне с помощью термопреобраз ователей сопротивления, как правило, возникает проблема перегрева термопреобразователя от тока запитки при изменении температуры в широких пределах, что может привести к значительным погрешностям измерения. Поэтому При изменении сопротивления термопреобразователя из-за понижения или Повышения температуры необходимо автоматически изменять ток его запитки с целью обеспечения максимального уровня сигнала при допустимой мощности рассеивания на термопреобразователе, что и реализовано с помощью блока стабильных источников тока, содержащего несколько источников тока, каждый из которых настроен на генерацию заданного фиксированного тока. Источники тока могут быть выполнены по любой схеме, обеспечивающей высокую стабильность тока и нагрузочную способность в широком диапазоне српротивлений.

Для устранения погрешностей, возникающих в измерительном тракте, к входу измерительного блока 4 через коммутатор 3 подключен блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений.

В состав измерительного блока может входить какой-либо стандартный аналого-цифровой преобразователь (АЩ1) и усилитель с управляемым коэффициентом усиления.

Цифровой код измеряемых и эталон- ных величин с вькода измерительного

блока 4 поступает в вычислительный блок 7, выполненный на основе микропроцессорного набора, например ,серии К580, в соответствии с рекомендациями по его Применению, Основным элементом такого вычислительного блока может являться, например, микропроцессор КР580ИК80А. Функционирование микропроцессора обеспечивают микросхемы стандартног о микропроцессорного набора - тактовый генератор, системный контроллер и шинные формирователи. В вычислительном блоке первоначально осуществляется компенсация аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности При этом истинное значение измеряемых величин может быть определено по формулам:

т /тт ттЧ

,

, 1

и.

u,,(u,-uj

эг- и.

Ь)

к.

1,г(и.- и,)

и.г- Uc

где эталонное напряжение или напряжение на эталонном резисторе блока 12J UQ - напряжение смещения нуля,

которое находится путем проведения измерений при закороченном входе измерительного блока;

Ug - измеряемое нaпpяжeниeJ и - истинное значение измеряемого напряжения; R,- значение образцового сопротивления;

R - истинное значение измеряемого сопротивления. Программа функционирования вычислительного блока 7| управляющего также всеми элементами устройства, управляющими словами по информационной шине, находится в блоке 8 памяти. Последний может быть реализован на микросхемах оперативной памяти динамического или статического типа и микросхемах постоянной памяти.

После определения истинных значе НИИ напряжений термоэлектрических преобразователей или сопротивлений термопреобразователей сопротивления вычислительный блок по аппроксимирующему многочлену и индивидуальным коэффициентам термопреобразователей, хранящимся в оперативной части ёлока памяти, определяет истинное значение

-

jg15и. 20

25

35

о .Q д

50

55

измеряемой температуры, которое может быть выведено на блок регистрации и индикации, включающий в себя, например, печатающее устройство и цифровой дисги;ой.

Индивидуальные коэффициенты термопреобразователей определяются путем математической обработки характеристики каждого индивидуального нреобра- . зователя. Так, например, для медных термопреобразователей сопротивления типа ТСМ-50 или ТСМ-53 аппроксимирующая имеет вид:

TV, а + b.R,,(3)

где а и b - коэффициенты аппроксимации; - значение сопротивления термопреобразователя при температуре

Ти.

Для термопреобразователей типа ТИК зависимость Т f(R) имеет вид:

Т, а + bR + cR - d-R , (4)

В этом случае коэффициенты а, Ь, с и d являются индивидуальными для каждого термопреобразователя и приводятся в его паспорте.

Для обеспечения функциональной гибкости и модифицируемости устройства дпя измерения температуры к информационной шине подключен блок 10 параллельного интерфейса, на входы которого поступает информация с выходов компараторов l5,-15g приемников излучения фотосчитывающего блока I1. Достаточную простоту и надежность При подключении фотосчитывакяцего ка к информационной шине может обеспечить интерфейс, выполненный, например, на основе стандартной микросхемы

параллельного интерфейса КР580ВВ55. I

Наличие блока )0 параллельного интерфейса и фотосчитывающего блока 11 позволяет легко модифицировать оперативную часть блока памяти, обеспечивая тем самым возможность быстрого изменения алгоритма функционирования устройства, изменения типа аппроксимирующего многочлена и значений индивидуальных коэффициентов термопреобра- зователей, а также позволяет вводить поправочные коэффиц.ченты, учитывающие временную нестабильность эталонных элементов измерительного тракта и до- полнительные программы для диагностики узлов устройства, что ведет к по- вьш1ению точности измерения.

Все перечисленные коэффициенты заносятся на перфоленту и вводятся в

блок 8 памяти устройства с помощью фотосчитывающего блока 11.

Фотосчитывающий блок 11 работает следующим образом, /1ри вводе перфолен- ть| ее кодовые отверстия периодически пр1опускают световой поток от свето- дИодов 13|, ... 13g (или иных источ- HiiKoB излучения) на приемники . Q

И

в

вызывая появление на последних

которого соединены с термопреобразова- телями и выходами блока образцовых сопротивлений и эталонных напряжений, а выход подключен к входу измерительного блока, выход которого и управляющие входы, а,также входы и выходы вычислительного блока, блока памяти и блока регистрации и индикации соединены между собой информационной шиной, соединенной с коммутатором, о т л и- ч а ю щ е .е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок источников стабильных

пграллельного интерфейса 16. Вычисли- 5 токов, блок параллельного интерфейса тельный блок 7 в соответствии с программой, хранящейся в блоке памяти, ог ращивает линии Р, -Рд интерфейса и зг1носит полученную информацию в соот- в« Тствующие ячейки оперативной памяти 20 го интерфейса, выходы которого подключены к информационной шине, соединенфстоЭДС, отпирающей соответствующие

15

в

выходы коксмпараторы 15,, ...

тс рых подключены к входам Р , -Р. схемы

и фотосчитывающий блок, состоящий из источников и приемников излучения, выходы которых через компараторы соединены с вxoдa и блока параллельнотоков, блок параллельного интерфейса го интерфейса, выходы которого подклю чены к информационной шине, соединени фотосчитывающий блок, состоящий из источников и приемников излучения, выходы которых через компараторы соединены с вxoдa и блока параллельно

Изобретение относится к температурным измерениям. Цепь изобретения - повьшение точности. При изменении сопротивления термопреобразователя из- за понижения или повышения температуры автоматически изменяется ток его запитки с целью обеспечения максимального уровня сигнала при допустимой мощности рассеивания на термопреобразователе, что реализовано с помощью блока стабильных источников тока, содержащего несколько источников тока, каждый из которых настроен на генерацию заданного фиксированного тока. Для устранения погрешностей, возника- ющих в измерительном тракте, к входу измерительного блока 4 через коммутатор 3 подключен блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений. Цифровой код измеряемых и эталонных величин с выхода измерительного блока 4 поступает в вычислительный блок 7, где осуществляется компенсация аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности. Определяется истинное значение измеряемой температуры, которое вводится в .блок регистрации и индикации. 2 ил. . (Л

Ф|ормула изобретения

Устройство для измерения темпера- , содержащее коммутатор, входы

ной с управляющими входами блока источников стабильных токов,выходы которого соединены с дополнительными 25 входами коммутатора.

Фиг,2