Устройство для измерения разности температур Советский патент 1988 года по МПК G01K7/16 G01K3/08 

(21)4039203/24-10

(22)14.01.86

(46) 07.05.88. Бюл. № 17

(71)Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола

(72)Буй Ван Шанг (VN), Н. Г. Коваль- чук и Е. С. Лолищук.(8и)

(53)536.3.531(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 665217, кл. G 01 К 7/20, 1977,

Авторское свидетельство СССР № 708175, кл. G 01 К 7/20, 1977.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР

(57)Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения повышение точности измерения. Устройство содержит термопреобразователи 1 и 2, переключатели 3 и 4, усилители 5 и 6, источник 7 опорного напряжения, переключатели 8, 9 и 12 тактов, интеграторы 10 и 11, резистор 13, схему 14 сравнения, блок 15 управления, блок 19 индикации. Введение селектора 16, генератора 17 счетных импульсов, реверсивного счетчика 18, переключателя 20 тактов и образование новых связей между элементами устройства позволяет снизить погрешности измерения, вызванные нестабильностью параметров элементов устройства. 3 ил.

9

Фиг.1

Л гад

П

Со. СО

4

о а

С71

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения разности Т мператур с представлением результа- тЬв в цифровой форме.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем снижения по- г|решностей измерения, вызванных не- С(Табильностью параметров элементов устройства.

На фиг. 1 представлена структурная (хема устройства для измерения разно- (,ти температур; на фиг. 2 - схема (лока управления; на фиг. 3 - времен:1ые диаграммы работы блока управления .

Устройство содержит два термопреобразователя 1 и 2, два двухвходовых переключателя 3 и 4, два усилителя 5 и 6, первые входы которых подключены к выходам источника 7 опорного напряжения, а вторые входы соединены с выходами переключателей 3 и 4, пер- |вый переключатель 8 тактов, второй Iпереключатель 9 тактов, первый интег- iратор 10, второй интегратор 11, по- следовательно соединенные третий переключатель 12 тактов и резистор 13, включенные параллельно конденсатору первого интегратора, схему 14 сравнения, блок 15 управления, селектор 16 генератор 17 счетных импульсов, реверсивный счетчик 18, блок 19 цифровой индикации и четвертый переключа- тель 20 тактов, включенный параллельно конденсатору второго интегратора.

Блок 15 управления (фиг. 2) содержит формирователь 21 импульсов, состоящий из ограничителя 22, диф- ференциатора 23 и триггера 24, два триггера 25 и 26, три дифференциатора 27 - 29, два элемента И 30 и 31 и элемент ИЛИ 32.

Вход 33 блока управления подклю- чен к сетевому напряжению, на вход 34 должен подаваться сигнал включения устройства, управляющий вход 35 подключен к выходу схемы 14 сравнения. Выход 36 соединен с управлянлци- ми входами переключателей 8 и 9, выход 37 соединен с переключателем 12, выход 38 подключен к управляющим входам переключателей 3 и 4, дополнительные выходы 39 и 40 соединены с входами селектора 16, а выход 41 подключен к входу переключателя 20.

Термопреобразователи 1 и 2 должны иметь градуировочные характеристики

типа Е (9) + (Е 4- Е,), где Ер, Е , TQ - постоянные коэффициенты. С высокой точностью такой функцией описываются, например, термоэлектрические преобразователи типа ПП-1, ВР-5/20.

Работа устройства происходит в четырех тактах преобразования. В первом и втором тактах переключатели 3 и 4 находятся в положении а, при этом термопреобразователь 1 подключен к усилителю 5, а термопреобразователь 2 - к усилителю 6, а в третье и четвертом тактах - в положении б, при этом термопреобразователь 1 под- тслючен к усилителю 6, а термопреобразователь 2 - к усилителю 5.

В первом такте переключатели 8 и

9замкнуты, а переключатели 12 и 20 разомкнуты. Сигналы с термопреобразователей 2 н 1 поступают соответственно на вторые входы, например, суммирующих усилителей 5 и 6, на первые входы которых поступают с источника

7 опорного напряжения сигналы, равные по величине, но противоположные по знаку постоянным, не зависящим от температуры, членам их функции преобразования. При этом на выходах

усилителей формируются сигналы вида

U g, К,и,8 ® ; и К,и, где К,, К,( - коэффициенты усиления усилителей 5 и 6 соответственно; 9, , 9 - температуры; U , Т - постоянные коэффициенты преобразования термо- преобоазователей. кототэые пог.т-чпают на входы интеграторов. Знак плюс перед членом 0/Т соответствует монотонно возрастающей, а знак минус - монотонно убывающей характеристике термопреобразователя.

Выходные напряжения интеграторов

10и 11 в конце первого такта определяются выражениями

и , -и

Тп .

t- , 177

(1)

тт - тт ч я в, RjC,

Во втором такте переключатели 8 и 9 размыкаются, а переключатель 12 замыкается. Конденсатор С разряжается через резистор R,j по экспоненциальному закону до напряжения Uy,. Время разряда конденсатора С определяется выражением

3

и Я

и

J1

В момент, когда U j.i U ,,, происходит разряд ковденсатора С до нуля с помощью переключателя 20.

Блок 15 управления открывает селектор 16 на время Т, За это время с выхода генератора 17 счетных импульсов на вычитающий вход реверсивного счетчика поступает Ng импульсов, определяемых выражением

- f р г In KiRjCT. . foR,C -/oRiCiln (. +

Т «,-.).

(3)

Для N fl 7 О необходимо вьшолнить условие

в

In

KtRsCt (e«-9t) К,Е,С, Т

В третьем такте положение переключателей 8, 9, 12 и 20 такое же, как в первом такте. Преобразование повторяется так же, как в первом такте. Выходные напряжения интеграторов 10 и 11 в конце такта определяются выражениями

и,

Ч

б

гдеи, К, ug, Преобразование в четвертом такте происходит так же, как и во втором такте. Количество импульсов, посту- пивщих на суммирукяций вход реверсивного счетчика J8 за время четвертого такта, определяется выражением

feR,C,ln

KiEiCi

KjRjC, 2 (0,-е,).

Т

необходимо выполнить

, (Qi-90

Т

139Д065

(2)

одит поУчитывая число импульсов, поступивших на входы счётчика 18, в конце четвертого такта имеем число импульсов NO, показываемое на цифровом таб- ло блока 19 цифрового отсчета:

10

2 foRtC,

(9,-е)

(8)

Выбирая

2 foRiCi

Т

10

где п

О, 1, 2,,.., получаем

N0 4- Ю- (е,-0,).

(9)

20

35

Как видно из выражения (9) показания устройства N0 не зависят от по- . грешностей резисторов R , и F, конденсатора Cj, коэффициентов усиления К, и Kj усилителей и нелинейности

25 интеграторов.

Блок управления работает следующим образом. На вход 33 поступает сетевое напряжение. Проходя через ограничи-Н тель 22 и дифференциатор 23, оно преобразуется в последовательность им пульсов и (фиг. 3), частота которых равна -частоте сетевого напряжения. При- подаче импульса включения устройства на вход 33 в момент времени tg (фиг. 3) триггер 26 устанавливается в исходное состояние, при этом на выходах 38 и 36 устанавливаются логические нули, а на выходе 37 - состояние логической единицыр

40 Два последовательных ш.шульса с дифференциатора 23 формирз т на выходе 36 первьш прямоугольный импульс длительностью 20 мс. Одновременно в момент времени t, на выходе

45 38 триггера 25 устанавливается состояние логической единицы. В момент времени tj на S-вход триггера 26 поступает импульс, устанавливающий его в состояние 1. В момент tj изменения состояния схемы 14 сравнения триггер ,26 устанавливается в состояние О. В результате совпадения выходных импульсов от триггеров 26 и 25 получается положительный прямо- угольньй импульс, который открывает селектор 16 и разрешает поступление тактовых импульсов от генератора 17 на вычитающий вход счетчика 18. В момент времени tj образующийся им50

55

51

пульс на выходе дифференциатора 29 перебрасьгоает триггер 24 в исходное состояние.

При появлении следующих двух им- пульсов в моменты времени t. и tj на выходе 36 получается второй прямоугольный импульс длительностью 20 мс Одновременно в момент времени t 4 триггер, 25 меняет свое состояние, а в моменты tj и t, благодаря изменению состояния триггера 24 и схемы 14 сравнения, на выходе триггера 26 появляется ,второй прямоугольный импульс. В результате совпадения им- пульсов с выходов триггеров 25 и 26 на выходе 40 элемента 31 формируется положительный прямоугольньй импульс, который открывает селектор 16 и разрешает поступление тактовых импуль- сов на суммирующий вход счетчика 18.

В момент времени t4 цикл измерения заканчивается. Новьш цикл измерения начинается после подачи следующего импульса запуска.

Формула изобретения Устройство для измерения разности температур, содержащее два термопре- Ьбразователя, два усилителя, первые входы которых соединены с выходами источника опорного напряжения, а выходы соответственно через первый и второй переключатели тактов подключены к входам первого и второго интеграторов, параллельно конденсаторам которых включены соответственно последовательно соединенные резистор с третьим переключателем и четвертый переключатель, а выходы интеграторов

соединены с входами схемы сравнения, блок управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами переключателей тактов, генератор счетных импульсов и блок цифрового отсчета, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены реверсивный счетчик импульсов, селектор и два двухвходовых переключателя, управляющие входы которых соединены с блоком управления, выходы подключены соответственно к вторым входам первого и второго усилителей, а первые входы подключены соответственно к вькодам первого и второго термо- преобразователей, соединенным соответственно с вторыми входами второго и первого двухвходовых переключателей, при этом вход селектора соединен с выходом генератора счетных импульсов, выходы селектора подключены к суммирующему входу и вычитаю- щему входу реверсивного счетчика, соединенному с блоком цифрового отсчета, а управляющие входы соединены с дополнительными выходами блока управления, управляющий вход которого соединен с выходом схемы сравнения.

г/г.2

fiyl П