Многоточечный цифровой термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K7/02 

(21)4118954/24-10

(22)29.07.86

(46) 23.05.88. Бкш. 19 (72) И.А.Белоусов, В.В.Кочан, А.А.Саченко, Н.А.Королев, И.П.Курит- нык, Я.С.Лешков и В.Ф.Кобернюк

(53)536.532 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 932277, кл. G 01 К 7/02, 1978.

Патент ФРГ № 2744890, кл. G 01 К 7/00, опублик. 1979.

(54)МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

(57)Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит термоэлектрические преобразователи (ТП) 1.1, 1.2, термопреобразователи сопротилления 2,1, 2.2, головки ТП 3.1, 3.2, образцовый резистор 4, нагрузочный резистор 5, конденсатор 6, реле 7, коммутатор 8, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 памяти, вычислительный блок 11, блок 12 индикации и источник 13 стабильного напряжения. Введение новых элементов и образование ноёьгх связей между элементами устр-ва позволяет производить точный учет влияния температуры свободных концов каждого ТП 1.1, 1.2 на результат измерения и исключить погрешности, вносимые температурным и временным дрейфом источника 13 стабильного напряжения, а также снизить самонагрев ТП сопротивления протекающим через него током, 1 lin.

с $

СО СО

-s|

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где произвол,ится измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, а также для научных исследований, где требуется высокая точность измерения температурьк

Цель изобретения - повырдение точности измерения температуры путем точного учета влияния температуры свободных концов каждого термоэлектрического преобразователя на резуль- Тат измерения и исключения погрешностей, вносимых температурным и вре- меиньм дрейфом источника стабильного тока, и снижения самонагрева термопреобразователя сопротивления чПротекающим через него током.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого цифрового термометра.

Многоточечный цифровой термометр, например на две точки измерения со- держит термоэлектрические преобразователи (ТП) 1.1 и 1,2, последовательно включенные термопреобразователи сопротивления (ТС) и 2.2, расположенные в головках 3,1 и 3.2 ТП, образцовый резистор 4„ нагрузо,- ный резистор 5, сопротивление которого выбрано близким к сопротивлениям ТС, конденсатор 6, реле 7, коммутатор 8, один из входов которого зако- рочен (не показан), аналого-цифровой преобразователь (А1Щ) 9, блок (О памяти, вычислительный блок 11, блок 12 индикации и источник 13 стабильного напряжения,

Цифровой термометр работает следующим образом.

Значение измеряемой температуры при произвольной температуре свободных концов ТП преобразуется в термо- ЭДС, а значение температуры свободных концов ТП с помощью ТС 2,1 и 2,2 в падение напряжения, зависящее от действительной температурь свободных концов соответствующего ТП. Коммутатор 8 подает на вход А1.1П 9 термо-ЗДС каждого ТИ поочередно с напряжением, снимаемым с потенх иальных выводов каждого ТС 2.1 и 2.2, напряжением,, снимаемым с закороченного входа коммутатора 8, и напряжением, снимаемым с потенгшальных выводов образцового резистора 4,

0

5 0 0

0

5

Работу многоточечного цифрового термометра Муожно условно разделить на етьфе тактги

В первом такте на вход ЛИП 9 подается напряжение с закороченного входа коммутатора 8, при зтом с выхода снимается код, соответствующий дрейфу нуля ЛПП и уровню помех, действующих на входе Г1,ифрового термометра. Этот код подается в первую яхшйку блока 10 памяти и используется при дальнейшей работе цифрового термометра для компенсации дрейфа нуля АПП 9 и помех,, влияющих на точность измерения.

Во втором такте срабатывает реле 7j которое с помощью своих контактов 14 и 15 подает напряженрш источника 13 стабильного напряжения на цепочку из последовательно соединенных ТС 2.1 и 2.2 и образцового резистора Д. При этом коммутатор 8 подключает к АЦП 9 потенциальные выводы образцового резистора 4, и по падению напряжения на нем вычислительньй блок 11 определяет ток в цепи T Cj код которого поступает на вторую ячейку блока 10 памяти,

В третьем такте работы,когда ком- NPi TaTop В подк1 ючает к входу АЦП 9 потенциальные вьшоды ТС и вычисли- 1 ельный блок 1 I определяет по коду напряжения, падающего на ТС.,и коду его тока, находятегося в блоке 10 памяти, значение сопротивления ТС, вычисляет реальную температуру свободных концов ТП по формуле, устанавливающей связь меяоду сопротивлением ТС и его температурой, и по заданной предварительно характеристике ТП выдает в третью ячейку блока 10 памяти код термо-ЭДС К,,, , соответствующий температуре t., свободных концов ТП.

В четвертом такте, когда размыкаются контакты 15 и 16 реле 7,, коммутатор 8 подключает к входу А1Ш 9 ТП соответствующего канала, и вычислительный блок 11 по коду измеренной термо-ЭДС Е„,д,, ТП 1.1, скорректированному с учетом дрейфа нуля АЦП и помех, действующих на входе цифрового термометра, определяет значение термо-ЭДС Е измеряемой температуры путем алгебраического сложения кода термо-ЭДС Е с кодом термо-ЭДС Е, поступающим из блока 10 памяти. Дрейф нуля И помехи на выходе АЦП учитывается nyTefvf алгебраического вычитания

из результата измерения четвертого такта результата измерения в первом такте. Далее вычислительный блок по характеристике преобразования ТП t f(R,) определяет значение измеряемой температуры t, , которо.е индицируется блоком 12 индикации. При этом в вычислительном блоке 11 осуществляется не только коррекция погрешности, вызванной отклонением температуры свободных концов ТП от О.С, но и учет нелинейности характеристики преобразования ТП программным путем. В этом такте,так же как и в первом, источник 13 стабильного напряжения нагружен на образцовый резистор 4 и нагрузочньш резистор 5. За счет выбора образцового резистора 4 близким к сопротивлению ТС по- 2о ТП любой градуировки, корректировать казания АЦП 9 во втором и третьем метрологические характеристики термотактах близки, что приводит к компенсации погрешности А1Щ в процессе вычисления сопротивления термопреобра- зователей.

Таким образом, время протекания тока через ТС,приводящего к возможному самонагреву ТС, значительно сокращается и не превышает примерно 1/30 части общего времени измерения tr , в которое входят интервалы времени, необходимые для установки номера канала, измерения термо-ЭДС, усреднения, обработки результатов измерения, линеаризации, формирования отсчета. Это позволяет повысить точность определения температуры свободных концов за счет увеличения величины кратковременно протекающего через термопреобразователь тока. При этом

метра с учетом нестабильности характеристик преобразования ТП во времени, легко переходить от использования

25 ТП одного типа-к другому.

В качестве вычислительного блока 11 могут быть использованы микропроцессор или микроэвм.

Управление работой коммутатора 8,

30 реле 7, АЦП 9 можно осуществлять различными методами. Можно управлять их работой посредством шины синхронизации и управления вычислительного блока 11, возможна организация управления путем использования коммутатора с автоматическим обеганием каналов, в

отношение мощности Р , рассеиваемой на ТС при постоянном протекании через него тока I,, к мощности Р, рассей- ваемой на ТС при протекании через него тока мени

40

ЭТОМ случае вычислительный блок 11 просто фиксирует по сигналам с блока 10 памяти номер очередного канала и после задержки считывает текущий код с выхода А1Щ 9. Реле 7 в обоих случаях может переключаться посредством элемента ИЛИ прямо к тем обмоткам реле коммутатора, которые коммуI-i в течение короткого вре- 5 тируют ТС (цепи управления не , выражается формулойзаны).

Pi Р

тг- ±

If

что приводит даже при некотором увеличении тока Ij к уменьшению самонагрева ТС.

При таком увеличении тока, протекающего через ТС в момент определения кода Е(. , чувствительность цифрового термометра во втором такте может быть увеличена в 5-10 раз, а это приводит к более точному определению t и, как следствие, к повышению точности измерения температуры.

Конденсатор 6 предназначен для устранения высокочастотных составляющих тока, протекающих в момент замыкания и размъ кания контактов 14-16 реле 7.

В случае отсутствия необходимости использования всех ТП многоточечного цифрового термометра вместо отключенных ТС должны быть установлены пере- мьгчки.

В качестве блока 10 памяти можно использовать интегральные микросхе - мы - постоянные запоминающие устройства с электрическим перепрограммированием. Это позволяет без изменения схемы термометра использовать его с

метра с учетом нестабильности характеристик преобразования ТП во времени, легко переходить от использования

5 ТП одного типа-к другому.

В качестве вычислительного блока 11 могут быть использованы микропроцессор или микроэвм.

Управление работой коммутатора 8,

0 реле 7, АЦП 9 можно осуществлять различными методами. Можно управлять их работой посредством шины синхронизации и управления вычислительного блока 11, возможна организация управления путем использования коммутатора с автоматическим обеганием каналов, в

40

50

55

Формула изобретения

Многоточечный цифровой термометр, содержащий термоэлектрические преобразователи, цепь, состоящую из последовательно включенных термепреобразователей сопротивления, каждый из которых расположен в непосредственной близости от свободного конца споткет- .ствующего термоэлектрического преобразователя, коммутатор, входы которого соединены с выходами тер м -лектрических преобразователей и потенциальными выводами термопреобраэова- телей сопротивления, а выходы подключены к блоку памяти и входу аналого- цифрового преобразователя выход которого подключен к вычислительному блоку, соединенному с блоком индикации и блоком памяти, отличающийся тем, что, с целью повыше- ния точности измерения, в него введены образцовый и нагрузочный резисторы, конденсатор, источник стабильного Напряжения и реле, первый неподвижный Контакт которого соединен через на- грузочный резистор с первым выводом источника стабильного напряжения.

подключенным к первому токовому выводу цепи из последовательно включенных термопреобразователей сопротивления, параллельно которой включен конденсатор, второй неподвижный контакт соединен с вторым токовым выводом цепи из последовательно включенных термопреобразователей сопротивления, а подвизкный контакт через эталонный резистор подключен к второму выводу источника стабильного напряжения, при этом потенциальные выводы эталонного резистора соединены с дополнительными входами коммутатора, а управляющий вход реле соединен с дополнительным выходом коммутатора.