Цифровой измеритель температуры Советский патент 1989 года по МПК G01K7/20 

фигЛ

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно цифровым измерителям температуры, а может найти применение в океанографической измерительной аппаратуре,

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения погрешности измерения, вызванной изменением сопротивлений проводо линии связи при изменении температуры окружающей среды.

На фиг, 1 представлена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 - структурная схема преобразователя код-напряжение

Цифровой измеритель температуры состоит из термопреобразователя 1 сопротивления, измерительного моста 2, включающего в себя трансформатор 3 с первой 4, второй 5 и третьей 6 обмотками, первый 7 и второй 8 резисторы, фазочувствительного нуяь-орга- на 9, преобразователя 10 код-напряжение и генератора 11.

Термопреобразователь 1 сопротивления, вьшолненный, например, из медного провода, предназначен для преобразования измеряемой температуры в электрическое сопротивление и под- . ключен к измерительному мосту 2 и к фазочувствительному нуль-органу 9 с помощью первого 12 и второго 13 проводов линии связи. Третий 14 и четвертый 15 провода линии связи за- корочены в точке расположения термопреобразователя сопротивления 1 и расположены совместно с проводами 12 и 13.

Измерительный мост 2 служит для преобразования приращений сопротивления термопреобразователя 1 сопротивления в напряжение, подаваемое на сигнальный вход нуль-органа 9. Измерительный мост 2 состоит из резисто- ров 7 и 8 и трансформатора 3, выполненного, например, на кольцевом фер- ритовом сердечнике.

ФазочувствиТельный нуль-орган 9 предназначен для управления преобразователем 10 код-напряжение и может состоять из последовательно соединенных предварительного усилителя, полосового фильтра и фаэочувствитель ногр детектора, предназначенного для выделения активной составляющей выходного напряжения измерительного моста.

5

0 5

0

д

0

5

Преобразователь 10 код-напряжение содержит ключ 16, триггер знака 17, реверсивный счетчик 18, управляемый делитель напряжения 19, повторитель напряжения 20, неполярный электролитический конденсатор 21, трансформатор 22, пороговые элементы 23 и 24, элемент ИЛИ 25 и генератор импульсов 26.

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

В установившемся режиме, т.е. при некотором фиксированном значении измеряемой температуры, измерительный мост 2 уравновешен, а значение выходного кода N. устройства постоянно соответствует данной температуре. Если измеряемая температура изменилась, например, возросла, то сопротивление термопреобразователя 1 сопротивления возрастет, то приводит к появлению активной составляющей напряжения на выходе измерительного моста 2 (на сигнальном входе фазо- чувствительного нуль-органа 9), синфазного с опорным напряжением, подаваемым со второго выхода генератора 11 на опорный вход нуль-органа 9, который формирует на своем выходе положительное напряжение постоянного тока. Это напряжение поступает на вход порогового элемента 23 преобразователя 10 и при превьш1ении порога срабатывания переводит его из состояния О в состояние 1. При этом триггер 17 устанавливается состояние 1 и вьщает сигнал в реверсивный счетчик 18 на сложение импульсов, поступающих от генератора импульсов 26 с тактовой частотой f (меньшей, чем частота напряжения питания измерительного моста 2) через ключ 16, который открыт сигналом 1, поступающим на его управляющий вход с выхода порогового элемента 23 через элемент ИЛИ 25. Поступающие на вход реверсивного счетчика 18 импульсы увеличивают значение его выходного кода N и коэффициент передачи управляемого делителя напряжения 19, выходное напряжение которого, пропорциональное коду N, подается через повторитель напряжения 20, конденсатор 21 и понижающий трансформатор 22 в измерительный мост 2, активная составляющая выходного напряжения которого уменьшается с увеличением кода

N и выходного напряжения делителя напряжения 19, т.е. осуществляется автоматическое уравновешивание моста 2, Процесс уравновешивания продолжается до тех пор, пока постоянное положительное напряжение на выходе нуль-органа 9 не станет меньше порога срабатьшания порогового элемент 23, что вызьюает переход его из состояния 1 в состояние О. Ключ 16 при этом закрывается и прекращается поступление тактовых импульсов в реверсивный счетчик 18. Новое установившееся значение кода N при этом соответствует новому возросшему значению измеряемой температуры. Если измеряемая температура уменьшится, то уменьшится и сопротивление термопреобразователя 1 сопротивления, что приведет к появлению напряжения на выходе моста 2 и на сигнальном входе нуль-органа 9, сдвинутого на 180° относительно опорного напряжения. Пр этом на выходе нуль-органа9 формируется отрицательное напряжение постоянного тока, которое при превышении порога срабатьшания порогового элемента 24, имеющего отрицательный порог срабатьшания, переводит его из состояния О в состояние ,обеспечивая тем самым установку триггера 17 в состояние О, который выдает сигнал в реверсивный счетчик 18 на вычитание тактовых импульсов, и перевод ключа 16 в открытое состояние. Поступающие на вход реверсивного счетчика 18 импульсьг в этом случае уменьшают значение его выходного кода N и коэффициент передачи делителя напряжения 19, выходное напряжение которого уменьшается с увеличением числа поступающих импульсов, вызывая уменьшение напряжения на выходе моста 2 и уменьшение отрицательного постоянного напряжения на управляющем входе преобразователя 10 код-напряжение. Процесс уравновешивания протекает до тех пор, пока отрицательное напряжение на выходе нуль-органа 9 не станет меньше (по абсолютному значению) порога срабатывания порогового элемента 24, что вызовет переход его из состояния 1 в состояние О, Ключ 16 при этом закроется и прекра- тится поступление тактовых импульсов в реверсивный счетчик 18. Новое установившееся значение кода N при этом соответствует новому уменьшив29053

шемуся значению измеряемой температуры.

Функция преобразования цифрового измерителя температуры имеет вид:

10

-(-

1

W,(R,+2r)J }

+ - где k

+2r (1)

15

20

N . w« w. значение выходного

масштабный коэффициент преобразователя 10 код-напряже-. ние; текущее кода;

наибольшее значение выходного кода;

число витков первой обмотки 4;

число витков второй обмотки 5; число витков третьей обмот5

5

0

5

0

ки 6;

RJ ,R2 -сопротивление резисторов 7, 8, соответственно;

g - сопротивление термопреобраэователя сопротивления 1; г - сопротивление проводов линии

связи.

Сопротивления R, и R резисторов 0 7 и 8 выбираются из условий: WzRz

-г;

(2)

Rj,

где R

ен

5

R.

2W3

R W,

- начальное сопротивление термопреобразователя сопротивления 1, соответствующее нижнему пределу измерений.

В этом случае значение кода N однозначно связано с измеряемой температурой и практически не зависит от сопротивлений проводов линии связи.

Формула изобретения

Цифровой измеритель температурь), содержащий термопреобразователь сопротивления, измерительный мост, состоящий из первого и второго резисторов и трансформатора, первый вьшод первой обмотки которого через первый провод линии связи, термопреобразователь сопротивления и второй провод линии связи подключен к сигнальному входу фазочувствите.чьного нуль-органа, выход которого соединен с управляющим входом преобразователя код-напряжение, а опорный вход под -

ключей к второму выходу генератора, первый выход которого подключен к огториому входу преобразователя код - F aпpяжeниe, соединен через вторую обмотку трансформатора с общей шиной измерителя и подключен через первый резистор к началу третьего провода линчи связи, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности от изменений сопротивлений проводов линии связи, В него введен четвертый провод линии связи, а трансформатор снабжен третьей обмот

кой, первый вьшод которой соединен с общей шиной измерителя и через четвертый провод линии связи соединен с концом третьего провода линии связи, а второй вывод через второй резистор подключен к сигнальному входу фазо- чувствительного нуль-органа, при этом второй вывод первой обмотки трансформатора соединен с первым выходом преобразователя код - напряжение, второй выход которого подключен к началу третьего провода линии связи.

Изобретение относится к температурным измерениям, может найти применение в океанографической измерительной аппаратуре и позволяет повысить точность измерения путем уменьшения влияния на результат измерения изменений сопротивлений проводов линии связи. Напряжение с выхода генератора 11 поступает на измерительный мост 2, включающий в себя трансформатор 3 с обмотками 4, 5, 6, резисторы 7, 8 и термопреобразователь сопротивления 1. Измерительный мост преобразует приращение сопротивления термопреобразователя 1 в напряжение, поступающее на вход фазочувствительного нуль-органа 9. Преобразователь 10 код - напряжение формирует напряжение, уравновешивающее измерительный мост 2. Код на выходе преобразователя 10 пропорционален измеряемой температуре. 2 ил.

Опорный вход

Управляющий

Sjfod

L.

гб

«

Редактор И. Горват

Составитель В. Куликов

ТехредМ.ХоданичКорректор Т. Иллпи

Заказ 7840/36

Тираж 573

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. Д/)

/V

Фиа.2

Подписное