Устройство для многоканального измерения температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K7/00 

(ТЭП) 2. Блок управления 10 управляет , ности цепей термопреобразователя и

работой переключателя каналов 3 и

ТЭП. 2 ил.

ТЭП. 2 ил.

Изобретение касается температурных измерений и позволяет повысить точность измерений и надежность устройства. Ключи 5.1, 6.1 соединяют потенциальные выводы термопреобразователя 1 со входом измерительного усилителя 11 и цепочкой эталонных резисторов 8.1-8.4, подключенной ко второму источнику питания и второму коммутатору 7. Ключи 5.2, 6.2 подключают термоэлектрический преобразователь (ТЭП) 2. Блок управления 10 управляет работой переключателя каналов 3 и коммутатором 7, устанавливая величину требуемого компенсирующего напряжения, и осуществляет контроль целостности цепей термопреобразователя и ТЭП. 2 ил.

Изобретение относится к температур-. ным измерениям и может быть использовано в системах для многоканального измерения температуры .термопреобразователями сопротивления и термоэлектрическими преобразователями.

Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности устройства.

На фиг.1 показана структурная схема устройства, содержащего два измерительных канала: (один с термопреобразователем сопротивления (ТС), другой с термоэлектрическим преобразователем (ТЭП); на фиг.2 - структурная схема варианта блока управления.

Устройство содержит термопреобра- зоват ель 1 сопротивления, термоэлектрический преобразователь 2, блок 3 переключения каналов, ограничительные резисторы 4.1, 4.2, ключи первого коммутатора 5.1, 5.2, 6.1, 6.2, второй коммутатор 7, цепочку эталонных резисторов 8,1, 8.2, 8.3, 8.4, первый источник 9 питания, блок 10 управления, измерительный усилитель 11, второй истсУчник 1 2 питания.

Устройство работа е т следующим образом.

Блок 10 управления ч.ерез блок 3 переключения каналами подключает очередной канал, одновременно по этому сигналу в блоке 10 управления производится оценка состояния цепей термопреобразователей.

В случае подключения ТС к данному каналу ток от первого источника 9 протекает следующим образом: плюс первого источника 9 питания, ограничительный резистор 4.1, ТС 1 и через второй токовый вывод ТС на минус первого источника 9 питания. Сигнал с первого ключа 5.1 поступает на цепочку эталонных резисторов 8.1-8.4 и в блок 10 управления. В исходном состоянии первый выход второго коммутатора 7 подключен через общий вывод коммутатора к первому входу измерительно

го усилителя 11. Второй потенциальный вывод ТС через второй ключ коммутатора 6.1 подключен ко второму входу измерительного усилителя 11, К первому входу усилителя 11 приложено напряжение, равное

0

0

,

5

0

и,

E-RN-RO +

RT + RA

(О

где NR0 - сопротивление ограничительного резистора 4.1; N - безразмерная величина; R0 - сопротивление ТС при Т

0°С;

RT - сопротивление ТС; Е - напряжение первого источника 9 питания;

RA - сопротивление линии связи. Это же напряжение поступает на блок 10 управления.

Для обеспечения линейной зависимости напряжения от изменения сопротивления ТС, а также для практическо - го исключения влияния сопротивления линии связи на измерение необходимо, чтобы сопротивление ограничительного резистора на два, три порядка превышало сопротивление ТС,

Пусть &R, где &R - изменение сопротивления при изменении температуры, AR«NR0, RA«NR0(N si 000), тогда выражение (1) можно представить в виде

U 1N+1

+ Е

№

R0(N-M)

(2)

При этом максимальное влияние линии связи составит 0,1%.

Первый член выражения (2) - это постоянная составляющая, а второй член линейно связан с изменением температуры.

Далее с блока 10 управления выдается управляющий код на коммутатор 7 и последовательно с напряжением ТС включается напряжение, равное

U F - иэ ь м

(3)

где К - число эталонных резисторов

подключенных к входу измерительного усилителя; М - число эталонных резисторов. Тогда к входу измерительного усилителя 11 приложено напряжение

I

N+1

+ Е

UR

VN+I)

Условием окончания измерения будет: Ua U, где U - напряжение, равное падению напряжения на одном эталонном резисторе.

В результате на выходе усилителя 11 с коэффициентом усиления Ку будет напряжение, равное

KaE AR RO(N-H)

(5)

Если RT R0(1VT), то U вых AT, где А коэффициент преобразования всего измерительного тракта А (N+l). Сигнал, поступающий в блок 10 управления, позволяет проверить практически все цепи ТС. Обрыв одной из цепей ТС приведет к тому, что в блок 10 управления поступит сигнал, равный нулю, либо неопределенный относительного общего провода. Величина этого сигнала для исправных цепей ТС лежите в пределах

ис

ERr

Макс

RTwaKc+NRo

R т н- значение сопротивления ТС при

минимальной температуре; гцлйке значение сопротивления ТС при

максимальной температуре. В случае подключения ТЭП 2 первый источник питания не подключается и ЭДС ТЭП подключена к входу измерительного усилителя 11.

Напряжение с эталонных резисторов подключается, если ЭДС ТЭП превышает пороговый уровень усилителя 11, либо когда необходимо проверить целостност цепей ТЭП 2.

Блок 10 управления (фиг.2) содержи первый элемент И 13, счетчик 14, делитель 15, первый элемент НЕ 16, циклический регистр 17, второй элемент И 18, две схемы хранения-выборки 19, 20, генератор 21 импульсов, второй элемент НЕ 22, компаратор 23, схему 24 вычитания, третий элемент И 25, четвертый элемент И 26; пятый элемент И 27 к усилитель 28.

to

15

20

Блок управления работает следующим образом.

Перед началом работы устройства в каждую ячейку циклического регистра 17, соответствующую данному каналу, записывается тип термопреобразователя в этом канале (ТС или ТЭП). С генератора 21 импульсов поступает импульс на элемент И 13 и элемент И 18. Импульс с элемента И 13 сбрасывает счетчик 14 и сдвигает циклический регистр на один шаг. На выходе регистра 17 выдается сигнал типа термопреобразователя, который поступает на элемент И 25, И 26 и элемент НЕ 22. Сигнал с первого потенциального ключа 5.1 подключенного канала поступает на элемент И 25. Если в данном канале включен ТС и в одной из токовых цепей ТС есть обрыв, то на выходе элемента И 25 формируется сигнал Обрыв токовых цепей ТС.

Первый импульс с элемента И 18 по переднему фронту записывает сигнал в схему 19 хранения выборки и усилитель 11, а по заднему фронту импульса с элемента И 18 в счетчик 14 записывается единица и последовательно с сиг30 налом ТС включается напряжение с одного эталонного резистора. Сигнал с усилителя поступает на компаратор 23, Импульсы с генератора 21 импульсов поступают в счетчик 14 до тех пор, пока выходной сигнал не будет меньше заданной величины. Параллельно процессу измерения производится оценка коэффициента преобразования всего измерительного тракта и определение со

4$ стояния потенциальных цепей ТС или ТЭП. Каждый четный импульс записывает напряжение в схему хранения выборки 20. Это обеспечивается делителем на два 15. В результате на вход схемы 24

45 вычитания поступают сигналы предыдущего и последующего значения измеренного напряжения

25

35

U

М

(7)

Тогда на выходе схемы вычитания появится напряжение, равное, которое поступает на элемент И 26, ив случае, если &U 0, формируется сигнал обрыва потенциальной цепи ТС. Напряже- в|ие поступает на усилитель 28, коэффициент передачи которого равен падению напряжения на одном эталонном ре- Зисторе (в относительных единицах). На выходе усилителя 28 формируется Сигнал, равный коэффициенту преобра- з ования всего измерительного тракта Кп ЕК„/(М.и).

Если к,изменяемому каналу подклю- tjteH ТЭП, процесс измерения выполняет- фя по тому же алгоритму, с той лишь разницей, что контролируется обрыв фолько потенциальных цепей ТЭП, так как с циклического регистра 17 на Элементы И 25 и 26 выдается запрещенный сигнал, а на элемент И 27 - разрешающий сигнал.

формула изобретения

1 Устройство для многоканального измерения температуры, содержащее тер- Иоэлектрические преобразователи и термопреобразователи сопротивления, каждый из которых подлючен к входам первых и вторых ключей первого коммутатора, управляющие входы которого соединены с выходами блока переключения каналов, вход которого соединен

с блоком управления, первый источник питания, цепочку последовательно соединенных эталонных резисторов, выводы которых подключены к входам второго коммутатора, управляющие входы которого соединены с выходами блока управления, измерительный усилитель, первый вход которого соединен с выходами вторых ключей, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности устройства, в него введены ограничительные резисторы и второй источник питания, первый и второй выходы которого соединены с крайними выводами цепочки эталонных резисторов, причем первый вывод первого источника питания соединен через ограничительные резисторы с первыми токовыми выводами термопреобразователей сопротивления, вторые токовые выводы которых соединены с вторым выводом первого источника питания, выходы первых ключей соединены с первым выходом второго источника питания и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом измерительного усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго коммутатора.