Многоточечный цифровой термометр Советский патент 1990 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в разных отраслях промыт- ленности, где производится измерение температуры с высокой точностью,

Целью изобретения является повы- |пение точности измерения путем умень- йюния влияния на результат измерения Паразитных термоЭДС.

На чертеже представлена блок-схе- Ма предлагаемого цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термо- электрические преобразователи (ТЭП) 1, термопреобразователи 2 сопротивления (ТС), расположенные в термовыравнивателе 3, образцовый резистор 4, нагрузочный резистор 5, источник 6 стабильного напряжения, конденсатор 7, коммутатор 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, блок 10 памяти, вычислительный блок 1, блок 13 управления ключами, первый лереклю- чатель 14 и второй переключатель 15. Принцип работы устройства заключается в следующем„

Значение измеряемой температуры при произвольной температуре свободн концов ТЭП преобразуется в термоЭДС, а значение температуры свободных концов ТЭП определяется по падению напряжения на соответствугощек данному каналу термопреобразователе сопро тивления. При этом измерение температуры свободных концов ТЭП производится за два отсчета, при различных направлениях тока через ТС. При этом в одном случае значение напряжения на ТС суммируется с паразитными термоЭДС, а в другом вычитается. Так процедура двойных измерений с изменяемым направлением тока обеспечивает исключение всех нежелательных источников погрешностей в измерительной цепи ТС (эффектов Пельтье, Зеебе- ка, смещающих напряжений во входном усилителе АЦП и др.)

5

0

5 0 5

5 Q

5

Цифровой термометр работает следующим образом.

Коммутатор 8 производит поочередное обегание всех измерительных каналов . Код текущего номера канала зано- i

сится в блок 10 памяти и служит для конкретного определения порядка обработки кода результата преобразования АЦП 9 в соответствии с программой, хранящейся в блоке 10 памяти, согласно функциональному назначению каждого канала. Хотя последовательность обега- ния каналов может быть различной, для получения значения температуры в измеряемой точке необходимо обеспечение следующих пяти тактов. i

В первом такте на вход АЦП 9 подается напряжение с закороченного входа коммутатора 8. Код с выхода АЦП 9 через вычислительный блок 11 поступает в блок 10 памяти и используется при дальнейшей работе цифрового термометра для компенсации дрейфа нуля АЦП 9 и помех, влияющих на точность измерения. В первом такте управляющий сигнал с блока I3 управления ключами поступает на первые управляющие входы первого и второго переключателей 14 и 15, производя подключение к источнику 6 напряжения и образцовому резистору 4 нагрузочного резистора 5.

Во втором такте, по команде вычислительного блока 11, управляющий сигнал появляется на втором выходе блока 13 управления ключами. При этом вместо нагрузочного резистора 5 к источнику 6 стабильного напряжения и образцовому резистору 4 подключаются конденсатор 7 и цепочка из последовательно включенных термопреобразователей 2 сопротивления. Коммутатор 8 подключает к входу АЦП 9 потенциальные выводы образцового резистора 4 и по падению напряяения на нем вычислительный блок 11 определяет значение тока в цепи ТС и производит его запись во вторую ячейку блока 10 памяти,

В третьем такте работы коммутатор 8 подключает к входу АЦП 9 потенцииль ные выводы ТС измерительного канала. Управляющий сигнал остается на втором выходе блока 13 управления ключами. Вычислительный блок 11 производит запись кода, соответствующего сумме (разнице) падения напряжения на ТС и действующих в измерительной цепи паразитных термоЭДС при данном направлении тока в третью ячейку блока 10 памяти.

В четвертом такте управляющий CHI- нал на третьем выходе блока 13 управления ключами производит изменение направления тока через цепочку ТС. Код с выхода АЦП 9 соответствует уже разнице (сумме) падения напряжения на ТС и действующих в измерительной цепи паразитных термоЭДС. Вычислительный блок 11 извлекает из третьей ячейки блока 10 памяти код предыдущего измерения, находит среднеарифметическое результатов двух измерений, которое и соответствует падение напряжения на ТС, определяет значе- ние сопротивления ТС. По формуле, устанавливающей связь между его сопротивлением и температурой (характеристика преобразования известна) вычисляется значение температуры свободных концов ТС. По значению температуры свободных концов определяется - код термоЭДС свободных концов для данного типа ТЭП, который записывается в четвертую ячейку блока 10 памяти, i

В четвертом такте, когда к источнику 6 стабильного напряжения и образцовому резистору 4 блоком 13 управления ключами подключается нагрузочный резистор 5 (с целью предотвращения самонагрева термопреобразователей сопротивления), коммутатор 8 подключает к входу АЦП 9 ТЭП соответствующего канала и вычислительный блок 11 по коду измеренной термоЭДС ТЕП 1, скорректированному с учетом дрейфа нуля и помех, производит сложение термоЭДС ТЭП с термоЗДС свободных концов. Далее вычислительный блок 11 по характеристике преобразо- |вания ТЭП определяет значение изме82029 $

ряемой температуры, которое поступает в блок 12 индикации. Формула изобретен и я Многоточечный, щ Ф/ювой термометр, содержащий термоэлектрический преобразователь, цепь, состоящую из последов г тельно соединенных термопреобразователей сопротивлении, каждый

10 из которых расположен в непосредственной близости от свободного конца соответствующего термоэлектрического преобразователя, коммутатор, входы которого соединены с выходами термо15 электрических преобразователей и потенциальными выводами термопреобра- зовятелей сопротивления, а выходы подключены к блоку памяти и входу аналого-цифрового преобразователя,

20 выходы которых подключены к вычислительному блоку, соединенному с блоком индикации н блоком памяти, конденсатор, подключенный к цепи из последовательно соединенных термопреоб25 разователей сопротивления, источник стабильного напряжения, первый вывод которого соединен с первым токовым выводом образцового резистора, потенциальные выводы которого сседине-

30 ны с входами коммутатора и нагрузочный резистор, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый и второй переключатели, состоящие из трех ключей каждый, и блок управления ключами, вход которого соединен с выходом вычислительного блока, а выходы соединены с соответствующими управляющими входами ключей обоих пе... реключателей, причем входы ключей

первого переключателя соединены с вторым выводом источника стабильного напряжения, а входы ключей второго переключателя соединены с вторым токо.- вым выводом -образцового резистора, при этом выход первого ключа первого переключателя соединен через нагрузочный резистор с выходом первого ключа второго переключателя, а выходы второго ключа первого переключателя и третьего ключа второго переключателя соединены с входом цепи из последовательно соединенных термопреобразоватб лей сопротивления, выход которой соединен с выходами третьего ключа первого переключателя и второго ключа второго переключателя.

35

50

55

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность путем уменьшения влияния на результат измерения паразитных термоЭДС. Сигналы с термоэлектрических преобразователей (ТП) 1 поочередно поступают через коммутатор 8 на вход аналого-цифрового преобразователя 9, где преобразуется в цифровой код, поступающий в вычислительный блок 11. Значение температуры свободных концов ТП 1 измеряется с помощью термопреобразователей сопротивления (ТС) 2 при различных направлениях измерительного тока, формируемого с помощью источника 7 стабильного напряжения, переключателей 14, 15, образцового резистора 4, нагрузочного резистора 5. Окончательный результат измерения формируется в вычислительном блоке 11 с учетом дрейфа нуля, воздействующих помех и конкретной градуировочной характеристики ТП. 1 ил.