Способ измерения температуры Советский патент 1991 года по МПК G01K7/22 

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к способам измерения температуры с помощью терморезисторов.

Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном сокращении длительности.

На фиг,1 представлены временные диаграммы, поясняющие способ; на фиг.2 показана схема устройства для формирования первого, второго и третьего напряжений; на фиг.З - схема устройства для формирования результата измерения; на фиг.4 - схемы формирователя импульсного сигнала.

Сущность способа заключается в следующем.

Терморезистор, сопротивление которого изменяется по закону

RT - Ает/в,

где Т - температура; е - основание натуральных логарифмов; А, В - постоянные коэффициенты, приводят в тепловой контакт, со средой, температуру которой измеряют и формируют первое напряжение

,, ,, R т.макс

U1 Uo 5

Кт

где RT.MSKC максимальное значение сопротивления терморезистора при максимальном значении измеряемой температуры; Uo - постоянное напряжение.

Формируют второе напряжение U2, изменяющееся по закону

и2 и0е- Гг1,

где t-текущее время; t - постоянная времени.

Сравнивают по абсолютной величине первое и второе напряжения.

О

о ел

Ч)

о

Уменьшают в Тмакс/Тмин в момент их равенства постоянную времени ri , где ТМакс и Тмин - соответственно максимальное и минимальное значения измеряемой температуры.

Формируют третье напряжение

Ш ,. Кт.макс - Uo -5

Кт.мин

где RT.MMH - минимальное значение сопротивления терморезистора при минимальной температуре ТМин.

Сравнивают второе и третье напряжения по абсолютной величине.

Определяют длительность t первого временного интервала, прошедшего с момента начала формирования второго напряжения до момента равенства абсолютных величин второго и третьего напряжений. Формируют импульсную последовательность с периодом в Тмакс-Тмин раз меньше длительности первого временного интервала, где Тмакс-Тмин значение безразмерной постоянной, равное величине диапазона измерения. Подсчитывают число импульсов в течение интервала времени от момента равенства абсолютных величин второго и первого напряжений до момента равенства второго и третьего напряжений, число которых пропорционально измеряемой температуре.

На фиг. 1 на диаграмме а показано изменение температуры, б - изменение напряжений Ui, U2 и Мз, в формирование импульсного сигнала.

Способ может быть реализован с помощью устройств, схемы которых приведены на фиг.2, 3 и А.

Устройство для формирования первого, второго и третьего напряжений может быть выполнено по схеме, приведенной на фиг.2. Оно содержит терморезистор 1, операционный усилитель 2 с резистором 3 в цепи обратной связи, равным сопротивлению R т.макс терморезистора при максимальной температуре ТМакс, источник 4 напряжения с выходным напряжением Uo, ключи 5, 6, конденсатор 7, резисторы 8,9 с сопротивлением R2 и Ri и потенциометр 10.

При размыкании ключа 5 конденсатор 7 с емкостью С заряжается через резистор 8 от источника 4, в результате чего формируется

- L напряжение U2 U0 е Г1 где n RiC.

Изменение постоянной времени ri в ТМакс/Тмин раз осуществляется путем включения с помощью ключа 6 параллельно ре- зистотру 8 резистора 9 с сопротивлением, в

раз большим сопротивления 8.

мин

Третье напряжение формируют с помощью потенциометра 10.

Сравнение первого и второго напряжений, а также второго и третьего напряжений

может осуществляться с помощью компара- торов.

Формирование импульсного сигнала можно осуществить при помощи формирователя 11 (фиг.З), на первом и втором входах

которого формируют импульс в момент начала и окончания первого временного интервала путем, например, мгновенного замыкания-размыкания в указанные моменты времени соответственно аналоговых

ключей 12 и 13, входы которых подключены к клемме источника опорного напряжения 11и. Длительность первого временного интервала (фиг. 16)

0

5

0

5

0

5

0

5

t ti + t2

R

CB j

Ri +R2

Подсчет импульсов осуществляется, например, счетчиком 14, подключенным к формирователю 11 через ключ 15, который замыкается на время, равное интервалу времени от момента равенства абсолютных значений второго и первого напряжений до момента равенства второго и третьего напряжений. Подсчитанное число импульсов, пропорциональное измеряемой температуре, отображается блоком 16 цифровой индикации.

Формирователь 11 (фиг.4) содержит импульсный генератор 17, делитель 18 частоты с коэффициентом деления Kg, суммирующий счетчик 19, схему 20 памяти и реверсивный счетчик 21.

В момент, соответствующий началу формирования первого временного интервала, импульс на первом входе формирователя 11 устанавливает в исходное нулевое состояние делитель 18 частоты и суммирующий счетчик 19. С этого момента до момента окончания длительности первого временного интервала на суммирующий вход счетчика 19 через делитель 18 частоты поступает i fot/Kg импульсов, где fo - значение частоты генератора 17, и в счетчике 19 Оказывается записанным число NT fot/Kg.В момент окончания первого временного интервала импульс на втором входе формирователя 11, поступая на вход записи схемы 20 памяти, переписывает содержимое счетчика 19 в схему 20 памяти. В результате после окончания первого временного интервала в схеме 20 памяти оказывается записанным также число Nt.

При появлении первого после этого момента времени импульса с выхода опорожнения реверсивного счетчика 21 он,

поступая на вход записи счетчика 21, переписывает в него содержимое схемы 20 памяти, при этом на вычитающий вход реверсивного счетчика 21 поступает импульсный сигнал с выхода генератора 17. Поэтому через время tn, определяемое из равенства т01и fot/Kg, происходит опорожнение реверсивного счетчика 21. Импульс с выхода опорожнения счетчика 21, поступая на его вход записи, вновь переписывает содержимое схемы 20 памяти, а так как это содержимое не изменилось, то очередной импульс на выходе опорожнения реверсивного счетчика появляется снова через время tn. Таким образом, на выходе формирователя формируется импульсный сигнал с периодом Ти t/Kg. При Kg ( Тмакс-Тмин) tn t /(Тмэкс Тмин).

Число импульсов, подсчитанное счетчиком 14 за интервал времени t2, равно N 12/1и Т - Тмин. При Тмин Т0, где Т0 - значение температуры по шкале Кельвина, соответствующее нулевой температуре по шкале Цельсия, N в, где в- значение температуры по шкале Цельсия.

Формула изо бретения Способ измерения температуры, заключающийся в формировании первого напряжения Ui UoRrMaKc/Rr , где RT Аев/т сопротивление терморезистора; А, В - постоянные коэффициенты, Т - температура; е - основание натуральных логарифмов; RTM-ЭКС - максимальное значение сопротивления терморезистора при максимальной температуре; Uo - постоянное напряжение,

-

формировании второго напряжения U2 Uoe 1 , где t - время; т - постоянная времени, сравнении по абсолютной величине первого и второго напряжений, уменьше5 нии в ТМакс/Тмин раз в момент их равенства постоянной времени второго напряжения, где Тмакс и Тмин соответственно максимальное и минимальное значения измеряемой температуры, формировании третьего

10 напряжения Уз U0 RTMBKC/R т,мин, где RT.MHH - значение сопротивления терморезистора при минимальной температуре, сравнении второго и третьего напряжений по абсолютной величине, .определении длительности

15 первого временного интервала, прошедшего с момента начала формирования второго напряжения до момента равенства абсолютных величин второго и третьего напряжений, формировании импульсной

20 последовательности и подсчете числа им- . пульсов, пропорционального измеряемой температуре, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном сокращении длитель25 ности, период формирования импульсной последовательности выбирают в Тмакс-ТМин раз меньшим длительности первого временного интервала, где Тмакс-Тмин - значение безразмерной постоянной, равное величи- 30 не диапазона измерения, а подсчет числа импульсбв ведут в течение интервала времени от момента равенства абсолютных величин второго и первого напряжений до равенства абсолютных величин второго и

35 третьего напряжений.

Изобретение относится к области температурных измерений и позволяет повысить точность измерения при одновременном сокращении его длительности. Формируют первое напряжение U₁ = U₀R_т.макс/R_т, где R_т = Ае^в/т, R_т.макс - максимальное значение сопротивления терморезистора при температуре T_макс

A, B - постоянные коэффициенты, сравнивают с напряжением U₂ = U₀E^-T/ @ , где T - текущее время

Τ₁ - постоянная времени, в момент ра венства напряжений изменяют в T_макс/T_мин раз значение Τ₁, а затем сравнивают U₂ с третьим напряжением U₃ = U₀ = U₀R_т.макс/R_т.мин. Формируют импул ьсную последовательность с периодом, в T_макс - T_мин раз меньшим длительности первого интервал а времени, прошедшего с момента начала формирования напряжен ия U₂ до момента его равенства напряжению U₃ и в течение интервала времени от момента U₁ = U₂ до момента U₂ = U₃, подсчитывают импульсы, число которых пропорционально температуре. 4 ил.

N T,-T0

Риг.1

N T2-T0

-d}

JL

5S D L4.J

y Q «IjHФиг. 2

Фиг.З

Г

(/;

,Ј/

ff