Устройство для измерения разности температур Советский патент 1992 года по МПК G01K7/16 

сл С

Изобретение относится к области термометрии и позволяет повысить точность измерения разности температур при одновременном расширении функциональных возможностей. Источник 3 постоянного тока поддерживает постоянный ток через термопреобразователи сопротивления (ТС) 1 и 2. Генератор 6 тактовой частоты управляет ключами 4 и 5. В первом такте конденсаторы заряжаются до разности потенциалов, равной падению напряжений на ТС 1 и 2. Во втором такте конденсаторы соединяются согласно и на вход усилителя 10 подается напряжение, равное сумме падений напряжений на ТС 1 и 2. Выходной сигнал усилителя-сумматора 8 пропорционален истинной разности температур 2 ил.

XI

со ю

Ю

Изобретение относится к температурным измерениям и предназначено для точного измерения разности температур и одной абсолютной температуры, используемых для управления процессами.

Известно устройство для измерения разности температур, содержащее два термопреобразователя сопротивления (ТС), потенциальные выходы которых подключены к входам блока преобразования, включающего в себя запоминающие конденсаторы и управляемые ключи, причем вход одного ключа соединен с общей схемой, а вход второго ключа подключен к средней точке соединения масштабного резистора и резистора обратной связи.

Недостатком устройства является наличие значительной погрешнеости измерения разности температур в широком диапазоне температур за счет неидентичности начальных (при 0°С) сопротивлений термопреобразователей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения разности температур, содержащее источник постоянного напряжения, к выходу которого подключены последовательно компенсационный резистор и два ТС, первый переменный резистор, шкала которого отградуирована в отклонениях обоих ТС, шесть блоков преобразования и второй переменный резистор, резистор обратной связи, первый усилитель переменного тока, первый фазочувстви- тельный усилитель, управляющий двигателем, соединенным с движком реохорда, второй фазочувствительный усилитель и генератор тактовых импульсов.

Однако данное устройство имеет недостаточно высокую точность измерения разности температур из-за сложности точной компенсации по входу, так как величина сигнала, обусловленная неидентичность характеристик ТС, сопоставима с величиной импульсных помех, вызванных дополнительными блоками преобразования (БП). Данное устройство не дает возможность измерить абсолютное значение температур, которое часто необходимо знать для управления технологическим процессом.

Цель изобретения - повышение точности измерения при одновременном расширении функциональных возможностей за счет измерения абсолютного значения одной температуры.

Для достижения этой цели в устройство для измерения разности температур, содержащее источник постоянного тока, к выходу которого подключены два последовательно соединенных ТС, генератор тактовой частоты, подключенный первым и вторым выходами к соответствующим управляющим входам первого и второго БП, к первым выходам которых подключен первый ТС, а

второй ТС подключен к второму входу второго БП, первый усилитель, второй усилитель, подключенный входом к выходу второго блока преобразования, а выходом соединенный с резистором, потенциометр,

0 подключенный выводами к источнику питания, и первый блок индикации, введены уси- литель-вычитатель, сумматор-вычитатель, первый и второй усилители-сумматоры и второй блок индикации, при этом второй ТС

5 подключен к второму входу первого БП, выходом подключенного к входу первого усилителя, соединенного с первым входом первого усилителя-сумматора, подключенного к первому блоку индикации, выход вто0 рого усилителя подключен к первым входам усилителя-вычитателя, сумматора-вычита- теля и второго усилителя-сумматора, соединенного с вторым блоком индикации, а вторым входом подключенного к выходу

5 первого усилителя, усилитель-вычитатель вторым входом соединен с движком потенциометра, а выходом - с вторым входом сумматора-вычитателя, подключенного выходом к второму входу .первого усилителя0 сумматора.

В предлагаемом устройстве компенсация сигнала, обусловленного неидентичностьюпараметров(начальных сопротивлений и термического коэффици5 ента сопротивления) ТС, проводится по усиленному выходному сигналу, что позволяет отказаться от дополнительных БП, и при одновременном упрощении устройства обеспечивается повышение точности изме0 рений, поскольку уменьшаются импульсные помехи, вызванные большим числом БП. Расширение функциональных возможностей устройства путем одновременного измерения абсолютного значения одной из

5 температур позволяет просто реализовывать алгоритм управления для сложных технологических процессов.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для измерения разности темпера0 тур; на фиг.2 - принципиальная схема элемента коммутации БП.

Устройство для измерения разности температур (фиг. 1) содержит два последова- тельносоединенныхТС 1 и 2, подключенных

5 к источнику 3 постоянного тока, и два БП 4 и 5, управляющие входы которых подключены к выходам генератора 6 тактовой частоты. Первый ТС 1 подключен к первому, а второй ТС 2 к второму входу первого БП 4, выходы которого подключены к входам первого усилителя 7, выполненного в виде усилителя с коррекцией нуля. Выход первого усилителя 7 подключен к входу первого усилителя-сумматора 8 и к входу второго усилителя-сумматора 9.

Первый ТС 1 подключен к первому, а второй ТС 2 к второму входу второго БП 5, выходы которого подключены к входам второго усилителя 10, также выполненного в виде усилителя с коррекцией нуля. Выход второго усилителя 10 подключен к заземленному резистору 11 (выполняющему роль резистора нагрузки или обратной связи), который подключен к первому входу суммато- ра-вычитателя 12, выполненного с мостовыми схемами на входе, к входу второго усилителя-сумматора 9 и к первому входу усилителя-вычитателя 13, к второму входу которого подключен движок потенциометра 14, подключенного выводами к источнику питания (не указан). Выход усилителя-вычитателя 12 подключен к входу первого усилителя-сумматора 8. К выходам первого и второго усилителей-сумматоров 8 и 9 подключены соответственно первый и второй блоки 15 и 16 индикации, выполненные в виде блоков преобразования напряжения в унифицированный выходной сигнал.

Первый и второй БП 4 и 5 состоят из двух элементов коммутации, принципиальная схема которых представлена на фиг.2. Элемент коммутации представляет собой конденсатор, выводы которого подключены к двум парам (а и Ь) ключей, управляемых генератором 6 тактовой частоты таким образом, что в такте а замкнуты ключи а и разомкнуты ключи Ь, а в такте b наоборот. Выводы а условно названы входом, а выводы Ь - выходом БП 4 и 5. В первом БП 4 соединен вывод bi первого элемента коммутации с выводом bi второго элемента коммутации (соединение показано на фиг.1), а во втором БП 5 соединен вывод D2 первого элемента коммутации с выводом bi второго элемента коммутации (также показано на фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы один раз для конкретной пары ТС 1 и 2 проводят регулирование. ТС 1 и 2 помещают в среду с температурой 0°С и регулировкой положения движка потенциометра 14 устанавливают выходное напряжение усилителя-вычитателя 13 равное нулю.

ТС 1 и 2 размещают в контролируемую среду. Источник 3 постоя иного тока поддерживает постоянный ток через ТС 1 и 2. Генератор 6 таактовой частоты управляет ключами БП 4 и 5. В такте а замыкаются

ключи а, и конденсаторы первого и второго БП 4 и 5 заряжаются до разности потенциалов, равной падению напряжений на ТС 1 и 2. В это время происходит также коррекция нуля усилителей 7 и 10.

В такте Ь конденсаторы первого БП 4 соединяются встречно и на вход первого усилителя 7 поступает разность напряжений на ТС 1 и 2. Усиленный разностный

сигнал с выхода первого усилителя поступает на входы первого и второго усилителей- сумматоров 8 и 9.

Конденсаторы второго БП 5 соединяются согласно и на вход второго усилителя 10

подается напряжение, равное сумме падений напряжений на ТС 1 и 2. При этом паде- ние напряжения на резисторе 11 пропорционально температуре, средней между температурами, измеренными ТС 1 и

Напряжение с резистора 11 подается на вход усилителя-вычитателя 13, на второй вход которого от движка потенциометра 14 поступает напряжение смещения, равное

падению напряжения на резисторе 11 при 0°С.

Напряжение с резистора 11 одновременно поступает на первый вход суммато- ра-вычитателя 12 и на вход второго

усилителя-сумматора 9, а сигнал с выхода усилителя-вычитателя 13 подается на второй вход сумматора-вычитателя 12. Мостовые схемы сумматора-вычитателя 12 формируют напряжения, равные величинам

напряжений за счет неидентичности начальных сопротивлений по входному сигналу с выхода усилителя-вычитателя 13. Величина напряжения на выходе сумматора-вычитателя 12 равна напряжению поправки на неидентичность ТС 1 и 2.

Этот сигнал поступает на вход первого усилителя-сумматора 8, выходной сигнал которого пропорционален истинной разности температур А Т за счет коррекции сигнала на величину поправки, зависящей от неидентичности ТС 1 и 2.

Сигнал на выходе второго усилителя- сумматора 9 пропорционален температуре

Tf, измеренной ТС 1. Сигналы с выходов первого и второго усилителей-сумматоров 8 и 9 поступают соответственно на первый и второй блоки 15 и 16 индикации, преобразующие напряжение в унифицированный выходной сигнал. Выходной сигнал первого блока 15 индикации соответствует разности температур AT, а выходной сигнал второго блока 16 индикации - температуре Ti

Предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет более высокую точ- ность, так как способ коррекции, реализуемый в предлагаемом устройстве, позволяет учесть индивидуальные парамет- ры ТС и исключить остаточную (систематическую) погрешность при индивидуальной градуировке, таким образом, исключается погрешность измерения, обусловленная неидентичными ТС и реальная погрешность определяется схемным решением блоков устройства.

Формула изобретения Устройство для измерения разности температур, содержащее источник постоянного тока, к выходу которого подключены два последовательно соединенных термопреобразователя сопротивления, генератор тактовой частоты, подключенный первым и вторым выходами к соответствующим управляющим входам первого и второго блоков преобразования, к первым входам которых подключен первый термопреобразователь сопротивления, а второй термо- преобразователь сопротивления подключен к второму входу первого блока преобразования, первый усилитель, второй усилитель, подключенный входом к выходу второго блоФиг.2

ка преобразования, а выходом соединенный с резистором, потенциометр, подключенный выводами к источнику питания, и первый блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном расширении функциональных возможностей за счет измерения абсолютного значения одной температуры, в него введены усилитель-вычитатель, сумматор- вычитатель, первый и второй усилители-сумматоры и второй блок индикации, при этом второй термопреобразователь сопротивления подключен к второму входу первого блока преобразования, выходом подключенного к входу первого усилителя, соединенного с первым входом первого усилителя-сумматора, подключенного к первому блоку индикации, выход второго усилителя подключен к первым входам усилителя- вычитателя, сумматора-вычитателя и второго усилителя-сумматора, соединенного с вторым блоком индикации, а вторым входом подключенного к выходу первого усилителя, усилитель-вычитатель вторым входом соединен с движком потенциометра, а выходом - с вторым входом сумматора-вычитателя, подключенного выходом к второму входу первого усилителя-сумматора.

ьг