Многоканальное устройство измерения температуры с калибровкой Советский патент 1974 года по МПК G01D18/00 G01K15/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения температурного поля при помощи термопар, в которых перед экспериментом проводят электрическую калибровку измерительных усилителей, и может найти применение Б измерительно-вычислительных комплексах в качестве входного блока при измерении температурного поля объекта с помощью термопар. Известны многоканальные устройства для измерения температуры о калибровкой, содержащие в каждом канале термопару, усилитель, резисторный делитель и двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором, а также общий источник образцового ступенчатого напряжения постоянного тока, транзисторный коммутатор, триггер , генератор колебаний и трансформатор, вторичные обмотки которого индивидуально подключены к входам соотBBTOTiBj/winiix выпрямителей. В этих устройствах по управляющему сигналу начала калибровки одновременно переключаются все контакты основного коммутатора, в результате чего входы всех измерительных каналов отключаются от датчиков и соединяются с выходами буферных усилителей, а по окончании переходного процесса запускается дополнительный коммутатор, и входы буферных усилителей поочередно подключаются к выходу генератора калибровочного сигнала. Поскольку постояннаяр времени входных цепей буферных усилителей выорана значительно меньшей по сравнению с постоянной времени измерительных каналов, то общее время калибровки уменьшается и определяется выражением: + t Однако даже в этом случае время, необходимое для проведения калибровки при большом п. (например, /1 10), получается значительным, ,

зачастую недопустимо затягизая вес эксперимент в целом. Кроме того, буферные усилители могут вносить дополнительные искажения от дрейфа нуля и нестабильности коэффициента передачи.

Общим недостатком многоканальных измерительных устройств с аналогичными схемами калибровки являетел их низкая надежность, что обусловлено применением большого числа ключей в релейных коммутаторах, К недостаткам рассмотренных устройств следует также отнести и отключение цепи датчика при осуществлении калибровки. Из-за этого, во-первых, изменяются реальные условия согласоБания цепей на входах измерительных усилителей и, во-вторых, исключается возможность контроля целостности датчика, в частности качества сварки электродов термопары с контролируемым объектом.

Для сокращения времени, необходмого для ка шбровки по всем каналам, и повышения надешюсти измерительного эксперимента в каждо.м канале датчик постоянно соединен через резисторгшй делитель с со.ответствующим усилителем, связанным с многоканальным регистрирующим блоком, а во время калибровки через выпрямитель канала9 ре зисторный делитель и вторичную обмотку трансформатора связан с генератором калибровочного сигнала., причем средняя точка первичной обштки трансформатора соединена с потенциальной шиной источника образцового ступенчатого напряжения через ключ.

На рг.1 приведена схема описываемого устройства; на фиг,2 схема диодного варианта выпрямителя совместно с выходным резисторным делителем.

Устройство содержит ft индентичных каналов, каждый из которых включает термопару I, измерительный усилитель 2 постоянного тока, резисторный делитель 3 и выпрямитель 4, общий для всех каналов генератор 5 симметричных прямоугольных импульсов высокой частоты следования, трансформатор 6, имеющий одну первичную обмотку 7 со средней точкой и п отдельных изолированных от земли вторичных обмоток 8 с одинаковым числом витков, источник 9 образцового ступенчатого напряжения постоянного тока с управляющим входом 10 и ключ II с управляющим входом 1..

Резисторный делитель 3 подключен к выходам выпрямителя 4 и содержит в параллельной ветви низкоомный резистор 13, а в последовательной ветви - резистор , Резистор 13 включен на входе измерительного усилителя 2 последовательно с электродом термопары I, Генератор 5 прямоугольных симметричных импульсов содержит высокочастотный (например, несколько единиц или десятков килогерц) автогенератор 15, триггер 16 со счетным входом и выходной каскад на

переключаемых транзисторах 17 и 18, образущих двухтактный коммутатор, подключенный к первичной обмотке 7 трансформатора 6, Средняя точка этой обмотки соединена с выходом

источника 9 образцового напряжения через ключ II, Управляемые входы транзисторов 17 и 18 подключены к прямому и инверсному выходам триггера 16 либо через токоограничивающие резисторы, жбо через другие согласувдие элементы, в частности через разделительные R С -цепи.

Входы выпрямителей 4 подключены к соответствующим вторичным обмоткам 8 трансформатора бив соответствии с фиг.2 выполнены по мостовой схеме на диодах 19, причем нагрузочная дагональ выпрямителя соединена с низкоошым резистором 13 через Т-образный фильтр низких частот 20, в последовательной ветви которого включены резисторы 21 и 22, а Б параллельной ветви - конденсатор 23, Резисторы 21 и 22 выполняют функф1ю резистора 14, обеспечивая необходимый коэффициент деления (порядка нескольких тысяч) делителя 3, Б то же

время они в совокупности с конденсатором 23 образуют фильтр низких частот, обеспечивая необходимую частоту среза, равную нескольким десяткам герц,

На фиг.1 не показаны д ругие измерительные блоки (регистрирующие, преобразующие), которые обычно подключаются к выходам усилителейо Также не показан блок управЛенин всего аппаратурного комплекса к которому подключаются входы 10, 12 для совместной синхронизации их работы во времени.

Устройство работает следующим образом.

Перед проведением эксперимента по сигналу с блока управления производится замыкание ключе II и входной каскад генератора 5. начиыает вырабатывать симметричны прямоугольные импульсы, которые поступают на вход выпрямителей 4. С помощью выпрямителей 4 и резистных делителей 3 в цепях термопар формируются кажбровочные уровни напряжения постоянного тока милливольтового диапазона,поступающие на входы соответствующих усилителей 2.

Время установления калибровочного уровня напряжения не превышает нескольких единиц или десятков миллисекунд, что определяется выбором высокой частоты генератора 5 и соответствующей частоты среза у фильтров низких частот.

Ключ II остается замкнутым в течение всего времени калибровки. При этом в каждом канале формируется один или несколько уровней калибровочного сигнала соответственно случаям выработки источником 9 постоянного или ступенчатого напряжения с джтельностью ступеней, например, в несколько единиц или десятых долей секунды.

Выходное напряжение с измерительных усилителей 2 далее поступает в многоканальный регистрирующий блок.

Далее ключ II размыкается, и напряжение на выходе выпрямителей быстро возвращается к исходному нулевому уровню. Время установления нулевого уровня напряжения на входах усилителей 2 при в:лбранных параметрах сглаживащих фильтров составляет несколько десятков миллисекунд.

После этого производится вклчение объекта, и сигналы, вырабатываемые термопарами, поступают на входы усилителей 2 обычным образом.

Время TK , необходимое для проведения калибровки по всем каналам, определяется следущим выражением:

(2)

где Ci - время установления калибровочного уровня напряжения при замыкании ключа II,

t - время установления нулевого уровня напряжения на выходе

-выпрямителей 4 при размыкании ключа II,

Сравнивая выражение (2) с выражением (I), замечаем, что tfa :соответствует длительности п ере ходного процесса t а первое слагаемое в п раз меньше, чзм в известных устройствах,

Учитывая высоку о ч тоту работы генератора 5 и согласованное с этим значение частоты среза фильтров выпрямителей 4, можно считать, что

t,,ftK.

20

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Многоканальное устройство для измерения температуры с калибровкой, содержащее в каждомканале термопару, усилитель, резисторный делитель и двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором, а также общий источник образцового ступенчатого напряжения постоянного тока, транзисторный коммутатор, триггер, генератор колебаний и трансформатор, вторичные обмотки которого илдивидуально подключены к входам соответствующих выпрямителей, от ли ч аю щ е е с я тем, , с целью сокращения времени, необходимого для калибровки по всем каналам, и повышения надежности измерительного эксперимента, в каждом канале датчик постоянно соединен через резисторный делитель с соответствующим усилителем, связанным с многоканальным регистрирущим блоком, а во время кажбровки через выпрямитель канала, резиоторный делитель и вторичную обмотку трансформатора связан с генератором калибровочного сигнала, причем средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена с потенциальной шиной источника образцового ступенчатого напряжения через ключ.

9 иг 2