Цифровое устройство для измерения температуры Советский патент 1978 года по МПК G01K7/16 

I

Изобретение относится Е области, температурных измерений.

Известны цифровые мосты переменного тока, например, следящего уравновешв вания, использующие в качестве измерительных устройств сравнения сопротивлеНИИ мостовые или мостовые с тесиой индуктивной связью схемы i . Однако цифровые мосты переменного тока не обеспечивают компенсации иелвнейности характеристики термометра сопротивления сложны конструктивно;

Известны цифровые измерители темпе ратуры| 2. , содержащие термометр сопротивления, вкшоченный в мостовую измерительную схему, нуль-орган, подключен-, ный к диагонали мостовой схемы, управпяемую проводимость, включенную б одно из плен моста. В этом устройстве уравновешивающим элементом является управ- ляемая проводимость.

Недостатком устройства является низкая точность измерения. На точность измерения (жазывает влияние сопротивление линии связи.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автокомпенсационное устройство для измерения температуры 3J , содержащее термометр сопротивления, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора тока, во вторичную обмотку которого включены усилитель, компенсирующий и щунтирующий резисторы, основной и дополнительные реохорды. С целью повышения точности измерения, между рабочим сопротивлением основного и дополнительного реохордов, движки которых механически связаны, включен вспомогательной резистор, а к щунтирующему резистору nouKnUf чен вывод рабочего сопротивления дополнительного реохорда, движок которого соединен ко вторичной обмотке трансформатора тока.

Это устрмство имеет следующие недостатки: отсутствие цифрового выхода, низкая точность измерения, сложность устройства и низкая надежность, выа- ванная наличием механических узлов. Целью изобретенгия является повышеjHHe .точности измерения, обеспечение цифрового выхода, линеаризация выходной характеристики устройства при использовании термометров с нелинейной характерис тикой, повышение, нэдежностн устрсЛства. Это достигается тем, что в предлагаемое устройство для вамерення температуры, содержашее трансформатор тока, термометр сопротивления, включешшсй последовательно с первичнсх р&14Отк(Л траваЛ)с матора тСка и соединенный саним выводом со вторичной обмоткой, нуль-орган, введена цепь, подключенная к выводам вторичной обмотки трансформатора, состоящая из параллельно соединенных шунтирующего резистора и двух последователыю соедине ных резистор, к выводам одного из кото рых подключена цифровая проводимость, уп равляющий, вход которой через формирователь соединен с реверсивным счетчиком, генератор импульс еж, пЪдключенный через ключевое устройство к реверсивному счег чику, причем вход нуль-органа соединен со средней точкой, последовательно соединенных резисторов и выводом термометра сспротивления, а выход соединен с управляющим входом ключевого устройства На чертеже представлена блсяс-схема тисываемого устройства для измерения температуры. Цифрсюое устройство содержит термометр сопротивления Ij включенный четырехпроводной пинией связи, грансформатор тока 2, шунтирующий резистор 3, резисторы 4 и 5, управляемую цифровую про водимость 0, нуль-орган 7, генератс так товых импульсов 8, ключевое устройство 9, состоящее совпадений 1О и lip реверсивный счетчик 12, формирователь 13, цифровое отсчетное устройство 14. Термометр 1 включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора 2, параллельно выводам вторичной обмотки которого включены шунтирующий резистор 3 и последовательно соединенные резисторы 4 и 5. Один вывод резистора 4 подключен к aaжи fутермометра 1, а другой - к зажиму нуль-органа 7. Другие загюмы термометра 1 и нуль-органа 7 соединены между собою. Параллельно выводам резистора 5 включена цифровая управляемая проводимость 6. Вывод нульоргана 7 и выход генератора 8 соединены со схемами ссжпадения Ю и 11, вы-, ходы которых подключены к реверсивному счетчику 12. Счетчик ,12 управляет через формирователь 13 цифровой проводимостью 6, а его состояние индуцируется цифровым отсчетным устройством 14. Резистор 15 ограничивает величину тока через термометр 1 и включен последовательно с тер1момётром 1 и первичной обмоткой трансформатора 2. При начальном значении измеряемой температуры падение напряжения на термометре 1 уравновешивается падением напряжения на резисторе 4. В этом случае цифровая следящая система (нулЬ орган 7, реверсивный счегчик 12) уста Навпивает нулевое значение проводимости С повышением температуры увеличивается сопротивпение термометра 1, а следовательно, и падение напрякения на нем. На входе нуль-органа 7 появляется напряжение разбаланса, которое вызывает изменение проводимости 6 до тех пор, пока падение напряжения на резисторе 4, определяемое значением прсжодимостн 6, не станет равным палению напряжения на терморезисторе. При этом записанный в счетчике код будет пропорционален с одной стороны величине цифровой проводимости 6, а с другой - измеряем му приращению сопротивления терморезистс а, т.е. измеряем тй температуре. За счет предложенного включения резисторов 3 4, 5 и проводимости 6 обеспечивается функциональное преобразование приращения напряжения на резисторе 4, совпадающее с нелинейным законом изменения приращения сопротивлэния те0мометра 1 от темпера 1уры, При этом обеспечивается линейная зависимость выходного кода устройства от измеряем температуры. Требуемая величина нелинейности компенсирующего напряжения с резистора 4 достигается выбором сойтношений сопротивлений резисторов 3, 4 и 5 при неизменных характеристиках цифровой провод(шости. Применение предлагаемого устройства наряду с известными достоинствам и автокомпенсационной схемы - отсутствие влияния сопротивления соединительной линии на точность измерения температуры и возможность ее работы с ннзкоом-ными термометрами ( сотые, десятые доли Ома), что выгодно отличает его от прототипа, обеспечивает: неносредственко цифровой выход, который может быть использован для вывода на устройство для ;цифровой печати, на вход управляющей вычислительной машины и т.д.; гтри нелинейной характеристике преобразования термометра линейную зависи мость выходного кода от измеряемой температуры;возможность компенсации как попожигепьной непинейности характеристики датчика ( проводимость 6 управпяется прямым выходным кодом реверсивного CHGiv чикч), гак и отрицательной ( при управЬ пении, инверсным кодом); возможность испопьзования в составе цифровой проводимости мапых вепичин про водимостей ( больших сопротивлений), что позволяет применять в качестве бесконтак ных ключей с сохранением ш 1сокой точноо ти намерения МОП-транзисторы; при достаточно простой схеме устройст ,ва высокую точность измерения температу Предложенное устрсйство в диапазону измерения температур от -2рО С позволяет почти на 2 порядка уменьшить нелинейность характеристики платинового термометра сопротивления и обеспечить .точность измерения порядка 0,1-2%. Формула изобретения Цифровое устройство для измерения температуры, содержащее трансформатор тока, терм1 етр сопротивления, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора тока и соединенный одним вьтодом со вторичной обмоткой, нуль-орган, отличающее 1с г тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены цепь, подключенная к выводам вторичной обмотки трансформа-, тора, состоящая из параллельно соединенных щуитирующего резистора и двух последовательно соединенных резисторов, к выводам одного из которых подключена цифровая проводимость, управляющий вход кс торой через формирователь соединен с {юверсивным счетчиком, генератор импульсоё., подключенный через ключевое устройство к реверсивному счетчику, причем вход нуль-органа соединен, со сред(ей точкой последовательно соединенных резисторов и выводом термометра сопротивления , а выход соединен с управляющим входом ключевого устройства. Источники нвформапиЕ, принятые во внимание при экспертизе: 1.Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. Вища щкола, Кие|в, 1971, с. 117. 2.Нетребенко К. А., Реутов В. Б. Аналого-цифровые преобразователи дли р знсторных датчиков, М., Энергия, 1976, с. 9. 3.Авторское свидетельство СССР Мг 454433 кл. Q О1 К 7/16, 1972.