Устройство для измерения температуры Советский патент 1979 года по МПК G01K7/16 

(54) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

- . Г,

I Изобретение относится к об ластн тер мометрии.

. Известно устройство для-измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, подключенный посредством линии связи к источнику .напряжения, резистор, генерат.ф. импульсов, счетчик ll

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения, обусловленную низкой помехоустойчивостью устройства из-за наличия генератора ли- нейно-изменяющегося напряжения. ДополНИТ€)Льная погрешность возникает ввиду отсутствия устройства линеаризащш, так как нелинейность термометра, например, платинового в диапазоне О-60О С составляет 6%. Кроме того, на точность измерения влишот нестабильность генератора импульсов, нестабильность коэффициента передачи усилителя и генератора тока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, соединенный

посредством линии связи последовательно с источником постоянного,напряжения и образцовым резистором, точка соединения которых подключена к общей шине устройства, и второй, выход резистора подключен через переключатель, снабженный элементом управления ко входу интегрирующего преобразователя напряжения во временной интервал, подключенного к входу блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом второго переключателя, входами счетчика результата и селектора, ко втфому входу которого подсоединен вьрсод гейератора ик пупьсов, а к вькоду - вход счетчика результата, подключенного выходом к блоку Цифрового отсчёта 2.

Однако известное устройство также имеет недостаточную точность измерения иэ-за погрешности, вносимой сопротивлением подводящих проводов, а также функдн- овальным генератором и преобразователем сопротивления в напряжение постоянного тока. Целью изобретения является повышени ТОЧНОСТИ измерения при подсоединении термометра по двухпроводной линии связи для чего в предлагаемое устройство введены третий переключатель, запоминающий конденсатор, вентиль, схема перезаписи, группа схем совпадения, .логическая схема и два счетчика импульсов, вход одного из которых подключен ко второму выходу селектора, а информационные вызсьдь этого счетчика соединены с входами схем совпадения, вторые входы кото рых подключены к информационным вьосодам счетчика результата, а выходьт группы схем совпадения соединены с входами логической схемы, подключенной вьтходом к входу второго счетчика импульсов, выход которого соединён с управляющим входом селектора, входзаписи isTdporo счетчика соединен с выходом схемы перегаписи, подключенной к выходам чика результата и блока уПрйвЙёНЙй, И параллельно термометру сопротивл-ения подключена.цепочка из -последоватеЛБИо соединенных запоминающего конденсатора и Мйтйля, параллельно которому вклв Ч6НЫ два входа первого перёкл йчателя, подсоединешЛго выходом к началу одного из проводов линии связи, причем элемент управления tiepebiM переключателем включен в рассечку между выводом термометра и началом второго провода свянзи конец Которого подключен к вькоду третьего переключателя, один из входов которого подключен к ирточнику напряжения, а второй.- ко второму первог переключателя, при этом управляющ1й вход третьего переключателя подсоединен к выходу блока управления. Кроме того, для получения линейной зависимос ти вькодного сигнала от температуры селектор снабжен допЪлнительным выходо 1, соединенным с третьим входом логической сзкмы.;: . , - , ; Устройство поясняется чертежом, где I- термометр сопротивления, 2 - запоминающий конденсатор, 3 - вентиль, 4 элемент управления, 5 - первый переклю тель, 6 и 7 -. провода линии связи, 8 третий переключатель, 9 - источник НЕН. пряжения, 1О - образцовый резистор II- второй переключатель, 12 - интегрирующий, преобразователь, 13 - генератор импульсов, 14 - блок управления, 1В - селектор, 16 - счетчик импульсов, 17 - группа схем совпадения, 18 - счет чик результата, 19 - схема перезаписи, 20 - логическая схема, 21 - второй счетчик импульсов, 22 - блок цифрового отсчета. Устройство работает следукядим образом.. При отсутствии Тока через термометр сопротивления, и Следовательно через устройство угфавления 4, переключатель 5 находится в положении ( . В момент включения устрсйства переключатели 8 и 11 переводятся в положение f , и по цепи - замкнутые контакты переключате- ля 8, соединительнью провода 6 и 7, элемент управления 4, замкнутые контакты переключателя 5 и резистор 10 - от источника 9 потечет импульс зарядного тока конденсатфа 2, При этом устройство 4 управления (в качестве которого может служить, например, обмотка электромагнитного реле) переводит переключатель 5 (контакты этого реле) в положение I , Замьгеается цепь прохождения тока через термометр сопротивления и устройство управдашя, чем подтверждается это состояние переключателя 5. Вентиль 3 включен таким образом, что конденсатор заряжается до напряжения, равного падению напряжения на термометре, а зар1Ш конденсатора через термометр исключен благодаря высокому обратному согфотивленшо вентиля. Падение напряже- , ния на резисторе 1О при протекании тока равно: F DJ г т с. г JI р- , ..- . - - z где R : R + г R,, R - суммарное ILСГ24w сопротивление проводов листан связи; Rg - сопротивление термометра;1 - внутреннее . ,сопротивление устройства упра . V . влени$5 R - сопротивление образцового резистора 10Г Е - напряжение источника 9, В первом такте работы устройства, это падение напряжения через переключатель 11 (положение f ) поступает на вход интегрирукядего преобразователя напряжения во временной интервал с двухтактньтм интегрированием. Длительностьпервого такта интегри- рования выбирается равной периоду поме- хи нормального вида, действуквдей в лини и задается блоком управления посредством выделения помехи или напряжения сети питг.ния. После окончания первого такта интегрирования блок 14 управления пераводит переключатели 8 и 11 в положение IJ , причем от в1хода интегратора преобразователя 12 отключается выход переключателя 11, а подключается источ.ник. (на чертеже не показан) опорного напряжения, которьй возвращает йнтегратор в исходное сйстояш-ie. Длительность второго такта: / .-Jll о ,4. где ij- длительность первого такта; - напряжение источника опорного напряжения, подключенное к вхо ду интегратора во втором такте За это время прекращаются переходные процессы в линии связи, цепь протекания тока через термометр солротивления и устройство управления разрьтает ся, и переключатель 5 переводится в положение О . В третьем такте интегрирования, которьЕ выбирается также равным периоду помехи, к входу интегрирующего преобразователя через переключатели 5, 8, 11 прикладьгвается напряжение конденсатора 2, равное падению на; пряжения на термометре сопротивления: :.fПри этом необходимым условием ycrp ненгл влияния сопротивления соединительно линии на результат измерения является: /Rg,,... где R, - входное сопротивление интегри- . рующего преобразователя 12, Длительность четвертого такта интегр рования равна:. / S Uo , где tj - длительность третьего такта. Блок управления 14 открьшает селек- Tqp 15 для прохождения импульсов генератора 13 во втором такте интегрировани на вход d4eT4HKa 16, а в четвертом на вход счетчика 18. При этом в конце четвертого тактав счетчиках запишутся чпсла соответственно: /;t,(/) N г t , . V 1 ,o(2l MI- число импульсов, поступивших в счетчик 16, а М, - в счетчик 18; Г - частота tлeдoвaния импульсов генератора 13. После окончания четьфех тактов интегрирования переключатели 8 и 11 переводятся в положение I , а в устройсрве осуществляется цифровая обработка результата. Сигналом блока управления число Ni , запис.йнное в счетчике 18, посредством схемы перезаписи переносится в дополнительном коде в счетчик 21, при этом осуществляется сброс счет |чика 18. Селектор 15 открьюается для прохождения импульсов на вход счетчика 18 до момента перехода через ноль счетчика 21. Счетчики 16 и 18 вместе с группой .схем-совпадения 17 и логичес кой схемой 20 образуют двоичный умножитель частоты. Логическая схама 20 представляет собой исключающее ИЛИ. В первом такте обработки селектор закрыт по третьему выходу, и схема 2О вьшолняет функции обычной собирательной схемы. Поэтому если на вход счетчика 18 поступают импульсы с частотой f , то частота следованияимпульсов на входе счетчика 21 равна Г i iijM „ Г . где П число дЕоИчЕътх разрядов счетчиков 16 и 18, подключенных к вхЬдам схем совпадения. Селек- гор 15 открыт на протяжении времени Tj , определяемого из равенства: Mt „, -N где Х,Т.| Is} число испульсов, поступивших на вход счетчика 18 в первом такте обработки результата: Подставив в (3) значение NjiHs (I) и (2) и учитьгоая, что параметры RJ ,fo UflH период помехи (ij i) постоянны на время преобразования, по лучим: П Kf, .. -1Q -м N, 2 R-i где NO- уставка в счетчике ,18, устанавливаемая при сбросе. Следовательно, число, записанное в счетчике результата, пропорционально измеряемому информативному параметру термометра сопротивления. При этом точность измерения определяется практически лишь погрешностью образцового резистора Rj при легко вьтолнимом условии кратковременной стабильности параметре измерительной схемы. Устройство обладает высокой помехозащитностью бпагодаря тому, что интегрирование падений напряжений как на образцовом, так и на измеряемом резисторах осуществляется да время, кратное периоду помехи нормального вида. Показания прибора не зависят от длительности интегрирования в первом и тре тьем контактах, что позволяет применять устройство без потери помехоустойчивости в широком частотном диапазоне помех нормального вида и без подстройки и слежения за длительностью первого такта С целью обеспечения цифрового отсчета в единицах температуры и линейности пока заний при работе с нелинейными пла тйнрвыми термометрами сопротивления, в усфойстве вводится., дополнительная ,связь третьего выхода селектора 1,5 со входом логической схемы 2О. Кроме того, добавляется, еще один дополнительный такт цифровой обработай результата измерения.I Зависимость информативного параметр термометра сопротивления от измеряемой температуры, как; известно, описывается уравнением Календара: Рв,(, Г5) где Пд- значение сопрот1геления термометра при температуре О С; Q- измержмая температура; А и В - постоянные коэффициенты.п Если уставка N Б заносится в дополнительном коде, то число, записанное в счетчике 18 в конце первого такта обрабо-пси: n,-i(,)-ij Ко /. «л г . п п -. (Ав бв) {$j -9 -2е - К. ч

8 Перед началом второго такта обрабо-гки это число посредством схемы 19 перезаписи заносится в дополнительном коде в счетчик 21, а счетчики 16 и 18 устанавливаются в нулевые состояния. Во втором такте обработки селектор 15 открывается для прохождения импульсов генератора 13 по трем выходам до момента прихода импульса с выхода счегчика 21, который поступит на управляющий вход селектора при прохождении на вход счетчика импульсов. Через логическую схему 20 в этом случае проходят лишь импульсы генератора 13, которые не совпадают с выходными импульсами схем совпадения 17. Учитьгоая, что кмпульсы на входы счетчиков и дополни- ,, тельный вход логической схемы 20 по- ступают от одного и того же генератора, нетрудно заметить, что частота следования импульсов на выходе логической схемы будет равна разности частот генераора и выходной частоты умножителя, то есть: , . . fy где f - частота следования импульсов на входе счетчика 21. i±-r 2 где / i - число, записанное в счетчике 16 в каждьй данный момент времени второго такта обработки. Число импульсов, поступившее на вход счетчика 21 за время второго такта: Т oTz (Г) ,. ь..- - --, 12. - длительность второго такта обработки. Учитывая, что число записанное в конце этого такта в счетчике / /лТ, из (7) получим: N.N Такое вычитание необходимо в связи с тем, что коэффиш1ент В, входящий в уравнение (5), отрицателен. Приравнивая правые части равенств (6) и (8), имеем: ., м 2.1 а,R, Одкуда, при выполне1ти соотношений: где 0 коэффициент пропорционап : ности, то есть число, записанное в счет- чйке результата, пропорционально, измеря емой температуре. На этом процессе иэ мерения заканчивается. Схема возвращается в исходное состояние до прихода следующего импульса запуска. Результат измерения индицируется цифровым табло блока 22. Введение описанных выше узлов и свя зей позволяет, таким образом, устранить влияние на точность измерения погрешностей источников напряжения.и тока, .генератора счетных импульсов и поэтому не требует применения дорогосто5пцих и высокостай1льных источшжов. Мерой срав нения служит образцовый резистор, класс точности которого может быть довольно высоким. На погрешность измерения прак .тически не влияют сопротивления соединительной линии и их изменение. С целью получения линейной зависимости показаний от температуры, в устройстве не исзпользуются функциональные генераторы напряжений и токов. Погрешность от нелинейности в устройстве может не превьь шать дискретности показаний. Следовательно, в предложенном уст- ройстве удается получить, по сравнению с известными повышенную точность измерения температуры с помощью платиновых термометров сопротивления при двухпроводном их подключении. Ф О р м у л а из обретения 1. Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, соединенный посредством линии связи последовательно с источником постоян ного напряжения и образцовым резистором точка соединения которых подключена к ойцей шине устройства, и второй вьгоод резистора подсоединен через переключатель, снабженный элементом управления, к входу интегрирующего преобразователя напряжения во временной интервал, подключенного к входу блока управления, вы ходы которого соединены с управляюцим входом второго переключателя, входами счетчика результата и селектора, ко второму входу которого подсоединен выход генератора-импульссв,-а к выхощ - вход счетчика результата, подключегаюго вь ходом к блоку цифрового отсчета, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при подсоединении термометра по двухпроводной линии связи, в устройство введены третий переключатель, запоминающий конденсатор, вентиль, схема перезаписи, группа схем совпадения, логическая схема и два счетчика импульсов, вход одного из которых подключен ко второму выходу селектора, а информационные выходы этого соединены с входами схем совпадения, вторые входы которых подключены к информационным выходам счетчика результата, а выходы группы схем совпадения соединены с входами логической :схемы, подключенной выходом к входу второго счетчика импульсов, выход которого соединен с управляющим входом селектора, вход запис.и второго счетчика соединен с выходсяи схемы перезаписи, подключенной к выходам счетчика результата и блока управления, а параллельно термометру сопротивления подключена цепочка из последовательно соединенных запоминающего конденсатора и вентиля, параллельно которому включены два входа первого переключателя, подсоединенного выходом к началу одного из проводов линии связи, причем элемент управления первым переключателем включен в рассечку между выводом термометра и началом второго провода связи, конец которого подключен к выходу третьего переключателя, один из входов которого подключен к источнику напряжения, а второй - ко второму входу первого переключателя, при этом управляющий вход третьего переключателя подсоединен к выходу блока управления. , 2. Устройство по п. 1, отличающееся тек, что, с целью получения линейной зависимости выходного сигнала от температуры, селектор снабжен дополнительным выходом, соединенным с третьим входом логической схемы. Источники информации, принятые во шш мание при экспертизе 1.ABTqDCKoe свидетельство СССР № 556351, кл. G 01 К 7/16, 1976. 2.Семенов В. Ф. Цифровой термометр с л иней ней шкалой. Труды МЭИ. Вып. 254. 1975, с. 134 (прототип).