Устройство для регистрации температуры Советский патент 1980 года по МПК G01K7/21 

Изобретение относится к области измерения температуры с помощью термометров сопротивления и может быть использовано для повышения точности регистра1даи температуры, изменяющейся в широком диапазоне значений. Известны устройства для измерения и регистрации температуры 1 и 2. Однако они не обеспешвагот в тсокой точности из-за наличия в этих схемах усилителей с большим, но нестабильным коэффициентом усиления и неизбежным дрейфом нуля. Известны также устройства, в которых одновременное питание термометра сопротивле1шя постоянным и перемегатым токами повышает чувствительность измерительной схемы и облегчает задачу регистрации результата измерения с помощью регистрирующего милливольтметра постоянного тока 3. Однако нелинейность преобразования температуры Е злектрическом напряжении при-большкх измегсииях температуры снижает точность регистрации. Наиболее близким к предлагаемому по техШ1чес;--ой сущности является устройство, содержащее измерительную схему с термодатчиком, подключенную к выходу генератора импульсов, усилитель, ключи и источник пост оянного тока, трансформатор, источник, опорного напряжения, резисторы, диоды и транзисторы, включенные определенным образом, в котором регулирова ше длительности илшульсов в зависимости от измеряемой температуры улучшает линейность выходной характерисппси устройства 4. Недостаток такого устройства - неустраненное влияние иелииейносп и нестабильности характеркстикн самого термодатчика на результат измерения. Цель изобретения - повыше{ше точности регистрации телшерагуры, изменяющейся в широком диапазоне значений. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее термометр сопротивле1шя, включенный в мостовую измерительную схему, ключи, цепи управления которых подключены к мультивибратору, усилитель, баластный резистор и регастрирующкй милливольтметр, подключенный параллельно термометру сопротквления, введены интегратор, работающий в режиме ана3. логовой памяти, вход которого через первый ключ соединен с выходом мостовой схемы, его выход - с инвертирующим входом усилителя, делитель напряжения, вход которого чере второй ключ соединен с выходом мостовой схемы, его выход - с неинвертирующим входо усилителя, генератор пилообразного напряжения и пшротно-импульсньш модулятор, первый (управляющий) вход которого соедннен с выходом усилителя, ко второму входу подключен генератор пилообразного напряжения, выход через третий ключ н баластный резистор соедннен с термометром сопротивления, а цепь управления регистрирующего милливольтметра через введенный ждущий мультивибратор подключена к тому плечу мультивибратора, с которым соединены цепи управления второго и третьего ключей. На чертеже представлена схема устройства для регнстрацин температуры. Устройство содержит термометр 1 сопротивления, вьшрямительную мостовую схему 2 переменного тока, ключи 3, 4 н 5, интегратор 6, делнтель 7 напряжения, усилитель 8, щиротноимпульсный модулятор 9, генератор 10 пилооб разного напряжения, мультивибратор 11, резястор 12, регистрирующий милливольтметр 13 ждущий мультивибратор 14. Устройство работает следующим образом. Термометр 1 сопротивления включен в плечо моста 2 переменного тока с вьшрямителем, выходное постоянное напряжение которого через ключи 3 и 4, интегратор 6 и делитель 7 напряжения воздействует на прямой и инверсный входы усилителя 8. Выходное напряжение усилителя преобразуется широтно-импульсным модулятором 9 с генератором 10 в последовательность прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и регулируемой длительности. Сопротивление резистора 12 выбирается многим больше сопротивления термометра 1. Поэтому при замкнутом положении ключа 5 через термометр 1 сопротивления протекает импульсный ток, величина которого определяется сопротивлением резистора 12. Падение напряжения на термометре 1 измеряется милливольтметром 13, цепь регистрации которого включается импульсами от ждущего мулыявибратора 14. Ключ 3 включен в одно плечо мультивибратора, а ключи 4 и 5 - в противоположное. При замкнутом ключе 3 ключи 4 н 5 разомкнуть, и резистор 12 нагрет до температуры контролир)гемой среды в. Выходное напряжение моста 2 пропорционально приращению сопротивления термометра 1: 8дВови, где S - чувствительность мостовой схемы; 4 а - температурный коэффициент сопротивления термометра; RO - сопротивление термометра при 0°С; и - напряжение питания моста. Напряжение Ui поступает через ключ 3 на интегратор 6, работающий в режиме аналоговой памяти, где и запоминается. После переключения мультивибратора И замыкается ключ 4, я выходное напряжение моста через делнтель 7 напряжения поступает на неинвергирующнй вход усилителя 8. К инвертирующему входу этого усилителя приложено запомненное напряжение Ui. Так как выходное напряжение меньше запомненного в К раз, то на выходе усилителя 8 появляется напряжение, которое с помощью Модулятора 9 и генератора 10 преобразуется в длительность прямоугольньгх импульсов тока. Под действием импульсного тока термометр 1 дополнительно подогревается, что увеличивает выходное напряжение моста 2. В результате подогрева на прямой вход усилителя воздействует напряжение у U2 (в + Д0) -j, где Дв - температура перегрева, определяемая воздействием импульсного тока; К - коэффициент деления делителя 7. При возрастании температуры перегрева Лв возрастает напряжение Uj, стремясь к значению Uj. В установнвщемся режиме, если пренебречь напряжением статизма замкнутой схемы, входные напряжения усилителя уравниваются (и2 Uj). Из равенства напряжений следует: в + де емпература перегрева Дв определяется коэфнцнентом теплоотдачи термометра С, квадраом действующего значения импульсного тока и его нагретым сопротивлением Дв Roll + а (в + Д0). одставляя значенне перегрева в условие раенства напряжения, получаем; в 1 Гв + RO II + а (в + Дв)1 , К I С ткуда квадрат импульсного тока I С(К - 1).Q. RO 1 +а (0 +Дв) Действующее значение тока, состоящего из рямоугольных импульсов одной полярности постоянной амплитудой, длительностью т н ериодом повторения Т, определяется выражеиемI лЦ Г l(t)dt читьюая постоянство Т, которое задается геератором 10 фиксированной частоты, регулируемая длительность импульсовтока устанав-, ливается равной т С(К - 1)Т,в Roll + а (в + Ав) Милливольтметром 13 измеряется падение иапряжеиия, создаваемое средним значением импульсиого тока на нагретом термометре. Посколь ку среднее значение однополярного импульсного тока определяется выражением ср о /Т. то соответствукйцее падение напряжения С{К-1) и.„ + а(0 + Д0) | ср -срУстановившееся значение падения напряжения регистрируется милливольтметром после импул са разрешения с задержкой, создаваемой ждущим мультивибратором 14. Время задержки выб1фается,исходя из тепловой постоянной вре мени термометра 1 сопротивления. После переключения мультивибратора 11 по вторяется цикл запоминания. В это время клю 4 разомкнут и среднее значение падения напря жеиия от импульсного тока равно нулю. При последующем замыкании ключей 4 и 5 после соответствующей задержки в 14 фиксируется иовое значение напряжения, пропорциональное измеряемой-температуре 0. Из выражения для среднего значения напря жения следует, что непостоянство чувствительнести моста S, напряжения питания моста U, коэффициента усиления усилителя 8, чувствительности модулятора 9 не влияет на точность измерения. По сравнению с известным отсутствие в уравнении преобразования температурного коэф фициента исключает погрешностъ,возникающую из-за изменения чувствительности термометра сопротивления, а также погрещность от нелинейности преобразовательной характеристики. Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность регистрации температуры различных сред, изменяющихся в пш роких пределах. Возможность использования дещевых термометров (медныхршкелевых и др. с нестабильным температурным коэффициентом вместо термометров сопротивления из драгоценных металлов дает значительный экономический эффект. Формулаизобретения Устройство для регистрации температуры, содержащее tepMONteip сопротивления, включенный в мостовую измерительную схему, ключи, цепи которых подключены к мультивибратору, усилитель, баластный резистор и регистрирующий милливольтметр, подключенный параллельно термометру сопрогивлеиия, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регистрации температуры, изменяющейся в ишроком диапазоне значеиий, в него введены ждущий мультивибратор, интегратор, работающий в режиме аналоговой памяти, вход которого через первый ключ соединен с выходом мостовой схемы, его выход - с инвертирующим входом усилителя, делитель напряжений, вход которого через второй ключ соединен с выходом мостовой схемы, его выход - с неинвертирующим входом усилителя, генератор нилообразного напряжения и широтно-импульсный модулятор, первый (управляющий) вход которого соединен с выходом усилителя, ко второму входу подключен генератор пилообразного напряжения, выход через третий ключ и баластный резистор соединен с термометром сопроттголе1шя, а цепь управления регистрирующего милливольтметра через ждущий мультивибратор подключена к плечу мультивибраторау соедине1шому с цепью управления второго и третьего ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США N 3924470, кл. G 01 К 7/24, опублик. 1975. 2.Патент Великобритании по заявке N 1406770, кл. G 01 К 7/30, опублик. 1975. 3.Патент США N 3964315, кл. G 01 К 7/20, опублик. 1976. 4.Авторское свидетельство СССР N 407200, кл. G 01 К 7/20, опублик. 1972 (прототип).