Устройство для измерения температуры Советский патент 1980 года по МПК G01K7/02 

1

Изобретение относится к области термометрии, а именно к цифровым измерителям температуры, содержащим на входе термоэлектрические термометры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термометр, источник напряжения, коммутирующий ключ, блок управления, интегратор, селектор и блок цифрового отсчета 1.

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью измерения за счет аддитивных составляющих погрешности термометра, аналого-цифрового преобразователя и дрейфов нуля усилителей.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический термометр, опорный спай которого помещен в термостат, источник опорного напряжения, подключенный к одному из входов коммутирующего ключа, выход которого подключен ко входу интегратора, подключенного своим выходом через нуль-орган к первому управляющему входу селектора, второй вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, а второй управляющий вход соединен с одним из выходов блока управления, который двумя другими выходами подключен к управляющему входу коммутирующего ключа и цифрового отсчетного блока 2.

Однако известное з-стройство не обладает требуемой точностью измерения из-за

5 погрешности, вносимой аналого-цифровым преобразованием и дрейфом температуры в термостате.

Целью изобретения является повышение точности измерения. Для чего в устройство

10 дополнительно введен второй термостат для опорных спаев термометра, многополюсный переключатель и реверсивный счетчик, соединенный информационными выходами со входами цифрового отсчетного устройства,

15 а суммирующим и вычитающим входами - с соответствующими выходами селектора, причем свободные концы термоэлектрического термометра подключены ко входу многополюсного переключателя, выход которого подключен к общей шине и второму входу коммутирующего ключа, при этом управляющий вход многополюсного переключателя соединен с дополнительным выходом блока управления.

25 На чертеже показано предлагаемое jCTройство.

Устройство включает термоэлектрический термометр 1, термостаты 2 и 3, многополюсный переключатель 4, коммутирую30 щий ключ 5, источник 6 опорного напрял епая, интегратор 7, нуль-орган 8, генератор

9образцовой частоты, селектор 10, блок 11 управления, реверсивный счетчик 12 и цифровой отсчетный блок 13.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 11 своими сигналами приводит устройство в исходное состояние. При этом через многонолюсный переключатель 4 выходная термоэдс. термоэлектрического термометра 1 со свободными концами, помещенными в термостате 2, подается через ключ 5 па вход интегратора 7 и интегрируется в течение заданного интервала времени, обычно равного или кратного периоду промышленной частоты (для повышения помехоустойчивости работы устройства). По окончании этого интервала блок управления переключает ключ 5 в другое положение и ко входу интегратора подключается выход источника опорного постоянного напряжения 6, который разряжает интегратор. В тот же момент сигнал с нуль-органа 8 приводит селектор 10 в открытое состояние, и на суммирующий вход реверсивного счетчика 12 от источника образцовой частоты 9 поступают счетные импульсы, число которых пропорционально выходной термоэдс. термоэлектрического термометра 1. Подключение выхода селектора к суммирующему входу реверсивного счетчика осуществляется исходным сигналом с блока управления. По окончании разряда интегратора сигнал с нуль-органа закрывает селектор и прохождение импульсов с генератора образцовой частоты прекращается. В этот же момент сигналы блока управления переключают многополюсный переключатель в другое положение, ключ 5 в исходное положение и выход селектора к вычитающему входу реверсивного счетчика. При этом выходная термоэдс. термоэлектрического термометра со свободными концами, помещенными в термостат 3, подключается через многополюсный переключатель 4 и ключ 5 ко входу интегратора 7 и интегрируется в течение заданного интервала времени, как и в первом случае. В момент Окончания этого интервала сигнал блока управления переключает ключ 5, ко входу интегратора 7 подключается выход источника опорного постоянного напряжения 6, который разряжает интегратор. На время разряда нульорган своим сигналом открывает селектор

10и на вычитающий вход реверсивного счетчика 12 с генератора образцовой частоты 9 поступают импульсы, число которых пропорционально выходной термоэдс. термоэлектрического термометра. В реверсивном счетчике записывается число, пропорциональное нзмеряемой температуре п равное разности количества импульсов, поступивших на суммарный и вычитающий входы реверсивиого счетчика. При этом блок управления своим сигналом разрешает индикацию результата измерения на цифровом отсчетном блоке 13.

Действительно, функции преобразования термоэлектрических термометров, например градуировок ПП-1, ВР-5/20 и некоторых других, описываются интерполяционным уравнением вида

а -Ь 60 -+ 02 при 0.еп 0°С,(1)

где Е - выходная термоэдс. термоэлектрического термометра; а, b НС - постоянные коэффициенты;

0-измеряемая температура; 0..,, -температура свободных коицов

(нерабочего спая).

Если поместить свободные концы в термостат, температура которого 0(.„ 0i, например, 01 0°С, то (1) заиишется так , а +Ь (e + 0i) + с (0-f 0i)2,(2)

где EI - выходная термоэдс. термоэлектрического термометра; 0,-температура свободных концов

термометра.

После преобразования согласно описанному выше в реверсивном счетчике запишется число, пропорциональное термоэдс. Е т е

Л , / а Н- 6 (0 -f 02) + с(в + 0,)(3)

где К. - коэффициентпреобразования

аналого-цифрового преобразователя.

Затем, переключая мпогополюсный переключатель в другое положение, помещают свободные концы термоэлектрического термометра в другой термостат с темнературой 62, т. е. всв Оа (пусть 02 0). Тогда уравнение (1) запишется

2 0 + 6(0-02)4- С(в -02)2

После преобразования термоэдс в реверсивном счетчике вычтется число импульсов N + &(0 - 02) -Ь с (0 - 02)2

Таким образом, в реверсивном счетчике запишется число

,Vi -Л2 /(Ь(0, + 02) +2с(0, + 02)е+с(0+0) откуда измеряемая температура выразится

Л/,.- ./V2 (Q, + 62) +с(0 + б|)

или

55 постоянная величина для данного типа термоэлектрического термометра и выбранных значений температур термостатов Bi и

60 02- Величину Ло компенсируют начальной установкой реверсивного счетчика А

жГ(& + &,) 10 в частности выбором А, и можно добиться А - 1 или 10, где п-целое число.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить линейную зависимость показаний от измеряемой температуры без применения дополпительиых линеаризирующих устройств. Отметим, что температуры термостатов могут иметь любые известные значения, кроме равных между собой. Предлагаемое устройство значительно проще, так как не содержит функционального генератора, который состоит нз ряда активных интеграторов, источников тока и коммутирующих элементов, параметры которых влияют на погрешность измерения температуры, поскольку их нестабильность приводит к изменению параметров второго гакта интегрирования. В предлагаемом устройстве значительно ловышается точность из-за отсутствия функционального генератора, кроме того, устраняются аддитивные составляющие погрешностей термоэлектрического термометра, аналого-цифрового преобразователя н дрейфы нуля усилителей. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический термометр, опорный спай которого помещен в термостат, источник опорного напряжения, подключенный к одному из входов коммутирующего ключа, выход которого подключен ко входу интегратора, подключенного своим выходом через нуль-орган к первому управляющему входу селектора, второй вход которого подключен ft выходу генератора образцовой частоты, а второй управляющий вход соединен с одним из выходов блока управления, который двумя другимн выходами нодключен к управляющему входу коммутирующего ключа и цифрового отсчетного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены второй термостат, многополюсный переключатель и реверсивный счетчнк, соединенный информационными выходами СО входами цифрового отсчетного блока, а суммирующим и вычитающим входами - с соответствующими выходами селектора, причем свободные концы термоэлектрического термометра подключены ко входу многонолюсного пере1 лючателя, выход которого нодключен к общей шине и второму входу коммутирующего ключа, при этом управляющий вход многополюсного переключателя соединен с дополнительным выходом блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Л 627350, кл. G 01 К 7/02, 23.05.77. 2.Семенов В. Ф. Цифровой термометр с лииейной шкалой. Труды МЭИ, вып. 254, 1975, с. 134 - (прототип).