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

1

Изобретение относится к области термометрии.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический термометр со встроенным калибратором, блок коррекции, выходы которых подключены к сумматору, источник стандартного сигнала, блок управления, коммутатор 1.

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью измерения из-за погрешности, обусловленной схемой дифференцирования сигнала термопары при определении момента калибрования.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь с встроенным калибратором и блок коррекции, выходы которых подключены к сумматору, источник стандартного сигнала, блок управления и цифровой вольтметр, вход которого через коммутатор подключен к выходу сумматора, а выход - к управляющему входу блока коррекции, причем выходы блока управления подключены к управляющим входам цифрового вольтметра и коммутатора, к другому входу которого подключен источник стандартного сигнала, при этом ко входу цифрового вольтметра подключен усилитель, выход которого подсоединен к выходу цифрового вольтметра и через ключи ко входу компаратора и входу интегратора, подключенного выходом ко второму

входу компаратора, который подсоединен выходом ко второму входу второго ключа и через третий ключ подключен ко входу счетчика, соединенного последовательно с отсчетным блоком, причем к управляющему входу рового вольтметра подключен второй блок управления, один выход которого подключен ко входам ключей и второму входу счетчика, второй выход которого подсоединен ко входу второго блока управления, при этом генератор счетных импульсов подключен к вхо15 ДУ третьего счетчика, а источник образцового напряжения подсоединен к входу второго счетчика 2.

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью измерения, так как

2- момент начала калибрования определяется с помощью дифференциатора выходного сигнала.

Целью изобретения является повышение точности измерения. Для достижения поставленной цели в устройство введены логический элемент И, счетчик стробов, переключатель, счетчик совпадений, блок запрета, триггер, два формирователя импульсов, вход одного из которых подключен к выходу компаратора цифрово-. го вольтметра, а выход через переключатель соединен с входами сброса счетчика стробов и счетчика совпадений, а также с одним из входов логического элемента И, другой вход которого соединен с выходом счетчика стробов, счетный вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов цифрового вольтметра, при этом выход логического элемента И соединен с счетным входом счетчика совпадений и входом блока запрета, .к другому входу которого через второй формирователь импульсов подключен выход счетчика цифрового вольтметра, а выход блока запрета соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу переключателя, и выход счетчика совпадений подключен к входу блока управления. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1 со встроенным калибратором, блок коррекции 2, сумматор 3, коммутатор 4, источник стандартного сигнала 5, блок управления 6, усилитель 7, первый и второй ключи 8 и 9, источник образцового напряжения 10, интегратор 11, компаратор 12, третий ключ 13, второй блок управления 14, генератор 15 счетных импульсов, счетчик 16 цифрового вольтметра, отсчетный блок 17, логический элемент И 18, счетчик стробов 19, переключатель 20, счетчик совпадений 21, блок запрета 22, дополнительный формирователь импульсов 23, триггер 24, дополнительный формирователь импульсов 25, цифровой вольтметр 26. Устройство работает следующим образом. В режиме «Калибрование оператор переводит объект в режим постоянного нагрева или охлаждения. По команде оператора блок управления 6, подавая сигнал управления 14, изменяет алгоритм работы схемы цифрового вольтметра. При этом параметры формируемого интегратором 11 пилообразного напряжения фиксируются и перестают зависеть от входного напряжения усилителя 7 как это обычно имеет место в схемах цифровых вольтметров двухтактного интегрирования. Это достигается попеременным подключением вхбда интегратора 11 к плюсу и минусу источника образцового напряжения 10 соответственно в первом и втором такте интегрирования. Управление ключом 9 через блок управления 14 (играющий в данный момент вместе со счетчиком 16 роль временного распределителя) осуществляется на основе счетных импульсов, вырабатываемых генератором 15. Одновременно счетные импульсы заполняют и счетчик 19. При этом в первом такте интегрирования вход компаратора 12 подключен к выходу интегратора 11. В первом такте интегрирования в момент равенства пилообразного напряжения, формируемого за счет интегрирования выходного сигнала источника 10, усиленному входному сигналу первичного преобразователя 1 компаратор 12 срабатывает и через формирователь 25 и ключ 20 сбрасывает счетчик 19 и счетчик совпадений 21. Далее счетчик 19 вновь начинает заполняться счетными импульсами генератора 15. Емкость счетчика 19 выбирается равной емкости счетчика 16 цифрового вольтметра, поэтому период следования импульсов на выходе счетчика 19 точно равен периоду пилообразного напряжения на выходе интегратора 11, и дрейф частоты генератора 15 не оказывает влияния на синхронность этих процессов. По окончании второго такта пилообразного напряжения счетчик 16 цифрового вольтметра через формирователь 23 и блок запрета 22 перебрасывает триггер 24. Под воздействием выходного импульса триггера 24 открывается ключ 20, и в следующем периоде пилообразного напряжения формирователь 25 сбрасывает счетчики 19 и 21 в моменты равенства выходного напряжения усилителя 7 и амплитуды на выходе интегратора 11. Если температур а, следовательно, и амплитуда напряжения на выходе цифрового вольтметра за время т периода пилообразного напряжения изменяется, процесс заполнения и сброса счетчика 19 будет продолжаться бесконечно. Если же температура за время г не изменилась, то фаза срабатывания компаратора 12 в обоих периодах одинакова и импульсы на вход элемента И 18 с выхода счетчика 19 и формирователя 25 поступают одновременно. На выходе элемента 18 формируется импульс, учитываемый счетчиком совпадений 21. Одновременно импульс с выхода элемента И 18 поступает на управляющий вход блока запрета 22, который блокирует переключение триггера 24 следующим за ним импульсом формирователя 23. Если температура и за время двух периодов пилообразного напряжения продолжает оставаться постоянной, то на вход счетчика совпадений 21 поступает еще один импульс. При постоянстве температуры процесс заполнения счетчика 21 продолжается. При этом периодический сброс счетчика 19 при его заполнении осуществляется автоматически. Однако, если на очередном периоде пилы совпадения импульсов на входе схемы элемента И 18 не происходит, счетчики 19 и 21 вновь сбрасываются и весь процесс возобновляется.

При достижении момента фазового пере-, хода реперного материала калибратора температура горячего спая термоэлектрического преобразователя длительное время (десятки секунд) остается постоянной. В этом случае счетчик совпадений 21 заполняется полностью п импульсами за время п t, и с го выхода поступает импульс на вход блока управления 6, что является сигналом о начале процесса калибрования.

С блока управления 6 поступают импульсы управления на управляющий вход цифрового вольтметра (вход блока управления 14) и вход управления коммутатора 4.

При этом блоки вольтметра образуют обычную схему цифрового вольтметра двухтактного интегрирования, а на вход усилителя 7 навстречу сигналу термоэлектрического преобразователя 1 подключается источник стандартного сигнала 5, соответствующего температуре фазового перехода материала калибратора. Под воздействием выходного сигнала усилителя 7 выходное напряжение блока коррекции 2 начинает изменяться до тех пор, пока сумма ЭДС термоэлектрического преобразователя 1 и выходного напряжения блока коррекции 2 не станет равной величине стандартного сигнала источника 5, о чем будет свидетельствовать отсутствие напряжения на выходе усилителя 7.

На этом процесс калибрования заканчивается. В режиме «Измерение выходной сигнал блока коррекции 2 постоянно складывается с ригналом первичного преобразователя 1, чем достигается коррекция погрешности первичного преобразователя линии связи, устройства линеаризации градуировочной характеристики первичного преобразователя и компенсации его свободных концов (на схеме не показаны), а также аналоговой части цифрового вольтметра.

Термоэлектрический преобразователь с встроенным калибратором может быть выполнен на основе стандартного ТХА 0551 путем расположения в наконечнике колпачка из нержавеющей стали, заполненного чистым металлом с известной температурой плавления (олово, цинк, сурьма, серебро), в массе которого располагается горячий спай преобразователя.

По сравнению с прототипом предложенное устройству выгодно отличается значительно более высокой точностью определения момента начала калибрования, так как в нем практически отсутствует схема дифференцирования выходного сигнала термоэлектрического преобразователя, обладающая, как это было показано выше, значительными погрешностями .

Разрешающая способность определения момента начала калибрования будет зависеть от емкости счетчика совпадений 21 (она практически ничем не ограничена) и порогом чувствительности усилителя 7 цифрового вольтметра, величина которого для

вольтметра высокого класса точности весьма мала (1 мкВ и менее). Кроме того, в устройстве применен в качестве измерительного прибора цифровой вольтметр, класс точности которого может быть значительно более высоким по сравнению с автоматическим компенсатором постоянного тока, используемым в известном устройстве.

Предложенное устройство весьма экономично в схемном отношении, так как в режиме «Калибрование широко использующим элементы схемы цифрового вольтметра, блок-схема устройства позволяет использовать современную элементную базу.

Предлагаемое устройство сможет найти широкое применение при построении системы контроля температуры повышенной точности в АСУ ТП.

Формула изобретения

0 Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь с встроенным калибратором и блок коррекции, выходы которых подключены к сумматору, источник стандартного сигнала, блок управления и цифровой вольтметр, вход которого через коммутатор подключен к выходу сумматора, а выход - к управляющему входу блока коррекции, причем выходы блока управления подключены к управляющим входам цифрового вольтметра

0 и коммутатора, к другому входу которого подключен источник стандартного сигнала, при этом ко входу цифрового вольтметра подключен усилитель, выход которого подсоединен к выходу цифрового вольтметра и через ключи ко входу компаратора и вхоJ ду интегратора, подключенного выходом ко второму входу компаратора, который подсоединен выходом ко второму входу второго ключа и через третий ключ подключен ко входу счетчика, соединенного последовательно с отсчетным блоком, причем к управляющему входу цифрового вольтметраподключен второй блок управления, один выход которого подключен ко входам ключей и второму входу счетчика, второй выход которого подсоединен ко входу второго блока управления, при этом генератор счетных импульсов подключен к входу третьего счетчика, а источник образцового напряжения подсоединен к входу второго счетчика, отличаюш,ееся тем, что, с целью повыщения точности измерения, в устройство введены логический элемент И, счетчик стробов, переключатель, счетчик совпадений, блок запрета, триггер, два формирователя импульсов, вход одного из которых подключен к выходу компаратора цифрового вольтметра, а выход через переключатель соединен с входами сброса счетчика стробов и счетчика совпадений, а также с одним из входов логического элемента И, другой вход которого соединен с выходом счетчика стробов.

счетный вход которого подключен к вычолу генератора счетных импульсов цифрового вольтметра, при этом выход логического элемента И соединен со счетным входом счетчика совпадений и входом блока запрета, к другому входу которого через формирователь импульсов подключен выход счетчика цифрового вольтметра, а выход блока запрета соединен со входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу

8

переключателя, и выход счетчика совпадений подключен к входу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 569876, кл. С 01 К 7/02, 08.04.76.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2457653/18-10, кл. G 01 К 7/02, 02.03.77.