Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры, содержащим термометр сопротивления и термоэлектрический термометр с двухпроводной линией связи. Известно устройство для измерения температурь при двухпроводном подсоединении .термометра сопротивле ния, содержащее эталонный резистор и ДИОДЫ; pacпoJIpжeнныe в непосредст венной близости от термометра сопро тивления, интегратор, преобразовате напряжения во временной интервал и генератор импульсов l. Недостатком этого устройства является низкая точность измерения температуры. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, источник опорного напряжения первый вывод которого через линию связи соединен с первым выводом эта лонного резистора, интегратор, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход через селектор, подключенный к генератору импульсов соединен с блоком вычисления, ST;Oрой источник опорного напряжения, соединенный с переключателем, первый и второй ключи, блок управления, соединенный с первым ключом, переключателем, блоком вычисления 21, Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения температуры, а кроме того, устройство обладает узкими функциональными возможностями, так как не позволяет работать с различными типами датчиков, т.е. с термометром сопротивления и термоэлектрическим термометром. Цель изобретения - повышение точности измерения при расширении функциональных возможностей при подсоединении термометров с помощью двухпроводной линии связи. Поставленная цель достигается тем, что параллельно термометру сопротивления включен второй ключ, управляющий вход которого соединен о выходом управляющего элемента, первый вывод эталонного резистора соединен с общей шиной, его второй вывод подключен ко входу первого ключа, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первым вы водом источника опорного напряжения Кроме того, в незго введен термоэлектрический термометр, соединенны с переключателем полярности , выходы которого соединены соответственно со вторым выводом источника опорног напряжения и входом переключателя, а управляющий вход соединен с блоко управления. На чертеже приведена схема устро ства, Устройство для измерения темпера туры содержит термометр 1 сопротивления, выводы которого соединены с первым ключом 2, управляющий элемент 3 (схему управления первым клю чом, например электромагнитное реле двухпроводную линию связи обозначен ную на чертеже сопротивлениями 4 и 5, образцовый резистор 6, второй кл 7, источник В опорного напряжения, термоэлектрический термометр 9, переключатель 10 полярности, второй источник 11 опорного напряжения, переключатель 12, интегратор 13, блок 14 управления, селектор 15, ге 16 импульсов, блок вычисления, включающий в себя счетчик 17 управления, схему 18 совпадения, ло гическую схему 19, реверсивный счет чик 20, счетчик 21 результата и схе му 22 перезаписи, блок 23 цифрового отсчета. Устройство работает следующим образом. При включении устройства сигналы с блока 14 управления переводят ключ 7 в положение I, переключатель 12 в положение III и устанавливают на выходе источника 8 опорного напряжения напряжение Е величина которого, меньше величины напряжения необходимой для срабатывания элемента 3 управления и соответственно замыкания контактов ключа 2 закорачивающих выводы термометра сопротивления. При этом напряженрГе на входе интегратора равно величине и I,(Re - Кд RB (О где If - величина тока в цепи термометра, R- - сопротивление термометра 1; R - суммарное сопротивление проводов линии связи , R - внутреннее сопротивление элемента управления. Это напряжение интегрируется в течении интервала времени Т, длитель ность которого выбирается равной периоду помехи нормального вида дайствующей в линии и задается блоком управления посредством выделения периода помехи или периода напряже.ния сети питания устройства, В конце интервала времени Т (после первого такта интегрирования) на выходе интегратора возникает напряжение и К f Г (Rg i-R -tR ) dt К-Т ( + R - Rg),(2) где К - постоянный коэффициент. После окончания первого такта интегрирования сигнал с блока управления переводит переключатель 12 в положение II.-. При этом ко входу интегратора прикладывается напряжение 3. снимаемое с образцового резистора 6 (с величиной сопротивления RO ) противоположной полярности к напряжению U. Это напряжение интегрируется в течении времени t, пока интегратор не возвратится в исходное состояние, т.е, пока не выполниться равенство UJ и К I.Rot-ift). При этом оказывается (учитывая (1)), что интервал времени t- равен величине ). В момент возвращения интегратора в исходное состояние, сигналы с блока управления переводят переключатель 12 в положение Щ и устанавливают на выходе источника 8 опорного напряжения напряжение.такой величины, чтобы сработал элемент 3 управления и соответственно замкнулись контакты ключа 2, закорачивающие выводы термометра 1 сопротивления. При этом ко входу интегратора прикладывается напряжение равное величине и, Iz (RA - )- 5) Это напряжение интегрируется в течении интервала времени Т, В результате интегрирования на выходе интегратора получаем и К IjT (Кд ч- RB) (6) После окончания интегрирования сигнал блока 14 управления переводит переключатель 12 в положение II. При этом ко входу интегратора прикладывается напряжение 11 противоположной полярности к напряжению U. Этонапряжение интегрируется в течении интервала времени t до тех пор, пока интегратор не возвратиться в исходное состояние, т.е, не будет выполняться равенство и и; к Kl2Rot4 о(7) При этом t оказывается равным величине з выражений С) и (8) получаем R -R 2 Ч {О, в О Т ,е. результат измерения не зависи± т параметров линии связи, элемеНтов управления и внутренних сопроти лений источника 8 опорного напряжения. Блок 14 управления открывает селектор 15 для прохождения импульсов генератора 16 в первом, втором и четвертом тактах соответственно на время Т, t J и ц. В первом такте сигнал подается на суммирующий вход счетчика 17, во втором такте на вычитающий вход реверсивного счетчика 20, в четвертом такте на его суммирующий вход через логическую схему 19. При этом в реверсивном счетчике зафиксируется код числа N No (fo ta - fot), (10) где Np 2 - информационная емкост счетчика 20, п - количество его двоичных разрядов, fp - частота следования им пульсов. , В управляющем счетчике 17 зафиксируется код числа N - .(11) После окончания четырех тактов интегрирования ключ 7. переводится в положение Ц, а переключатель 12 в положение IV, и в устройстве осушествляется цифровая обработка результата. Селектор 15 открывается сигналом блока управления для прохождения импульсов с генератора 16 вход счетчика 21 результата до момента перехода через нуль реверсизного счетчика 20. Счетчики 17 и 21 совместно с группой схем совпадения логической схемой 20. образуют двоичный умножитель частоты. Логическа схема 19 представляет собой исключа1Ш1ее ИЛИ, В первом такте цифровой .обработки селектор закрыт по входу логической схемы 19 и она выполняет функцию обычной собирательной схемы. Поэтому если на вход счетчика 21 поступают импульсы с частотой fg то частота следования импульсов на суммирующем входе реверсивного счет чика 20 равна Селектор 15 открыт в первом такте обработки результата измерения на протяжении времени t. определяемого из равенства т---Н-м При этом момент t фиксируется сигналом с выхода реверсивного счет ка 20 в момент перехода последнего в нулевое состояние. При этом на вход счетчика 21 результата в первом такте обработки результата поступит число импульсов .4 . (М) N--«O -NO N. Подставив в (9) значения Т, t2 ii, I с учетом равенства (I) имеем в NO Для компенсации начального сопротивления термометра R при перед началом измерения в счетчик 21 заносится дополнительный код числа, Ц, пропорц 1ональный значению этого сопротивления. Поэтому в счетчике 21 зафиксируется код числа V HПри линейной зависимости сопротивления термометра от температуры (на-, пример, медные термометры сопротивления) код числа счетчика 21 прямо пропорционален измеряемой температуре . В случае если функция преобразования термометра описывается полино,мом второй степени, является нелинейной, (например, платиновые термометры сопротивления) , дополнительный код числа счетчику 21 по сигналу с блока управления посредством схемы пег езаписи 22 записывается в реверсивный счетчик 20, а счетчики - 17 и 21 устанавливаются в состояние нуля, далее, как и в известном, осуществляется процесс линеаризации уравнения измерения. измерение температуры посредством термоэлектрического термометра осуществляется следую1дим образом. После четырех тактов интегрирования сигналы с блока управления переводят ключ в положение ТI, переключатель 12 в положение IV, а переключатель 10 полярности в положение соответствующее такой полярности, при которой ко входу интегратора 13 прикладывается напряжение ЕО + Ее, где Ер - выходное напряжение источника 8 опорного напряжения, Е - выходная термо-ЭДС термоэлектрического термометра 9. В результате интегрирования напряжения и интегратором 13 за время Т, длительность с которого выбирается равной периоду помехи, на выходе интегратора получается напряжение ПВ,.Н 1/ г Звх/.. . (. 7 BbU.( о вУ s П i +Ч +RS где Rj; входное сопротивление интегратора, R - сопротивление термоэлектрического термометра. После окончания времени Т блок 14 управления переводит переключатель 12 в положение I, подключая ко входу

интегратора выходное напряжение Dot, источника 11 опорного напряжения, противоположной полярйости напряжечию и , Напряжегние U интегрируется до момента времени воэвраиения интегратора 13 в исходное состояние, т.е.

1 .--Kju ndt--KU -L«. 06)

выки вых.а

гдеТ; длительносягь второго такта интегрирования. Приравнивая (17) и (18) получаем

±2(.19)

и оп т

В момент возвращения интегратора в исходное состояние сигналы блока управления переводят переключатель 12 в положение, соответствующее вхоному напряжению интегратора и... .

. F - F tjj - tg).

Это напряжение интегрируется интегратором, как и в первом такте, за время Т, длительность которого выбирается равной периоду помехи. В момент окончания длительности интервала Т напряжение на выходе интегратора равно величине ы. (о-Ве)т (20 и блок управления переводит переключатель 12 в положение I, подключая ко входу интегратора напряжений Uon источника 11 опорного напряжения , противоположной полярности к напряжению Up., . Напряжение Uof, интегрируется до момента возвращения интегратора в исходное состояние, т.е. до выполнения равенства -- IUon it--KUon4. 21) ВЫХ.Э. ВЬ1Х-4 где t. - длительность четвертого такта интегрирования. Приравнивая (20) и (21) получим Е .. jfc4.. ° ® 64° Разделив (19) на (22), имеем: Т.е. точность измерения определяется точностью источника 8 опорного напряжения и не зависит от неинформ тивных параметров линии связи, вход ного сопротивления интегратора, вну ренних Сопротивлений термоэлектрического термометра и источника опо ного напряжения.

Блок 14 управления открывает селектор 15 для прохождения импульсов генератора 16 во втором такте интегрирования на вход счетчика 17 и вычитающий вход реверсивного счетчика 20. При этом в счетчике 17 зафиксируется код числа Nj ffl а в реверсивном счетчике 20 - N NQ- N2,

На время t четвертого такта интегрирования блок управления открывает селектор для прохождения импульсов на счетчик 17 и через логическую схему 19 на суммирующий вход реверсивного счетчика 20. При этом в счетчике 17 зафиксируется код числа N N 2+ N4 + U)/ () а в реверсивном счетчике код числа N NO - («2 - N4) NO - о(ч - U) . (25) После окончания четырех тактов интегрирования в устройстве осуществляется цифровая обработка результатов. При этом сигнал блока управления открывает селектор для прохождения импульсов на вход счетчика 21 результата. На выходе логической схемы 19 имеем последовательность импульсов с частотой следования

Na+Mi

f--f. с приходом на суммирующий вход счетчика 20 числа импульсов N - Ы с частотой f он переходит в нулевое состояние, вследствие чего закрывает селектор 15 для прохождения импульсов на вход счетчика 21. Таким образом, счетчик 21 находится в открытом состоянии в течение интервала времени За это время на вход счетчика 21 поступит число импульсов H io-f-No (23) и с учетом (25) На основании имеем NO N2. т.е. результат измерения не зависит от параметров линии связи, входно го сопротивления интегратора, внут ренних сопротивлений термоэлектрического термометра и источника опорного напряжения, а определяется только точностью выходного напряжения ЕО источника 8 опорного напряжения. Если функция преобразования термоэлектрического термометра нелинейна и описывается полиномом второй степени, то устройство осуществляет: лианеризадию результата измерения.

На этом процесс измерения заканчивается. Схема возвращается в исходное состояние до прихода следующего импульса запуска.

Наличие новых связей в устройстве позволяет повысить точность измерен температуры, а введение переключателя полярности позволяет расширить функциональные возможности устройства, предусматривая его работу как с термометргши сопротивления, так и с термоэлектрическими термометрами без изменения структуры прибора.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, источник опорного напряжения, первый вывод -которого соединен с переключателем, а второй вывод через линию связи и управляющий элемент соединен с первым выводом термометра сопротивления, второй вывод которого через линию связи соединен с первым выводом эталонного резистора, интегратор, вход ко,торого соединен с выходом переключателя , а выход через селектор, подключенный к генератору импульсов, соединен с блоком вычисления, второй источник опорного напряжения соединенный с переключателем, nepBF. и второй ключи, блок управления соединенный с первым ключом, переключателем, блоком вычисления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, паргшлельно термометру сопротивления включен второй ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управляющего элемента, первый вывод эталонного резистора соединен с общей шиной, его второй вывод подключен ко входу первого клюoча, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первым выводом источника опорного напряжения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а5 ющееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен термоэлектрический термометр, соединенный с переключателем полярности, выходы которого

0 соединены соответственно со вторым выводом источника опорного напряжения и входом переключателя, а управляющий вход соединен с блоком управ.ления.

.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 615367, кл. G 01 К 7/16, 29.04.76,

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2484707/18-10,

кл. G 01 К 7/16, 16.05.77.