Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K7/02 

(54) УСТЮЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретение относится к термометрии.

Известно устройство для измерения темпера туры, содержащее первичный измерительный преобразователь, нодключенньп к усилителю, резистор, переключатель, интегратор и цифровой отсчетный блок 1.

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью измерения из-за погрешности, обусловленной влиянием токов утечки переключателей.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные первичный измерительный преобразователь, усилитель, резистор, переключатель, интегратор, сравнивающий блок, селектор, счетчик результата, цифровой отсчетный блок, при этом второй вход сравшшаю щего блока соединен с общей шиной, а ко второму входу селектора подключен выход . генератора тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом блока автоматической подстройки частоты, выходы блока управле1шя электрически связаны со входами. управпеяия

селектора, блока автоматической подстройки частоты, цифрового отсчетного блока, переключателя и переключателей блоков кусочнолинейной аппроксимации, каяодый из которых содержит резисторы и источник опорного напряжения, выход которого через резисторы соединен с подвижными контактами переключателей участков аппроксимации, первые неподвижные контакты которых соединены между собой .12.

10

Недостатком устройства является значительная погрешность, обусловленная токами утепси переключателей и ограниченным числом участков аппроксимации.

Цель изобретения - повышение точности

ts измерения-.

Для достижения цели в устройство дополнительно введены блоки кусочно-линейной аппроксимации и переключатели, подвижные 20 контакты которых связаны с первыми неподвижными контактами переключателей участков аппроксимации соответствующих блоков, первые контакт дополнительно введенных переключ телей соединены между собой и подключеяы ко входу шнегратора, а вторые неподлткаые контакты переключателя дополнительно введенных переключателей и переключателей участков аппроксимации в каждом из блоков линеаризации связащ с общей шиной при этом сигнальный вход блока управления подключен к выходу генератора тактовых им пульсов. Устройство содержит первичный измерительный преобразователь, например, термопару; 1, усилитель 2, резистор 3, переключатель 4, 1щфровой отсчетный блок 5, интегратор 6, сравнивающий блок 7, селектор 8, счетчик 9 результата, блок 10 автоматической подстройки частоты, генератор 11 тактовых импульсов, блок 12 управления, блок 1.3 кусочно-линейно аппроксимации, источник 14 опорного напряжения, токозадающий резистор 15, переключатель 16 блока кусочно-линейной аппроксимации, дополнительный переключатель 17, блок 18 кусочно-линейной аппроксимации, источник 19 опорного напряже шя, токозадающтш резистор 20, переключатель 2 блока кусочнолшгейной аппроксимации и дополнительный переключатель 22.. Устройство работает следуюпщм образом. Выходной сигнал Ux датшка температуры (например, термопары) усиливается входным усилителем 2 до номинального уровня К Ux, где К - коэффициент усиления усилителя 2. На время 1 - п-Т, кратное периоду Т напря жения сети 50 Гц, блок 12 улравлеш1я перево дит переключатель 4 в верхнее положение, вследствие чего в интеграторе 6 начинает интегрироваться выходное напряжение К Ux усилителя 2. К моменту Tj на выходе интегратора 6 напряжение рапное -1- jKUxdt,(I) RlC о где С - емкость конденсатора интегратора 6. Во втором такте блок 12 управления.переводит переключатель 17 блока 13 кусочно-лине ной аппрокс шации в верхнее положение. Напряжение UQ источника 14 напряже1ШЯ по полярности противоположно к полярно ти напряжения KUx, поступаемого с выхода усилителя 2. Поэтому при последовательном включении переключателей 16 в верхнее положение 1{а время Т , . . . , Т, происходит разряд напряжения интегратора 6. При этом с целью линеаризации градуировочной характеристики термопары 1 производится переключение токозадающих резисторов 15 во входной цепи интегратора б. Разрядные токи текут через переключатели 16 и перекл 0чател 17 первого блока 13 кусочно-линейной аппрок симации. При включешга носледлего переключателя 16 блока 13 блок 12 управления пере 94 водит дополнительный переключатель 17 в нижнее положение, а дополнительный переключатель 22 последующего блока 18 кусочно-линейной аппроксимации в верхнее полОжегше Блок 12 управлешш на время включает первый переключатель 21 блока 18. Аналогично на время ) it включаются последующие переключатели 21 блока 18. Про-, цесс разряда напряжения (1) интегратора 6 длится до момента равенстйа нулю напряжения на выходе интегратора 6, которьш фиксируется сравнивающим блоком 7. Поскольку токозадающие резисторы 15 и 20. последовательно во времени на время 1 , Т. . . 1 к. подключаются ко входу интегратора 6, то в момент срабатывания сравниваемого блока 7 напряжение на выходе интегратора 6 равно Uoat п -J R ftn-O J R-iC J , xT-,. Uo, иоТиа RgC й-iC ЯаС Резистор RO подключается ко входу itnTerjia- тора6 на время TI,. резистор RI на время Т ) .резистор Ra на время Ту г и резистор Rn на время Тц. Велишны сопротивлений 15 и 20 (Ri-Rn)рассчитываются таким образом, чтобы временной интервал Т, Ту, + + Т,, + . . . + Ту j оказался прямо пропорциональным измеряемой температуре. Пусть для термопары Ij исходя из ее градуировощюй характеристики J имеется п участков аппроксимаш и, в каждом из которых максимальная погрешность линейной аппроксимации AUj rnax s- превышает допустимое значение. При этом выходное напряжение термопары 1 в конце i-ro участка характеристики представляется в виде UM. Uop4dU.,tAU,j+... + flU, (2) где UU,UC0) (0)p.i-U(9)p Д Ц-.:U(.6)prUC6),,)) %.УИ„ ((Q)p2,-,UCQ) рассчегные значе(шя напряжений на датшке в начгшьной точке и на концах участков аапроксимации, i В cooTBCTCTBifH с (2) в конце i-ro участка получаем число импульсов -(,9-К,ле,4К,...,П...(, где Ку -- - коэффициент пропорци ональности;Uj NJ-Nj-i - количоство импульсов в i-TOM участке аппроксимации. Учитывая, что Т, , где fo - част та .тактовых импульсов, можно найти временные итервалы 1, Гц- При. этом, с учетом (2), выражение (1) принимает вид . RUxTi kuUitj , RO : RO iKUxT-, Y Up Тип . UpTna . RO R-tRa Задавая значения К, RO, UQ и поминальное значение Tj, можно рассчитывать Rj, Rj . . . ;Rn, приравгшвая , . ) UpTna RO R-, RO% KAUnT . ОрТип RO- Rn/ Таким образом в предлагаемом устройстве f течение временного интервала TH с выход селектора 8 на вход счетчика 9 результата поступает пакет счетных импульсов, количество которых пропорционально измеряемой тем ратуре. В момент срабатывашш сравнивающег блока 7 результат измерения температуры иа дуцируется в щфровом отсчетпом блоке 5. Кроме того, неподвижные контактьг переключателей 16 или 21 объединены между собой и подаются через дополнительный переключатель 17 или 22 4ia вход интегратора 6. Вторые неподвижные контакты переключателей 17 и 22 связаны с общей шиной, а г первые неподвижные контакты соединены между собой и подключены ко входу интегратора 6. Вследстви(3 разбития коммутирующих переключа;гелей на блоки и коммутации выходных сигналов каждому из блоков посредством дополнительных переключателей 17, 22 и т.д., в действие токов, утечки на интегратор 6 вызывается лишь переключателями 17, 22 и т.д. каждому из блоков. Так если в блоке 13 или 18 имеем К переключателей 16, то при работе блока 13 (переключатель 17 в .верхнем положении) на интегратор 6 воздействуют токи утечки (К-1) переключателей 16 блока 13 и токи утечки переключателей 22 последующих (п-1) групп 18 и т.д. Если таких бло ков имеем п, то эквивалентное воздействие токов утечки равно воздействию (п + К-1) токов утепси переключателей, а не воздействие токов утечки п-К переключателей, как это было бы в известном устройстве. Таким образом, при одинаковом воздействии тбков утечки в предлагаемом устройСГВС-и в известном устройстве, в предлагае П1/ MOM устройстве можно использовать n-t к+1 1раз болше участков линеризации, а это значит, что можно знаштельно уменьшить погрешность 4 линеризации за счет увеличения числа участков аппроксимации. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные первичный измерительный преобразователь, усилитель, резистор, переключатель, интегратор, сравпива.ющнй,блок, селектор, счетчик результата, циф ровой отсчетньгй блок, при этом второй вход сравнивающего блока соединен с общей шиной, а ко второму входу селектора подключен выход генератора тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом блока автоматической подстройки частоты, выходы блока управлента электрически связаны со входами зправлення селектора, блока автоматичес- кой подстройки Частоты, цифрового отсчетного блока и переключателя и переключателей блоков кусочно-линейной апцроксимации, каждай из которых содержит резисторы и источ1ШК опорного напряжетш, выход которого через резисторы соединен с подвижными контактами переключателей угастков аппроксимамации, первые неподвижные контакты которых соединены между собой, отличающееся тем, что. С целью повышения точности .в него дополнительно введены блоки кусочно-линейной аппроксимации и переключатели, подвижные контакты . которых связаны с первыми неподвижныШ контактами переключателей участков аппроксимации соответствующих блоков, первые неподвижные контакты дополнительно введенных переключателей сое-, динены между собой и подключены ко входу интегратора, а вторые неподвижные контакты переключателя дополнительно введенных переключателей и переключателей участков аппроксимации в каждом из блоков связаны с общей щиной, при этом сигнальный вход блока унравления подключен к выходу генератора тактовых импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе; 1.Прянишников В. А-. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л., Энер-. гия,197С 49-56, рис. 1-1S и 1-22. 2.Полищук Е. С., Тищенко Л. Н., Зорий В.И.. Ковальчук Н. Г., Пуцыло В. И., Измеритель температуры на базе цифрового вольтампер- . метра типа ВК-20. - Контрольно-измерительная техника. Республиканский межведомственньш научно-технический сборник. Львов, Вища школа 1976, вып. 20, с. 72-76 (прототип).