Устройство для измерения криогенныхТЕМпЕРАТуР Советский патент 1981 года по МПК G01K7/16 

1

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для измерения криогенных температур .

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий датчик, усилитель последовательно соединенные интегратор, нуль-орган, ключевйе устройства, счетчик импульсов, вентиль, генератор счетных импульсов, блок эталонного напряжения, делитель напряжения и блок управления

Недостатком измерителя является низкая точность измерения, отсутствие линеаризиругацего устройства.

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий термометр сопротивления, подключенный к первому входу опергщионного усилителя, интегратор, нуль-орган, блок управления, счетчик импульсов, генератор счетных импульсов, два источника тока, соединенные с двумя двухпозиционными переключателями .

Недостатком этого цифрового измерителя температуры является наличие аддитивной составляющей погрешности преобразования, низкая надежность.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для из

мерения криогенной температуры, содержащее генератор тока, термометр сопротивления, соединенный со входом масштабируемого усилителя, выход которого через преобразователь напряжений во временной интервал соединен с блоком управления и блоком линеаризации, выход которого соединен с блоком цифровой индикации, включаю10щим последовательно соединенные генератор импульсов, схему совпадения и счетчик импульсов, дешифратор и индикатор з}.

Недостатком устройства является

ts наличие значительной гщдитивной составляющей погрешности измерения, обусловленной термоЭДС в контактах и соединенных проводниках, смещением нуля как генератора тока, масшта20бируемого усилитэля, так и преобразователя напряжения во временной интервал .

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры,

25 а также повышения надежности путем обеспечения сигнализации критических ситуаций и расширение функциональных вoзмoжнocteй.

Поставленная цель достигается

30 тем, что в устройство введены два

источника опорного напряжения, три ключа, два компаратора, два регистра и преобразователь напряжение-ток, вход которого через первый ключ соединен с выходом первого источника опорного напряжения и первым входом первого компаратора, через второй - ключ соединен с общей точкой термометра, а выход подключен к токовому выводу термометра сопротивления и второму входу первого компаратора, выход которого соединен с блоком управления, выход генератора тока через третий ключ соединен со входом масштабируемого усилителя и одним из входов второго компаратора, другой вход которого подключен ко второму источнику опорного напряжения, а выход соединен с блоком управления причем выход счетчика импульсов через первый регистр соединен с установочными входами счетчика импульсов через второй регистр - с детлифратором и непосредственно-с блоком управления .

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для измерений криогенных температур содержит термометр сопротивления 1, включенш:1й по четырехпроводной схеме, преобразователь напряжения в ток 2, масштабирукадий усилитель 3, первый ключ 4, второй ключ 5, третий ключ 6, первый 7 и второй 8 источники опорного напряжения, первый компаратор 9, второй компаратор 10, блок управления 11, генератор тока 12, преобразователь напряжения во временной интервсш 1зЗ, блок линеаризации f4, блок цифровой индикации 15, схему совпадений 16, генератор импульсов 17, счетчик импульсов 18, первый регистр 19, второй регистр 20, дешифратор 21, индикатор - цифровое табло 22, преобразователь код-ток 23.

Устройство работает следукяцим образом.

Процесс измерения температуры происходит в три такта. В первом такте осуществляется автоматический выбор предела измерения сопротивления датчика. Во втором такте автоматическая коррекция, а в третьем такте производится измерение. При выборе предела измерения блок управления 11 закрывает первый ключ 4 и открывает второй ключ 5. При этом через ключ 5 на вход преобразователя напряжения в ток подается напряжение с первого источника опорного напряжения 7. Первоначально по команде с блока управления с выхода преобразователя напряжение-ток 2 на термометр сопротивления 1 подается наименьший ток. Сигнал с термометра сопротивления в виде падения напряжения R, где R - величина сопротивления термометра, поступает на масштабирующий усилитель 3, усиливается и далее поступает на вход преобразователя напряжения во временной интервал 13, в котором преобразуется в интервал времени ;Т. Сигнал с выхода преобразователя 13 поступает в блок управления 11, в котором он оценивается по длительное ти. Если величина .Т мала, т.е. малаэеличина R, блок управления дает команду преобразователю напряжение-ток 2 на увеличение тока. Увеличение тока будет происходить до тех пор, пока величина Т (следовательно или) не окажется внутри установленного диапазона измерения.

Если термометр сопротивления по какой-либо причине закорочен или его сопротивление не превышает 50% от минимального значения, при включении максимального по величине тока блок управления 11 вырабатывает сигнал короткого залыкания, который индуцируется на цифровом табло.

В случае обрыва в линии связи термометра сопротивления 1 и преобразователя напряжение-ток 2 или при превышении током максимгшьно допустимого значения, на выходе преобразователя напряжение-ток 2 резко возрастает потенциал, в результате чего срабатывает компаратор 9.

Для выявления нар5гшения линии связи термометра сопротивления 1 с масштабируквдим усилителем 3, блок управления 11 периодически вырабатывает сигналы, подключающие к этой линии связи через ключ 6 генератор тока 12. При нарушении линии связи срабатывает компаратор 10 . Срабатывание компараторов 10 и 9 оцениваются устройством как сигнал о наличии состояния холостого хода. Информация об этом Отображается визуально на цифровом табло 22. В случае холостого хода блок управления 11 отключает выход преобразователя напряжение-ток 2 от термометра сопротивления 1 и подключает его к общей точке.

Во втором такте устройство работает в режиме автоматической коррекции на выбранном пределе измерения. В этом режиме устройство линеаризации 14 отключено, ключ 4 открывается, а ключ 5 закрывается. При этом вход преобразователя напряжение-ток подключается к низкопотенциальному токовому проводу, соединенному с общей точкой изолированного источника питания длр Преобразователя напряжениеток 2. В этом случае на термометр сопротивления подается ток 3| , обусловленный остаточными параметрами

СХеКЕ:.

На вход преобразователя напряжения во временной интервал 13 поступает усиленное масштабирукидим усилителем 3 напряжение

5 UK (ЗкВ+ит+ид)- К,

где UT - термо-ЭДС контактов и соединительных проводов} ид - напряжение дрейфа нуля масядтабирующего усилителя.

Интервал времени Т , сформированный преобразователем напряжения во «ременной интервал 13, будет равен-

Т, (U,i+Un)K ,

где Uf, - напряжение, обуславливающее наличие аддитивной погрешности преобразователя напряжения в интервал времени.

В течение Т на вход счетчика импульсов 18 поступают импульсы с выхода генератора импульсов 17. Число импульсов N, пропорционашьное интервалу времени Т , по команде блока управления переносится во второй регистр 20. На этом заканчивается второй такт измерения.

В третьем такте на термометр сопротивления подается ток Зд . В этом такте на вход преобразователя напряжения во временной интервал 13 поступает напряжение

Ux R+U,

где Лд - величина тока без погрешности .

В момент начала формирования интервала Т)( в счетчик импульсов 18 переписывается содержимое регистра 20. Импульсы на вход счетчика импульсов 18 поступают через схему совпадения 16, управляемую устройством линеаризации 14, счет импульсов начинается с числа Н с учетом знака.

Число импульсов NX, полученное в третьем такте измерения, пропорционально измеряемой температуре

() ,

где N - число, пропорциональное

входному напряжению без погрешности;Кд - коэффициент линеаризации.

Р.езультат измерения заносится в регистр 19, затем дешифруется и высвечивается на цифровом табло Z2, Кроме того, выходной код с регистра 19 преобразуется в унифицированный токовый сигнал преобразователем код-ток 23. Далее работа устройства повторяется.

Достоинством устройства является высокая точность измерения, повьяйенная надежность. Наличие такта коррекции обеспечивает запоминание в регистре 20 цифрового значения аддитивных составляющих погрешности преобразователя напряжения в ток 2, преобразователя напряжения во временной интервал 13 и термоЭДС соединительных

проводов в линии связи, в такте измерения значение суммарной погрешности вычитается из результата измерения, в результате чего погрешность уменьшается более, чем на порядок, и знаг чительно снижаются требования к отдельным узлам устройства.

Формула изобретения

10

Устройство для измерения криогенных температур, содержащее генератор рока, термометр сопротивления, соединенный со входом масштабируемого усилителя, выход которого через преобра15 зователь напряжения во временной интервал соединен с блоком управления и блоком линеаризации, выход которого соединен с блоком цифровой индикации, включающим в себя последовательно соединенные генератор импульсов, схему совпадения и счетчик импульсов, депшфратор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения

25 в него введены два источника опорного напряжения, три ключа, два компаратора, два регистра и преобразователь ток-напряжение, вход которого через первый ключ соединен с выходом

-jj первого источника опорного напряжения и первым входом первого компаратора, через второй ключ - с общей точкой термометра, а выход подключен к токовому выводу термометра сопротивления и второму входу первого ком35паратора., выход которого соединен с блоком управления, выход генератора тока через третий ключ соединен со входом масштабируемого усилителя и одним из входов второго компаратора,

40 другой вход которого подключен ко второму источнику опорного напряжения, а выход доединен с блоком управления, причем выход счетчика импульсов через первый регистр соединен с

5 установочными входами счетчика им,пульсов, через второй регистр - с дешифратором и непосредственно - с блоком управления.

у Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 627349, кл. G 01 К 7/02, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР 55 590616, кл. G 01 К 7/16, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР №466401, кл. G 01 К ,7/18, 1973 (прототип).