Преобразователь температуры в цифровой код Советский патент 1981 года по МПК G01K7/00 G01K7/16 

1

Изобретение относится к измерениям температуры электрическими методами, а именно к устройствам для цифрового измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики первичного измерительного преобразоватепя.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее мост с термометром сопротивления, резисторы, источник питания и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный резистор с параллельной цепочкой, состоящей из термопары и последовательно соединенного с ней резистора р J.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения температуры, обусловленная недостаточной линейностью выходного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее мостовую схему, в одно плечо которой введены терморёзистор и резисторы в остальных плечах, источник стабилизированного питания, включенный в диагональ питания моста последовательно с переменным резистором, усилитель постоянного тока и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный датчик измеряемой температуры f2.

Однако устройство не обеспечивает высокой точности преобразования температуры в линейное напряжение из-за значительной нелинейности характеристики преобразования устройства, что ограничивает область его применения.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее мостовую схему с термометром сопротивления в одном из плеч и резисторами в остальных плечах, последовательно соединенные стабилизированный источник питания и переменный резистор, включенные в диагональ питания моста термоэлектрический преобразователь и усилитель постоянного тока, введены образцовый резистор, два ограничитель ных резистора,- два дополнительных стабилизированных источника питания и термометр сопротивления, аналогоцифровой преобразователь и включенный последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста и термоэлектрическим преобразователем дел.итель напряжения, выход которого сое- динён с последовательно включенным термометром сопротивления, образцовым резистором и входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, причем параллельно термометру сопротивления и образцовому резистору включены цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные дополнительный стабилизированный источник питания и ограничительный резистор. На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - температурные зависимости па)эаметров, иллюстрирующие принцип работы устройства. Преобразователь температуры в циф ровой код содержит термочувствительный мост, плечи которого образованы термометром 1 сопротивления и резисторами 2-4. В диагональ питания мост включены последовательно соединенные стабилизированный источник 5 питания и переменный резистор 6, выполняющий роль регулятора температурной чувствительности моста. Последовательно с выходной диагональю моста включен термоэлектрический преобразо ватель 7 и резистивный делитель напряжения, состоящий из резисторов 6 и 8. Выходное плечо делителя 9 соединено с последовательно включенными термометром 10 сопротивления, образцовым резистором 11 и входом усилителя 12 постоянного тока. Параллельно термометру 10 сопротивления и образцовому резистору 11 включены цепочки из последовательно соединенных стабилизированных источников 13 и k питания и ограничительных резисторов 15, 16. Источники включены таким образом, что падения напряжения на сопротивлениях 10 и 11 направлены встречно. Термометры 1 и 10 сопро44тивления и рабочий спай термоэлектрического преобразователя 7 помещены в среду с измеряемой температурой, К выходу усилителя 12 подключен аналого-цифровой .преобразователь 13. Преобразователь температуры в код работает следующим образом. При нулевой температуре сопротивления 10 и 11 равны, падения напряжения на этих сопротивлениях также равны, а суммарное напряжение Ug(t) О (фиг. 2 а). При повышении температуры напряжение и (t) нелинейно растет, в то время как напряжение Llg,{t) остается постоянным. Благодаря этому суммарное напряжение U(t) описывается функцией с отрицательной второй производной по температуре. Для линеаризации такой функции из напряжения Ua(t) необходимо вычесть корректирующее напряжение, равное по абсолютной величине разности между напряжением Oj{t} и линейно зависящим от температуры напряжением Uд(t) (фиг. 2 а). Для формирования корректирующего напряжения используется напряжение на выходной диагонали термочувствительного моста с отрицательной второй производной по температуре, из которого вычитается термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя E(t), описывающаяся функцией с положительной второй производной по температуре. Полученное в результате разностное напряжение Up(t) заведомо больше uU(t) при любом значении температуры (фиг. 2 б); Чтобы привести напряжение Up(t) к уровню &U(t), оно подается на высокоомный резистивный делитель. Коэффициент деления делителя таков, что корректирующее напряжение иц(1) на его выходе равно по абсолютной величине напряжению ли(t), по крайней мере, при одном значении температуры t2. Корректирующее напряжение, снимаемое с выходного плеча делителя 9 напряжения, вычитается из напряжения (t). Остаточная погрешность линейности, таким образом, равна нулю при трёх, как минимум, значениях температуры - в начале, конце и произвольно выбранной средней точке рабочего диапазона. Очевидно, что на участках между точками полной компенсации значения остаточной погрешности линейности будут резко снижены (фиг. 2 в). 5 Линейное напряжение подается на вход усилителя постоянного тока, а с его выхода - на аналого-цифровой преобразователь. Собственная погрешность, вносимая этими блоками в суммарную погрешность преобразования, меньше остаточной погрешности линейности, и его практически можно пренебречь. При наличии блока индикации на выходе аналого-цифрового преобразователя можно легко реализовать индикацию результата измерения температуры непосредственно в градусах Цельсия, Устройство может быть использован как для преобразования температуры в цифровой код может быть информационно-измерительных систем, так и самостоятельно для измерения температуры с цифровой индикацией результата .измерения. Преобразователь температуры в цифровой код может быть использован в качестве блока информационно-измерительных систем для многоточечного централизованного контроля технологических параметров в промышленности, например для измерения Температуры теплоносителя турбогенератора в электроэнергетике, а также для измерения и контроля температуры в производственных условиях, например в металлообрабатывающей промышленности в процессе термообработки изделий, в полупроводниковой промышленности в технологических процессах выращивания кристаллов и Благодаря высокой точности преобразования, а следовательно, высокой точности температурного контроля, предлагаемое устройство при использо вании его в различных отраслях промышленности позволит в ряде случаев увеличить процент выхода годных изде лий, повысить качественные характеристики изделий, что обеспечит зна3читальный технико-экономимеский эффект. Формула изобретения Преобразователь температуры в цифровой код, содержащий мостовую схему с термометром сопротивления в одном из плеч и -резисторами в остальных плечах, последовалельно соединенные стабилизированный источник питания и переменный резистор, включенные в диагональ питания .моста, термоэлектрический преобразователь и усилитель постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в устройство введены образцовый резистор, для ограничительных резистора, два дополнительных стабилизированных источника питания и термометр сопротивления, аналогоцифровой преобразователь и включенный последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста и термоэлектрическим преобразователем делитель напряжения, выход которого соединен с последовательно включенным термометром сопротивления, образцовым резистором и входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, причем параллельно термометру сопротивления и образцовому резистору включены цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные дополнительный стабилизированный источник питания и ограничительный резистор. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 К 7/02. 2.Авторское свидетельство СССР № 463007, кл. G 01 К 7/00, 1972.

ч±ь

Utdl i t&Hxlt)

дмод

fZ

П

Т.