Устройство для измерения температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано построе НИИ 1СИФРОВЫХ иамеритепей температуры, содержащих термометры сощ)О1-ивпения и термоэлектрические термометры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее лервичный 1реобразователь температуры, включенвый в измерительную схему, состоящую из блока (равнения, генератс а лвнейвой разЁертки, цифрового отсчетного устройства, щш этом между термопарой и блоком.сравнения, введен сумматор, а между сумматором и генератором линейной развертки введен квадратичный гфеобразователь 1}.

Оьвако это устройство хЕфактеризуе1 ся недостаточной точностью измерения из-за наличия в схеме квадратического 1феобразователя, который обычно реалиакрувтся с использованием активного ин чегратора, что 15)нводит к снижению точ ности в связи с входным дрейфом послецнего.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к лагаемому изобретению является устройство для темп атуры, содержащее первичный измерительный щ еобразователь температуры, подключенный выхсщом к одному из входов блока сраанения, выход соединен с одним вз вхсщов первого ключа, другой вход которого связан с выходом генерат ч)а ошфной хастоты, а выход подключен ко входу счетчика импульсов, соединенного своим выходом со входом блока ци рового отсчета, второй ключ, источник опорного напряжения, НС-щепочка, общая точка которой соедннена со вторым вхо дом блока сравнения и блок управление, соответствующий выход которого соединен с управляющим входом первого н ключей 2.

Недостатком этого устройства явля ется, то, что оно может работать с первичными измерительными 1феобраз хвателями температуры, фушошн щ еобразованвя которых монотонно-убывающие и неработоспособно с первичными щ &обрааователями, функции гфеобразования которых монотонно-возрастаюише.

Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, подключенный выходом к одному из входов блока сравнения, вход соединен с одним из входов первого ключа, другой вход которого связан с генератором опорной частоты, а выход подключен ко входу счетчика импульсов, соединенного своим выходом со входом блока цифрового отсчета, второй ключ, источник опорного нащэяжения, РС-цепочк общая точка которой соединена со вторым входом блока сравнения и блок упрй4пения, соответствующий выход которого соединен с управляющим входом первого и второго ключей, дополнительно введены второй источник опорного напряжения, тре тий ключ и двухполюсный переключатель с нейтральным положением, подвижные контакты которого соединены с выводами RC-цепочки и контактами второго ключа, а одни неподвижные контакты связаны с выходом первого источника опорного наI пряжения, другие неподвижные соединены с подвижным контактом третьего ключа, к двум неподвижным контактам которого подключены соответственно выход второго источника опорного напря- же ния и общая шина, а дополнительные выходы блока управления связаны с управляющими входами двухпопюсного переключателя и третьего ключа,

. На фиг, 1 приведена схема устройства на фиг. 2 - зависимости измерительного преобразователя температуры; а - с монотонно-убывающей функцией, 5 - с мо- нотонно-возврастающей функцией,

Схема содержит первичный измеритель ный щзеобразователь 1 температуры, блок 2 сравнения, первый ключ 3, генератор 4 опорной частоты, счетчик. 5 импульсов, блок 6 цифрового отсчета, блок 7 управлекяя, первый источник 8 опорнс го напряжения, двухполюсный переключ тель 9 с нейтральным положением, RCцепочка Ю, второй ключ 11, второй источник 12 опорного на1фяжения, третий ключ 13,

Устройство работает следующим образом.

Выходное налряжение первичного измерительного 1феобразователя 1 температуры подается на один из входов бло ка 2 сравнения устройства. Причем, если функция гфеобразования первичного преобразователя 1 температуры имеет вид, изображенный на фиг, 2 Q, то ее с достаточной точностью (Г,«у 0,О5%) можно

гпа1,д

аппроксимировать выражением вида

UT Ao-bA Cf-r ®) , (1)

где АО , А/, и оС - постоянные

коэффициенты.

Прк этом утфавляющие сигналы блока 7 управления открывают первьШ ключ 3, второй ключ 11 размыкают, двухполюсный переключатель замыкают в положение Г, а третий ключ 13 замыкают в положение, соответствующее подключению общей шины. Через открытый ключ 3 импульсы от генератсра опорной частоты 4 поступают на вход счетчика 5 импульсов. С момента начала цикла измерения происходит заряд емкости RC-цепочки Ю от первого источника 8 опорного напряже ния и на другой вход блока 2 сравнения поступает напряжение (фиг. 2% ), снимаемое с емкости 1 С-цепочки

(2)

Up и, (1- е-Т)

где и,( - выходное нагфяжение первого источника 8 опорного напряжения;

- постоянная времени RC-цепочки Ю;

t - интервал времени от начала цикла измерения.

В момент, когда напряжение Up , снимаемое с емкости RC-цепочки, сравняется с напряжением

.,

(начальное смещение АО компенсировано на выходе первичного преобразователя любым известным способом) с выхода первичного измерительного преобразователя 1 температуры, выходной сигнал блока 2 сравнения закрывает первый клю 3. и поступление импульсов от генератора 4 опорной частоты на вход счетчика 5 импульсов прекращается. В этот мо- мент двухполюсный переключатель 9 переводится в нейтральное положение, а второй ключ 11 замыкается и гфоисходит разряд ёмкости РС-цепочки,

Интервал времени t от начала из« мереная до момента решенства иапряжеНИИ и и Up будет пропорционален измеряемой температуре i :К0, где К - коэффициент пропорциональности а в счетчике5 импульсов зафиксируетс код числа где jp - частота импульсов генератора 4 опорной частоты. Результат измерения индицируется н блоке 6 ци4рового отсчета. Затем цикл измерения повторяется. Для подтверждении справедливости уравнения (4), приравниваем уравнения (2) и (3) и; Up )-и, (lie-Т) (6) А(1-е Выполняя равенство получим t ЛоС9 Кв где К ( , что и требовалось доказать. Если функции 1феобразования п вичного щ}еобразователя 1 температуры им ет вид, изображенный на фиг. 2 , то ее можно с достаточной точностью (f 4Э,Р5%) апщ)оксим1фовать вьфаженвем вида . Ц.х-А,А,,(8 где АО , AI и оС .- постоянные коэффициентььКак в в гфедыдущем случае это напр жение с выхода первичного измерительн го 1феобразователя t температуры пода ется на один из входов блока 2 сравнен В начале цикла измерения угфавляЕошие сигналы блока 7 угфавления закрывают первый ключ 3 второй ключ 11 размыкают, двухполюсный переключатель замы кают в положение П, а третий ключ 13 замыкают в положение, соответствующее подключению выхода второго источника 12 опорного на1фяжения. При этом 1ФОИСХОДИТ емкости RC-цвпочки 10 от первого 8 и второго 12 источников опорных напряжений, причем полярность первого источника 8 опо ного на1фяжения положительна, а второг истонНЕКа 12 - отрицательна. Напряжение, поступающее на второй вход блока 146 2 сравнения, снимается с резист а RCцепочки и имеет внп (фиг. 2 г ) Up.U,, , w - выходное напряжение первого источника 8 оперного напряжения;Uj - выходное налфяжение второго источника 12 нащ яжения;X-RC - постоянная емени НС-аепоч - ки; t - 1Штервал времени от начала измерения. В момент, когда на1фяжение Up , снимаемое с резистора НС-депочкн 1О, сравняется с выходным напряжением первичного из мнительного гфеобразователя температуры, выходной сягнап 2 сравнения от1фывает ключ 3 к импульсы с выхода генератора 4 onopeofi частоты поступают на вхоп счетчика 5 импульсов. В момент Up достигает ноля ( Up о), сигнал блоке 7 управления закрывает ключ 3 и оосту пление импульсов от renepaTqpa 4 опорной частоты на вход счетчика 5 импуль сов 1фекрашается. В этот момент двухполюсный перекл б- чатель 8 переводится в нейтральное положение, а второй ключ 11 замыкается и 1ФОИСХОДИТ разряд емкости RC-цвпочки 1О. Интервал времени At t,K,j-t (фиг. 2 г ) пропорционален измеряемой температуре 9 , т.е. как я в г5)едыдуД щем случае Д-1 - , - t « К в где К - коэф(}яциент тфопорциональности, а в счетчике импульсов 5 зафиксируется код числа . .. . (11) , где fo - частота импульсов ген атора 4 опорной частоты. Результат измерения индяшфуется на блоке в цифрового отсчета. Затем цикл измерения повторяется. Для подтверждения справедливости уравнения (Ю), приравняем в момент t напряжения 1) и Up , т.е. уравнения (8) и (9), но гфедварительно уравнение (9) запишем в виде N f,(tK,ax-fc)Kf,9 . (12) где ,x - момент времени, в который Up дс стигает ноля (Up о). 9 Таким образом. -AV.A..eb.U, выполняя равенство, Ц«А, и Uj получим t.-ax-tV ® . .. где К Т (Л . что и требовалось доказать. )ованный момент времени tw,ax О1феделим хфиравнивая уравнение (9) до нЬпя, т.е. Up О. получи ,ц,,0, -У««t ax - VTd&HM образом, введение дополнитель його ис1ч чника опорного напряжения, клю ча и двухполюсного переключателя, аначетельно расширяет функциональные возможности устройства в обеспечивает его работу с первичными измерительными {феобразователями температуры с любой ШШней 1феобразования монотонно-возрастающей или монотонно-убывающей, т. создано универсальное измерительное устройство, которое мсокет работать со всеми типами стандартных термометров со1фотивпевия и термоэлектрических тер мометров всех градуировок. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительны 1фео6разователь температуры, подключенный выхоаом к одному из входов блока сравнения, выход которого соединен с одним из входов первого ключа, другой вход которого связан с генератором опор 48 ной частоты, а выход подключен ко виоду счетчика импульсов, соединенного своим выходом со входом блока цифрового отсчета, второй ключ, источник опорного натфяжения, RC-цепочка, обшая точка которой соединена со вторым входом блока сравнения и блок у1фавления, соответствующий выход которого соединен с у1фавляюишм входом первого и второго ключей, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возм кностей устройства, в него дополш1тельно введены второй источник опорного напряжения, третий клвдч и двухполюсный переключатель с нейтральным положением, подвижные контакты которого соединены с выводами 1 -цепочки и контактами второго ключа, а одни неподвиж ные контакты связаны с выходом первого источника опорного напряжений, другие неподвижные контакты соединены с подвижным контактом третьего ключа, к двум неподвнЕЖНым контактам которого подключены сортветственно выход втоpoi o источника опорного напряжения и общая шина, причем дополнительные выходы блока управления связаны с управляющими входами двухполюсного переключате. ля и третьего ключа. Источники информации, 1финятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР М 488092, кл. G 01 К 7/02, 1973. 2.Зорий В. И., Полищук Е. С., Чайковский О. М. Метод 15)оектироВ.яия цифровых измерителей температуры. - Приборостроение Известия вузов СССР. 1976, т. XIX, N97, с. 112-116 (прототип).

Фиг.1

,(t-if) --V/ / - f tt4ffKC Фиг г t