Цифровой измеритель температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/02 

С 54; ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области измерения температуры, а именно к устройствам для измерения температуры с цифровой индикацией результата из ерения.

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический термометр, подключенный к входу автоматического компенсатора постоянного тока, дополнительный термоэлектрический термометр, зашунтированный последовательно включенными сопротивлением и реохордом, движок которого механически связан с движком реохорда компенсатора, и цифровой вольтметр LI

Точность измерения температуры при помощи этого устройства опреде-. ляется, в основном/ классом точности автоматического компенсатора, поскольку класс точности цифрового вольтметра значительно выше. Это является следствием того, что цифровой вольтметр подключен к выходной цепи автоматического компенсатора. Таким О-бразом, низкая точность измерения температуры, обусловленная классом точности автоматического компенсатора, является основным недостатком устройства.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее измерительный мост, в одно плечо которого включен термометр сопротивления-, усилитель разбаланса, реверсивный двигатель, причем три плеча моста образованы тремя постоянными резисторами и включенными между ними двумя реохордами, движки которых меха10нически связаны между собой и двигателем t 2.

В данном устройстве погрешность выходного .линеаризованного сигнала определяется классом точности изме15рительного моста, поскольку реохорды в данном случае служат для компенсации разбаланса схемы, возникающего при изменении сопротивления термометра сопротивления. Значитель20ная остаточная погрешность линейности является существенным недостатком устройства, ограничивающим область его применения.

Известен также цифровой измеритель температуры, содержащий термо-электрический термометр, подключенный к входу автоматического комлек-сатора постоянного тока, цифровой вольтметр, источник стабилизирован30ного напряжения и два реохорда, свя

занные с основным реохордом компенсатора 3.

В указанном устройстве линеаризация осуществлена также в цепи автоматического компенсатора постоянного тока, в которую включен цифровой вольтметр. Таким образом, погрешность измерения температуры определяется в первую очередь собственной погрешностью автоматического компенсатора, что резко снижает точ ность измерения. При таком включении цифрового вольтметра результи|рующая погрешность измерения определяется не его высоким классом точности, а сравнительно низким классом точности автоматического компенсатора. Низкая точность измерения температуры, возникающая вследствие этого, является существенным недостатком устройства. Особенно сильно этот недостаток проявляется при измерении температуры в широком диапазоне.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату изобретению является цифровой измеритель температуры,, содержащий термоэлектрический преобразователь, автоматический компенсатор постоянного тока, источник постоянного стабилизированного напряжения и формирователи корректирующего напряжения каждый из которых состоит из двух пар реохордов, движки которых NExaнически связаны с движком реохорды автоматического компенсатора постоянного тока и электрически попарно соединены между собой, причем движки выходных реохордов электрически соединены с крайними выводами первого из пары выходных- реохордов и с последовательно соединенными источником постоянного стабилизиро ванного напряжения, добавочным резистором, двумя токозадающими реохордами и вторым выходным реохордом, сумматор, аналого-цифровой преобразователь, предварительный усилитель постоянного тока, блок управления И формирователей корректирующего -напряжения и h -1 устройств сравнения, причем выходы у формирователей корректирующего напряжения соединены с входами п-1 устройств сравнения и с одним из входов блока управления, другие входы которого подключены к выходамм-1 устройств сравнения, а выходы блока управления соединены с одним иа входов сумматора, к другому входу которого подсоединен термоэлектрический преобразователь, при этом выход сумматора через предварительный усилитель постоянного тока соединен с входом автоматического компенсатора постоянного тока и входом аналогоцифрО13ОГО/преобразователя 4 ,

Однако известное устройство достаточно сложно в части конструктивного выполнения и в связи с-большим количеством реохордов характеризуется низкой надежностью.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем термоэлектрический преобразователь, источник постоянного стабилизированного напряжения, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с входом автоматического компенсатора постоянного тока и входом аналого-цифрового преобразователя, постоянный резистор и реохорд, термоэлектрический преобразователь подключен к йходу усилителя постоянного тока через корректирующую цепочку, состоящую из двух параллельно соединенных ветвей, одна из которых содержит последовательно включенные источник постоянного стабилизированного напряжения и постоянный резистор, а вторая ветвь содержит реохорд, выполненный функциональным и включенный в цепь движком и двумя крайними выводами, соединенными между собой, причем движок реохорда автоматического компенсатора постоянного тока механически связан с движком функциониального реохорда.

На фиг.1 изображена принципиальная электрическая схема цифрового измерителя температуры; на фиг.2 - графики зависимостей напряжений и термоЭДС, а также остаточной погрешности линейности от температуры на фиг.З график зависимости сопротивления функционального реохорда от степени отклонения движка.

Цифровой термометр содержит термоэлектрический преобразователь 1 (фиг.1), последовательно с которым соединены усилитель постоянного то- ка 2 и корректирующая цепочка, состоящая из функционального реохорда 3 источника стабилизированного напряжения 4 и постоянного резистора 5. Крайние выводы функционального реохорда соединены между собой, с термоэлектрическим преобразователем 1 и с источником стабилизированного на,пряжения 4. Движок функционального реохорда соединен с входом усилителя постоянного тока 2 и черезпостоянный резистор 5 - с источником стабилизированного напряжения 4. К выходу усилителя 2 подключены параллелно соединенные аналого-цифровой преобразователь б с устройством индикации и автоматический компенсатор постоянного тока 7. Движок функционального реохорда 3 механически связан с движком реохорда автоматического компен с атор а.

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

При повышении температуры от нуля до конечнох-о значения диапазона измерения TeNmepaTypH t (фиг.2а) термоЭДС термоэлектрического преобразователя 1 Е {t) нелинейно возрастает. Зависимость термо-ЭДС от температуры может быть описана функцией температуры с положительш ми первой и второй производными (кривая графика вогнута). Поэтому для линеаризации этой характеристики к термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя прибавляется корректирующее напряжение, по абсолютной величине равное погрешности линейности AU(t), которая ПЕ едставляет собой разность между линейно зависящим от температуры напряжением ид(1) и термо-Э С EltJ;.

Корректирующее напряжение U(t} формируется корректирующей цепочкой, состоящей из функционального реохорда 3, источника стабилизированного напряжения 4 и постоянного резистора 5. Как видно из фиг.З, функциональный реохорд включен таким образом,- . что сопротивления между движком и кpaйни ш выводами включены параллельно. Поэтому выходное ( корректирующее) напряжение цепочки может быть описано зависимостью

E4R(t)

и (t) RS +

где Е. - ЭДС источника стабилизиро-

ванного напряжения R - сопротивление постоянного резистора (совместно с внутренним сопротивлением исг i точника стабилизированного напряжения);

R - эквивалентное сопротивление цепочки из двух параллельно соединенных частей функционального реохорда. Если обозначить сопротивления между движком функционального реохорда и его крайними выводами через Р1 и Р2, то

а,- Pg

R

R -Ь R

Зависимость сопротивления Р1 от отклонения движка функционального реохорда нелинейна фиг.З). Зависимость R (t) подобрана так, что корректирующее напряжение U(t) на выходе цепочки при м значениях температуры точно равно по абсолютной величине значениям погрешности линейности uU(t) при тех же значениях температуры 5Фиг.2 б).

Благодаря этому остаточная погрешность линейности цифрового термометра равна нулю при и значениях температуры в пределах рабочего диапазона устройства, а на промежутках между этими значениями исчезающе мала.

Так остаточная погрешность линейности при выборе десяти значений температуры, равномерно распределенных по рабочему диапазону О - , и использовании термоэлектрического преобразователя грещуировки ПП2-1 составляет не более 0,4% во всем диапазоне. При соответствующем выборе

0 значений температуры полной коктенсации можно достичь равномерного распределения остаточной погрешности линейности по рабочему диапазону устройства (фиг. 2 в).

5

Увеличивая или уменьшая число значений температуры полной компенсации в пределах диапазона, можно произвольно варьировать значение остаточной погрешности линейности, исходя

0 из требуемого значения точности измерения температуры.

Очевидно, что при таком включении корректирующей цепочки, как показано на фиг.1, класс точности автоматического кo meнcaтopa постоянного тока 7 практически не влияет на точность измерения теьтературы. Это объясняется тем, что благодаря механической связи движков реохордов автоматический компенсатор влияет только на точность формирования корректирующего напряжения. Значение же корректирукндего напряжения по сравнению с основным измерительным сигналом

5 термо-ЭДС терьюэлектри-м,-некого преобразователя составляет величину поряд ка единиц процентов.

Соответственно, во столько же раз меньше и влияние погрешности автоматического компенсатора постоянного

0 тока на результирукндую погрешность измерения температуры. Это является одним из преимуществ устройства, позволяющим использовать в схеме прос2 TOfi автоматический компенсатор относительно низкого класса точности без 1щерба для результирующей погрешности измерения.

Кроме того, важными преимуществами устройства являются: возгжэжность

0

произвольно менять закон распределения остаточной погрешности линейности по диапазону , возможность произвольного измеяения уровня остаточной погрешностя линейности в сколь

55 угодно широком диапазоне измерения температуры ; существенное повышение

Нсщежности устройства, обусловленное нгшичием в схеме устройства одного реохорда. Точность измерения температуры при помощи цифрового измерения TCMTiepaTyfJbj, таким образом, не зависит от класса точности автоматического компенсатора.

Цифровой измеритель температуры ожет найти широкое применение н различных отраслях промьшшенности для измерения и контроля температуры тех нологических процессов в производственных условиях. Формула изобретения Цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преоб- разователЬ, источник постоянного ста билизированного напряжения, усилитель постоянного тока, выход которого соединен с входом автоматического компенсатора постоянного тока.и входом аналого-цифрового преобразователя, постоянный резистор и реохорд, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения устройства, в нем термоэлектрический преобразователь подключен к входу усилителя постоянного тока через корректирующую цепочку, состояшую из двух параллельно соединенных ветвей, одна из которых содержит по-следовательно включенные источник постоянного; абилизиррванного напряжения и постоянный резистор, а вторая ветвь содержит реохорд, выполненный функциональньм и включенный в цепь движком и двумя, крайними выводами, соединёнными между собой, причем движок реохорда автоматического компенсатора постоянного тока механически связан с движком функционального реохорда. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 280923, кл. G 01 К 7/14, 1969. i 2. Авторское свидетельство СССР № 381921, кл. G 01 К 7/24, 1971. 3. Авторское свидетельство СССР 327386, кл. G 01 К 7/10, 1970. ; 4. Авторское свидетельство СССР по заявке 2902003/18-10, кл. G 01 К 7/02, 04.08.80 (прототип)

fft

,д /1

s

4 WO

SO

60

0

го

160 sgff т row /jffff4ff

фм.З