Устройство для многоточечного измерения температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОТОЧЕЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для многоточечного измерения температуры с помощью Tej мометров сопротивления и термопар.

Извеспно устройство, содержащееs

датчики температуры, (термометры сопротивления или термопары), коммутатор и измерительную цепь, вьтолненную в виде усилителя или мостовой схемы ClJ.

Недостатком этого устройства яв- Ю ляется невозможность его использования для измерения температуры в широком пиалазоне.

Наиболее близким по технической сущ- 5 ности и достигаемому результату к изо&ретению является устройство для многоточечного измерения температуры, содержащее датчик температуры, и термопары, подключенные через токовые ключи коммутатора к источнику тока и через потенциальные ключи коммутатора к одному из входов суммирующего усилит&ТЕМПЕРАТУРЫ

ля, к другому входу которого, подключено эталонное сопротивление, блок переключения каналов; подключенный к управляющим входам ключей коммутатора, и восемь ключей, при этом первый ключ подключен к выходам токовых ключей коммутатора, и к одному из полюсОв источника тока, второй, третий и четвертый ключи подключены к ограничительному сопротивлению и к выходам ключей коммутатора, пятый и щестой ключи подключены к тому же полюсу источника тока и к общей точке суммирующего усилителя соответственно, а также к общей точке термометров сопротивления, седьмой и восьмой ключи подклк чены к общей точке суммирующего усилителя и эталонному сопротивлению соответственно и к второму полюсу источника тока, и блок управления, соединенный с управляющими входами всех восьми ключей, с вторым полюсом источника тока и с блоком управления переключения каналов С 2 .

Недостатком известног о устройства является узкий диапазон измерения, определяемый величиной эталонного) сопротивления, которое для данной программы измерения выбирается постоянным, оэтому любое изменение программы измерения приводит к необходимости учной смены эталонного сопротивления, что исключает возможность автоматизации процесса измерения.

Целью изобретения является расшире- ние диапазона измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для многоточечного измерения температуры введены блок, сравнения, дополнительные ключи и ко- коммутатор, регистр управления дополнительным коммутатором и цедочка последовательно соединенных эталонных сопротивлений, включенная между вторым входом и общей точкой суммирующего усилителя, при этом дополнительный коммутатор одним из своих входов подключен к каждому эталонному сопротивлению, а выходом - к второму полюсу источника тока, другими входами к регистру управления дополнительным коммутатором,., который одним из своих входов соединен с выходом блока управления, а другим - через блок сравнения с выходом суммирующего усилителя, причем дополнительный ключ включен между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных опротивлений и первым полюсом источника тока, а упр/авляющим входом соединен с блоком управления.

На чертеже представлено предлагаемое устройство для многоточечного измерения температуры, пршиер конкретной реализации.

Устройство для многоточечного измерения температуры содержит термометры сопротивления 1 и термопары 2, . подключенные через токовые ключи 3 коммутатора к ключу 4, соединенному с одним из полюсов источника тока 5, и через потенциальные ключи 6 коммуатора к одному из входов суммирующего усилителя 7, блок переключения каалов 8, подключенный к управляющим ходам ключей коммутатора, ключи 9 и 10, подключенные к второму полюсу сточника тока 5 к общей точке параметров сопротивления соответственно и. к второму входу суммирующе1о усилителя 7, блок 5правления 11, соединенный с управляющими входами всех трех ключей 4, 9 и Ю, с вторым полюсом

источника тока бис блоком переключения каналов 8, цепочку последовательно соединенных эталонных сопротивлений 12, дополнительный коммутатор 13, своими входами, подключенный к каждому эталонному сопротивлению 12, а выходом - к второму полюсу источника тока 5, регистр управления дополни тельным коммутатором 14, одним входом соединенный с блоком управления 11, блок сравнения 15, вход которого соединен с выходом суммирующего усилителя 7 Q выход подключен к второму входу регистра управления дополнительным коммутатором 14, и дополнительный ключ 16, включенный между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений 12 и первым полюсом источника тока 5, управляющим входом соединенный с блоком управления 11. Выходом устройства является аналоговый выход суммирующего усилителя 7, и кодовые выходы блока управления 11 и регистра управления дoпoJШИтeльньпvI- коммутатором 14.

Устройство работает следующим образом.

Изменение температуры воздействует на датчики температуры 1 и 2, вызывая изменение сопротивления термометров , сопротивления или ЭДС термопары. Сигнал на подключение очередного датчика к измерительной цепи вырабатывается -блоком переключения каналов 8. Одновременно блок переключения каналов вырабатывает импульс, устанавливающий блоК управления 11 в положение, в котором включены ключи 4 и 9. В этом случае ток источника тока 5 протекает по цепи положительный полюс - ключ 4 - токовый полюс коммутатора 3 датчик температуры - потенциальный полюс коммутатора 6 - ключ 9 - отрицательный полюс, В случае обрыва датчика температуры напряжение между полюсами источника тока 5 возрастает до уровня логической единицы. Это напряжение поступает на блок управления 11, с выхода которого поступает сигнал, соответствующий обрыву патчика

Если обрыва нет, на вход блока управления поступает напряжение, соответствующее логическому нулю, а с его выхода снимается сигнал, говорящий о том,, что обрыва датчика нет. После проведения анализа целостности датчиковых цепей блок управления 11 выключает ключ 9 и.устанавливает регистр управления дополнительным коммутатором 14 в положение, при котором включен ключ дополнительного коммутатора 13, соединенный с общей точкой термометров сопротивления. В том случае, если к измерительной цепи подключен термометр сопротивления, ток источника тока 5, протекает по цепи положительный полюс - ключ 4 - токовый полюс коммутатора 3 - датчик температуры - общая точка термометров сопротивления ключ дополнительного коммутатора 13 отрицательный полюс, и на входы суммирующего усилителя 7 при этом поступают напряжения и и U2I равные соответственноU, 3(P + R); VO(hRo+R), где U, - напряжение на первом входе суммирующего усилителя| U2 - напряжение на втором входе суммирующего усилителя; 3 - величина тока источника тока; R , - величина сопротивления термометра сопротивления; R- - величина одного сопротивления цепочки эталонных сопротивлений;VI - число эталонных сопротивлений в цепочке, по которым протека ет ток; йд - величина сопротивления одного провода трехпроводной линии, соединяющий термометр сопротивления с входами ключей : коммутатора и с общей точкой термометров сопротивления. Выходное напряжение суммирующего усилителя определяется выражением ивь«гЦ + и,оСйэ-л«о)Это напряжение поступает на блок сравнения 15, представляющий собой фа зочувствительный усилитель. Если сумма подключенных эталонных сопротивлений , , и с выхода блока сравнения на регистр управления дополнительным .коммутатором 14 поступают импульсы переключения, и регистр управления последовательно включает клю чи дополнительного коммутатора 13, замыкая цепь источника тока 5 через сопротивления цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений 12 и один из ключей дополнительного коммутатора 13 на отрицательный полюс источника тока 5. По мере переключения ключей дополнительного коммутатора 13 уменьшается число эталонных сопротивлений, по которым протекает ток. Как только величина nR становится меньше R знак выходного напряжения изменяется на противоположный, и импульсы переключения с блока сравнения 15 на регистр управления дополнительным коммутатором 14 не поступают. При любом значении сопротивления термометра сопротивления величина выходного напряжения пропорциональна разности сопротивлений термометра сопротивления и ближайшего меньшего значения суммы сопротивлений цепочки эталонных сопротивлений, определяемой значением кода, вырабатыаемого регистром управления 14 по мере переключения ключей дополнительного коммутатора 13. В том случае, если к измерительной цепи подключена термопара, цепь тока источника тока 5 оказывается разомкнутой вследствие отсутствия провода, соединяющего термометр сопротивления с общей точкой термометров сопротивления, и на полюсах источника тока 5 появляется напряжение, соответствующее логической единице. Это напряжение .поступает на вход блока управления 11, который выключает ключ 4 и включает ключи 10 и 16, замыкает цепь тока через ключ 16, сопротивления цепочки эталонных сопротивлений 12, ключ дополнительного коммутатора 13, соединенный с общей точкой термометров сопротивления, на отрицательный полюс источника тока 5. Таким образом, на входы суммирующего усилителя 7 поступают напряжения u,E и u;i-tn Ro, где и - напряжение на первом входе суммирующего усилителя при подключении термопары; и„ - напряжение на втором входе суммирующего усилителя при подключении термопары; Еу- величина ЭДС термбйары. Знак минус в выражении соответствует протеканию тока через эталонные сопротивления, расположенные между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений и входом усилителя. Знак плюс соответствует протеканию тока через эталонные сопротивления, расположенные между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений и общей точкой термометров сопротивления. Величина напряжения на вь1ходе суммирующего усилителя 7 при подключении

термопары определяется выражением

li

JebiX E tnDRo.

Дальнейшая работа устройства прояоходит аналогично работе при подключв НИИ термометра сопротивления. Переключение ключей дополнительного коммутатора 13 происходит до вьшолнения условия Р этом поиск два пазона напр$1жений, в котором находится измеряемая ЭДС, происходит при любой полярности подключенной термопары.

Таким o6pa3OMt введение цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений, дополнительного коммутатора, регистра управления, блока сра&нения и дополнительного ключа выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет расширить диапазон измеряемых температур за счет выбора Любого числа последовательно соединенных эталонных сопротивлений и автоматизировать процесс измерения путем автоматического выбора числа эталонных сопротивлений,Подключаемых к источнику тока и к входу суммирующего усилителя, в то время как в известном устройстве этот процесс может осушествляться только вручную.

Испытания предлагаемого устройства показали, что оно может работать со всеми типами термометров сопротивления и термопар, вЬшускаемымя отечественной промышленностью. Способность устройства автоматически выбирать тип подклюменного датчика и диапазон измерения исключает необходимость ручной перекроссировки устройства в случае измене- ния программы измерения, что делает устройство более надежным,универсальным и упрощает его эксплуатацию. Кроме того устройство позволяет работать с термопарами, у которых в процессе измерения произошла смена полюсов, что довольно часто имеет место при температурных . нзмеренН51х. Формула изобретения

Устройство для многоточечного измерения температуры, содержащее датчики

температуры термометры сопротивления термопары, каждый нэ которых подкл чвн через токовые коммутатора к ключу, соединенному с одним из полюсов источника тока, в через потенциальные клюня коммутатора к одному из входов суммирующего усилителя, блок переклкпеввя каналов, подключенный к управляющим входам ключей коммутатора, два ключа, водключенные к второму полюсу источника тока и к обшей точке термометров сопротШ1ления соответственно и к второму входу суммирующего усилителя, и блок управления, соединенный с управляющий входами всех трех ключей, , с вторым полюсом источника тока и с блоком переключения каналов, отличающе- е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения температуры, в него введены блок сравнения, дополни тельиые ключи и коммутатор, регистр управления дополнительным крммутатором и цепочка последсдаательно сс единенных эталонных сопротивлений, включенная между вторым входом и общей точкой суммирующего усилителя, при этом дополнительный коммутатор одним из своих входов подключен к каждому из последовательно соединенных эталонных сопротивлений, а выходом - к второму полюсу источника тока, другими входами - к регистру управления дополнительным коммутатором, который одним из своих входов соединен с быходом блока управления, а другим - через блок сравнения с выходом суммирующего усилителя , Причем дополнительный ключ включен между средней точкой цепочки последовательно соединенных эталонных сопротивлений и первым полюсом источника тока, а управляющим входом соединен с блоком управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 389418, кл. б О1 К 7/О2, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР

по заявке № 2991671, кл. Ci О1 К 7/02 1О.1О.80 (прототип).