Устройство для измерения температуры Советский патент 1983 года по МПК G01K7/30 

(5А) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

1 .

Изобретение относится к шумовой термометрии и может быть использовано при измерении температуры труднодоступных объектов, например расплава графита при производстве алмазов в камерах высокого давления, температуры нагрева электрических спиралей, температуры плазмы швов, в процессе электросварки и т.д..

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный резистор, усилители, детекторы, фильтры, переключатели.

Недостаток известного устройства состоит в низкой томности измерения температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температурь по значению теплового шума резистора, содержащее термочувствительный резистор, трансформатор с первичной, вторичной и дополнительной обмотками последовательно соединенные омрокополосный усилитель, квадратор и избирательный усилитель, синхронный детектор, управляющий вход которого соединен с выходом делителя частоты регистратор. Шумовой сигнал усиливается в двух измерительных каналах 2.

Недостатком этого устройства яв- ляется низкая точность измерения,

JO .обусловленная неидентичностью и нестабильностью характеристик измерительных каналов. Кроме того, в устройстве не учитывается изменение величины сопротивления термочувстви15 тельного резистора, что также ведет к снижению точности измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем

20 что в устройство введены дополнительный трансформатор с управляющей, сигнальной, компенсирующей и двумя одновитковыми обмштками, два выпрямителя, два масштабных преобразователя, усилитель тока, управляемый источник тока, управляемый усилитель разделительный конденсатор, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь и датчик тока, выход ко торого через первый выпрямитель и пе вый масштабный преобразователь подключен к управляющему входу управляемого усилителя, вход которого соединен с выходом избирательного уемлителя, а выход через синхронный детектор - с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с регистратором, а опорный вход соединен с выходом второго масштабного преобразователя, вход которого через второй выпрямитель связан с 9 вторичной обмоткой трансформатора, первичная обмотка которого соединена с источником питающего напряжения а дополнительная обмотка - с входом делителя частоты, выход которого через управляемый источник тока соединен с управляющей обмоткой дополнительного трансформатора, сигнальмая обмотка которого подключена к входам широкополосного усилителя, вы ход которого через фильтр нижних час тот и усилитель тока соединен с компенсирующей обмоткой дополнительного трансформатора, при этом первый вывод термочувствительного резистора связан через первую, одновитковую обмотку и датчик тока с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через вторую од новитковую обмотку соединен с вторым выводом термочувствительного резистора и земляной шиной, а между датчиком тока и земляной шиной включен разделительный конденсатор. 1 На чертеже показана функциональная схема устройства для измерения температуры. Устройство содержит трансформатор 1, включающий в себя первичную 2, вторичную 3 и дополнительную It обмотки, датчик 5 тока,разделительный конденсатор 6, термочувствительный резистор 7, выполняющий одновременно роль нагревателя, дополнительный трансформатор 8 с кольцевым сердечником 9 включающий в себя сигнальную 10, компенсирующую 11, управляющую 12, первую и вторую одноеитковые 13 и Т обмотки, два выпрямителя 15 и 16, делитель 17 частоты, усилитель 18 тока, управляемый источни 19 тока, ширэкополосный усилитель 20 фильтр 21 нижних частот,, квадратор 22, избирательный усилитель 23, два масштабных преобразователя 2 и 25, управляемый усилитель 26, синхронный детектор 27, аналого-цифровой преобразователь 28 и регистратор 29. Устройство работает следующим образом. Через входные клеммы устройства на первичную обмотку 2 трансформатора 1 поступает, напряжение промышлен- мой или другой частоты от источника питающего напряжения (не показан}, Выходное напряжение трансформатора со вторичной обмотки 3 через дат чик 5 тока и одновитковые обмотки 13 и 1 поступает на термочувствительный резистор 7, установленный в камере, обеспечивая нагрев камеры. При этом происходит разогрев резистора 7 как за счет подводимого переменного тока, так и за счет эффекта самонагрева содержимого камеры. Возникающий в резисторе 7 шумовой ток, пропорциональный температуре нагрева резистора, через одновитковую обмотку 1 и конденсатор 6 проходит на земляную шину и наводит в сигнальной обмотке 10 шумовое напряжение. Для исключения прохождения в обмотку 10 питающего (паразитного напряжения дополнительный трансформатор включен в цепь вторичной обмотки 3 трансформатора 1 таким образом, чтобы переменный ток проходил через обмотки 13 и k во встречных направлениях. Этим достигается формирование в магнитопроводе (сердечнике 9)трансформатора 8 двух встречно направленных и компенсирующих друг дру; га магнитных потоков. Для выделения весьма малых флюктуации шумового напряжения применен метод периодического преобразования входного шума. Для его реализации, периодически с частотой коммутации И. осуществляют изменение магнитной проницаемости сердечника 9 трансформатора 8 переменным током, пос тупающим в управляющую обмотку 12 с выхода управляемого источника 19 тока, на управляющий вход которого поступает переменный сигнал частоты ft. с выхода делителя 17 частоты. Делитель 17 частоты формирует управлякхций сигнал из сигнала, поступаки трансформатора. При этом с частотой Si меняется индуктивность сигн нальной обмртки 10, в результате че го уровень шума на входе широкополо ного усилителя меняется с частотой 6i . С выхода широкополосного усили теля 2& сигнал мерез квадратор пост пает на вход избирательного усилите ля 23 настроенного-на частоту ft , на лвыходе которого выделяется перва гармсхника переменной составляющей шумового напряжения, которая может быть представлена в виде и (Eio-E)vstnfttB Etuslnsitr :V;«T ы Fl- - f L шм- . среднеквадратичные; измерительного шумового на пряжения, формируемые на выходе сиг нальной обмотки и соответствующие двум различным значениям магнитной проницаемости сердечника 1( - постоянный коэффици-.-. ент, определяемый параметрами усили телёй. С выхода усилителя 23 сигнал пос тупает на вход управляемого усилителя 26, коэффициент передачи которого изменяется пропорционально зна ченио тока 7, протекающего в цепи вторичной обмотки 3 транвформатора Для изменения:коэффициента передачи усилителя 26 на его управляющий вхо через первый выпрямитель 16 и первы масштабный преобразователь 25 посту пает сигнал, пропорциональный току с выхода датчика 5 тока, С выхода усилителя 26 сигнал К, f&tyj поступает на вход синхрон ного детектора 27, на управляющий вход которого поступает напряжение частоты коммутацииИ. Синхронный де тектор осуществляет выделение постоянной составляющей сигнала, которая поступает на вход аналого-цифрЮ вого преобразователя 28. На опормый вход аналого-цифроЖого преобразователя (Поступае1 напряжение пропорциональное действующему значе Кию выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора 1. Оно фс мируется путем двухпблупериодного выпрямителя 15 последующим масштабным преобразованием результата с по мощью второго масштабного преобразователя 2 с коэффициентом преобра зования К-х. ЛОГО-цифровым преобразователем на его выходе формируется код числа М., j« 4 Т .. 1шКг1- .,, N -- у, ,-,,U/ .. При выполнении условия -. , где г - сопротивление термочувствительного резистора 7, что достигается подбором К 2 и К т коэффициентов масштабных преобразователей 2 и 25 код числа Непропорционален температуре резистора 7, поступает на регистратор 29 и инди1 руется в десятич ной системе счисления. Для исключения прохождения паразитного питающего напряжения в сигнальную обмотку трансформатора 8с помощью фильтра нижних частот 21 выходного напряжения широкополосного усилителя выделяется паразитное напряжение, которое усиливается с помощью усилителя 18 тока до нес ходимого уровня и подается в компенсирующую рб отку 11. Последняя включена таким Ъбразом, чтобы наводимый магнитный поток противодействовал остаточному магнитному потоку, создаваемому переменным напряжением. Наличие в устройстве дополнительного трансформатора, разделительного конденсатора, датчика тока, выпрямителей, масштабных преобразователей, усилителя тока, управляемого усилителя, фильтра нижних частот, аналого-цифрового преобразователяi позволяет повысить точность измерения температуры.. Формула изобретений Устройство для измерения температуры по Значению «еплового шума резистора,содержащее термочувствительный резистор, трансформатор с первичной, вторичной и дополнительной обмотками, последовательно соединенные широкополосный усилитель, квадратор и избирательный усилитель, синхронный детектор, управляющий вход которого соединен с выходом делителя частоты, регистратор, источник питающего напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены дополнительный трансформатор с управляющей, сигнальной, компенсирующей и двумя одновитковыми обмоткдми, два выпрямителя, два масштабных преобразователя, усилитель тока управляемый источник тока, управляемый усилитель, разделительный конденсатор, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь и датчик тока, выход которого через первы выпрямитель и первый масштабный преобразователь подключен к управляюще му входу управляемого усилителя, вход которого соединён с выходом избирательного усилителя, а выход чере синхронный детектор - с входом, аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с регистратором, а опорный вход соединен с выходом второго масштабного преобразователя, вход которого через второй выпрямитель соединен с вторичной обмоткой трансформатора, первичная обмотка которого соединена с источнико питающего напряжения, а дополнительная обмотка соединена с входом делителя частоты, выход которого через Iуправляемый источник тока соединен с

управляющей обмоткой дополнительного трансформатора, сигнальная обмотка которого подключена к входу щир { кополосного усилителя, выход которого через фильтр нижних частот и усилитель тока соединен с -компенсирующей обмоткой дополнительного трансформатора, при этом первый вывод термочувствительного резистора соединен через первую одвовитковую обмотку и датчик тока с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через вторую одновит/ковуtoобмотку соединение вторым выводомтермочувствительного резистора и земляной щиной, а между датчиком тка и земляной шиной включен рвзделительный конденсатор.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское свидетельство СССР fP 52Й70, кл. G 01 К 7/30, 1972 (прототип)..