Устройство для измерения температуры

(21) 3 (22) 2 (46) (72) ий институт ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ 528315/18-107.12.8207,05.84. Бюл, У 17В,Л, Мухин(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 834409, кл. С 01 К 7/32, 1979.2. Авторское свидетельство СССР У 527608, кл. С 01 К 7/32, 1975.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее автогенерато с термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повыщения точности измеренияпутем уменьшения динамической погрешности, в него введены источник образцового напряжения с малоинерционнымтермозависимым делителем, интегродифференцирующая цепь и сумматор, квходу которого подключены выходы дифференцирующей и интегродиАференцирующей цепей, а его выход соединенс управляющнм входом автогенератора,причем источник образцового напряжения через малоинерционный термозависимыйделитель подключен к входамдифференцирующей и интегродифференцирующей цепей.40 45 где р - оператор дифференцирования;15,Ф 4.- постоянные времени звена.Известное устройство позволяетуменьшить постоянную времени лишь научастке характеристики, описываемойвыражением (1), а величина задержки14 остается нескомпенсированной,что и приводит к снижению точностиизмерения из-за наличия значительнойдинамической погрешности,5 50 1 1091Изобретение относится к термометриии может быть использовано в системах измерения нестацнонарных температур,Известны устройСтва для измерениятемпературы, содержащие в качестведатчика термочувствительный кварцевый резонатор Г 13Недостатком таких кварцевых датчиков температуры является их сравнительно высокая инерционность, составляющая величину от нескольких десятков секунд для высокодобротныхпрецизионных кварцевых резонаторовдо одной секунды для малогабаритныхрезонаторов с гелиевым заполнением.Это приводит к снижению точностиизмерения в условиях нестационарныхтемператур.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для измерения температуры,содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонатороми дифференцирующую цепь 21,25Данное устройство позволяетуменьшить инерционность термометрав несколько раз. При этом предполагается, что зависимость частоты авгтогенератора с термочувствительнымкварцевым резонатором при скачкетемпературы на величину дТ описывается выражениемФйЕИ)=аТК 1-Е, (11 З 51где- постоянная времени датчика;К - коэффициент преобразования;1 - текущее время.Однако в действительности термочувствительный кварцевый резонаторпредставляет собой апериодическоезвено второго порядка с передаточнойФункцией 032 2Целью изобретения является повышение точности измерения путем. уменьшения динамической погрешности, возникающей при измерении нестационарньсх температур.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее автогенераторс термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь, введены источник образцового напряФжения с малоинерционным термозависимым делителем, интегродифференцирующая цепь и.сумматор, к входу которого подключены выходы дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей, а его выход соединен с управляющим входом автогенератора, причем источник. образцового напряжения через мало- инерционный термозависимый делитель подключен ко входам дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей.На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - простей" ший вариант выполнения его блоков; на фиг.3 - временные диаграммы.Устройство содержит автогенератор 1 с термочувствительным кварцевым резонатором 2, источник 3 опорного напряжения с малоинерционным термозависимым делителем 4 напряжения, сигнал с которого поступает на входы дифференцирующей цепи 5 и интегродифференцирующей цепи 6, и сумматор 7, выход которого подключен к управляющему входу автогенератораВ простейшем варианте выполнения блоков предлагаемого устройства термозависимый делитель 4 напряжения (выполнен в виде (езисторов Ю и й, элементы С, С 4 образуют дифференцирующую цепь 5, а элементы Я,С 2,С-интегродифференцирующую цепь 6. Сумматор 7 выполнен на операционномусилителе, причем резисторами Я 5, к 1 Й выбирается Форма и амплитуда напряжения, поступающего на управляющий вход автогенератора 1.Полярность источника образцового напряжения 3 определяется знаком температурного коэффициента сопротивления терморезистора Й и характеристикой управления автогенератора 1. Конструктивно терморезистор Р и термочувсгвительный кварцевый резонатор 2 размещаются рядом в среде, температура которой измеряется.Постоянная времени дифференцирования цепи 6 равна постоянной времени3 1091032 4 го кварцевого ре- образом, в момент времени Ф " (1+ 11" 1 4 постоянная време- на управляющий вход генератора 1 цепи б равна по- поступает максимальное положительное ифференцирования значение управляющего напряжения О4 ф а меньше времени 5 амплитудаЦ которого определяетсявеличинойдТ . Под действием этого натает следующим пряжения происходит перестройка частоты автогенератора 1 от значения температуре или Г 1 до значения У1 т зменении (с постоян 1 О Начиная с момента времени И +Е )1 ельно большей амплитуда напряжения О+ уменьшается р) напряжение по экспоненциальному закону, но по а 7 равно нулю, этому же закону с той же постоянной еском режиме блоки времени (Тр) изменяется собственная е оказывают влия резонансная частота термочувствитель" одного сигнала ного кварцевого резонатора 2, следовательно, частота автогенератора 1 ном тепловом воз- остается неизменной. В момент временипри скачке тем на управляющий вход .автогенераторана выходе дели О 1 поступает максимальное отрицатель- О изменяется, ное значение напряжения О под дейфв чно малой постоян- ствием,которого происходит перестя форма напряже- ройка частоты автогенератора 1 от ряет форму скачка . значения 11 до значения Е 1 . На мость частоты 25 .участке (1+14)Ф амплитуда термочувствитель .напряжения 04 и собственная частота атором при скачке термочувствительного кварцевого ре- чинудТ, соот- зонатора 2 изменяются по одинаковому ию (2), приведе- закону, но с противоположными знака- сравнения на ЗО ми, что определяет постоянство часависимость частоты тоты автогенератора 1.асио выражению (1). Таким образом, на выходе автогенератора 1 при воздействии скачкатемпературы одновременно на термочувствительный кварцевый резонатортур , а его уп" 2 и термозависимый делитель 4 напряходимо подать женя происходит изменение частотыоторого является сигнала (Фиг.Зж) в соответствии сФормой скачка температуры и постоянке ф 1ф 40 ,ной времени термозависимого делите я ромежуткетеристике уп- напряжения. термочувствительноэонатора 2 -р, ани интегрированиястоянной времени дцепи 5 и в 3-4 раэзадержки С,.Устройство рабообразом.При неизменнойпри медленном ее иной времени значитпостоянной временина выходе сумматорт.е. в квазистатич3 - 7 устройства нния на частоту.выхавтогенератора 1Ври нестационардействии, напримерпературы (фиг. За)теля 4 напряженияпричем при достатоной времени делителния (фиг.Зг) повтотемпературы. Зависиавтогенератора 1 сным кварцевым резонтемпературы на веливетствующая выраженна на фиг. Зв; дляфиг.Зб изображена эавтогенератора соглДля того чтобыратора 1 изменяласьс перепадом темпераравляющий вход необнапряжение, Форма кобратной величинойтоти от времени в и(при линейной харакравления). На фиг. Зд показана форма напряжения О, на управляющем входе автогенератора 1, которое синтезируют блоки 5 - 7 из напряжения 01. Форма напряжений 0 и,О на выходе дифференцирующей цепи 5 и интегродифференцирующей цепи 6 соответственйо показана на фиг.Зе. Поскольку постоянные времени дифференцирования цепи 5 и интегрирования цепи б равны, 50 то при сложении напряжений в интер" валах Ф И + Ф 4) и 1 (Е +14) на выходе сумматора 7 формируетсяпостоянное напряжение. На участках И 1+1)фэ Ф н (+14) эфС 5 на вход сумматора 7 поступает лишь напряжение Оз с выхода цепи,б с постоянной времени дифференцирования ь,р. Таким Стабильность устройства во времени определяется стабильностью термочувствительного кварцевого резонатора, поскольку номинальная величина термозависимого параметра делителя 4 напряжения (наименее стабильного элемента) не входит в выражения, определяющие закон изменения управляющего напряжения 04, элементы 4 - 6 реагируют лишь на скорость изменения температуры, далее, при быстрых, нестационарных тепловых воздействиях с постоянной времени (Трпрактически основное внимание удаляется инерционности датчика температуры, а стабильность характеристик требуется лишь при квазистатических изменениях1091032 ВНИИПИ ираж 823 акаэ 3072/3одписное тент", Проектная, 4 Филиал ППП г. Ужгород температуры (например, в системах термостатирования).Предложенное устройство по сравне" нию с известными обладает существенно лучшими динамическими характеристиками, обеспечивая точность измерения температуры (0,1-0,2)оС при скорости ее изменения до 20 град/с, что в большинстве случаев удовлетворяет 5 требованиям практики,