Устройство для измерения температуры

(19) 111) 4(51 0 01 К 7 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР 1 ЫТИЙ(56) 1. Патент США 9 4000454, кл, 73/362 АН, опублик. 1976.2. Авторское свидетельство СССР Р 870980, кл. 0 01 К 7/24, 1979.3. Авторское свидетельство СССРР 488092, кл. с 01 К 7/02,1973 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобразователь,сумматор, выход которогосоединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединенс выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации, подключенный к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения,температуры, в него введены предварительный линеаризатор, запоминающее устройство, ключ и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу блока синхронизации и входу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подклю чен к выходу предварительного линеаризатора, соединенного с термопреобразователем.10 20 40 Изобретение относится к температурным.измерениям, а точнее к устройствам для измерения температуры полупроводниковыми терморезисторами с коррекцией нелинейности терморезистора.Известно устройство для измерения температуры с линеаризацией характеристики. термопреобразователя, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в мостовую схему, усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю мостовой схемы, а выход через преобразователь напряжение - ток подключен к мостовой схеме 1,Недостатком устройства является то, что оно не может обеспечить с высокой степенью точности линеаризацию характеристики полупроводникового терморезистора. Известно устройство для измерения температуры, в котором линеаризация характеристики термопреобраэователя осуществляется путем добавления к выходному сигналу термопреобразователя дополнительного корректирующего сигнала 2 . Однако устройство работает тольков комплекте с автоматической вторичной аппаратурой и содержит большоеколичество дополнительных реохордовс трущимися контактами, что снижаетбыстродействие и надежность его работы. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерениятемпературы, Содержащее термопреобразователь, сумматор, выход которого соединен с первым входом компа, ратора блока сравнения), второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации запуска,подключенный к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напряжения, а также измеритель временных интервалов, квадратичныйпреобразователь 3Однако известное устройство устраняет нелинейности лишь простейшего вида, свойственные термопреобразователям, статическая характерис" тика которых описывается зависимостью 0(6) = а + ь 6 + с 8, где а, Ь и с постоянные коэффициенты, При использовании же в качестве первичного преобразователя температуры полупроводникового терморезистора,статическая характеристика которого описывается более сложной и резко нелинейной зависимостью, зто устрой ство не обеспечивает необходимой степени,линеариэации. К недостаткам относится также низкая надежность устройства, связанная с тем, что отказ любого из блоков (за исключе йием квадратичного преобразователя) влечет эа собой полный отказ всего устройстваЦель изобретения - повышение точности измерения температуры, а также повышение надежности устройства при использовании в качестве первичного преобразователя полупроводникового термореэистора.Поставленная цель достигается тем, что в устройство. для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, сумматор, выход которого соединен.с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, блок синхронизации, подключенный к управляющему вхо. ду генератора линейно изменяющегося напряжения, введены предварительный линеаризатор, запоминающее устройство,ключ и генератор синусоидального напряжения, выход которого подключен к входу блока синхронизации и входу ключа, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выходподключен к входу запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу предварительного линеаризатора, соединенного с термопреобразователем.Введение в состав устройства предварительного линеаризатора, выполненного, например, по схеме трехточечной линеаризации, позволяет линеаризовать температурную зависимость сопротивления полупроводникового термопреобразователя таким образом, что форма распределения погрешности остаточной линейности по шкале темпера,тур графически подобна виду синусоиды. Наличие же элементов канала коррекции (генераторов линейно изменяющегося напряжения и синусоидального напряжения, блока синхронизации, компаратора, ключа и запоминающего устройства) позволяет сформировать корректирующее напряжение, Форма распределения которого по шкале тем. ператур имеет вид синусоиды. Суммирование выходных напряжений предварительного линеаризатора и канала ,Коррекции приводит к исключения погрешности остаточной нелинейности иэ результата измерения темнературы.На фиг.1 приведена структурная схема устройства, на фиг,2 - зависимости, графически поясняющие принцип действия устройства: а - статическая характеристика термопреобразователя, 0 - зависимость напряжения на выходе предварительного линеаризатора от температуры, 6 - вид сигнала на выходе генератора синусоидального напряжения, 2 - вид сиг цала на выходе генератора линейноизменяющегося напряжения и его соотношение с выходным напряжениемустройства,до наступления установившегося режима,взависимость напряжения на выходе устройства оттемпературы, на Фиг.З - схемы предварительных линеариэаторов.Устройство (фиг,1) содержит тер-мопреобразователь 1, предварительный линеаризатор 2, сумматор 3, генератор 4 синусоидального напряже-ния, блок 5 синхронизации, генератор б линейно изменяющегося напряжения, компаратор 7, ключ 8, запоминающее устройство 9Предварительный линеариэатор 2представляет собой устройство, преобразующее резко нелинейную зависимость сопротивления термореэистораот его температуры К, = (8)(Фиг,2 с) в близкую к линейной температурную зависимость выходного напряжения,1 ц =: г(д) (Фиг.2 о). Необходимыи требованием к предварительному линеариэатору является обеспечение им перегиба зависимости1(6) в середине контролируемогодйапаэона температур (при 8) . Дляполучения требуемого вида выходногосигнала предварительный линеаризатор может быть выполнен, например,в виде мостовой схемы (Фиг.З а) илипо схеме с источником 10 тока(фиг.33) . При соответствующем подборе резисторов в этих схемах зависимость выходного сигнала Н оттемпературы будет близка к синусоидальной,Симметричность выходного сигналалинеаризатора относительно линейНОй ФУНКЦИИ в обоих СХЕМаХ дОСтИГается выбором дс = 0,5(6 н+ 8 н), т.е.перегибом Функции 0 = Г( ц) в середине температурного диапазона. Сумматор 3 осуществляет. суммированиеэтого предварительно линеаризованного напряжения с корректирующимнапряжением, вырабатываемым каналом коррекции, Генератор 4 служитдля формирования синусоидального на.пряжения, а генератор б - для Формирования линейно изменяющегося напряжения. Блок 5 синхронизации обес.печивает синхронную работу генераторов 4 и б и ключа 8. Компаратор 7сравнивает напряжения,поступающиес выходов генератора б и сумматора 3, и в момент их равенства выда.ет сигнал. Ключ 8 предназначен дляпропускания напряжения с генератора 4 на запоминающее устройство 9,которое .запоминает это напряжение.Устройство работает следующим образом,Температура 8 контролируемогообъекта, воздействуя на термопреоб,.Разователь 1,. приводит к изменению65 Погрешность линеариэации определяется тем, насколько форма эависи" мости н, = Р(д) отличается от форего сопротивления (фиг,2 а), Это изменение преобразуется. схемой. предварительного линеаоизатора 2 в напряжение 0 н = Г(0 которое относительно точек линеаризации 8 н, 6и 8 = 0,5(Вн+8 н) принимает вид,показанный на фиг.2 о,.Напряжение н;соответствующее температуре В, ивключающее в себя нескорректированную погрешность нелинейности ьн10 поступает на первый вход сумматора 3, на второй вход которого подается напряжениеО,;, равное (посленаступления установйвшегося режима)Бн;, но с противоположным знаком, 15 Это корректирующее напряжениеьБ ; Формируется следующим образом.Генератор.З вырабатывает синусоидаль.ное напряжение 0 с периодом Т(фиг.21), амплитуда которого пропорциональна величине максимальногозначения погрешности предварительнойлинеаризации (Ь 0 )Одновременногенератор 6 вырабатйвает линейновозрастающее напряжение у с тем же 25 периодом (Фиг.2 и максимальнымзначением (в конце периода развертки пропорциональным напряжению(,Работа обоих генераторов 4нвюак;и б синхронизируется с помощью блока 5 синхронизации так, что генератор б запускается при переходе напряжения Ун через нулевое значениеот отрицательного к положительному.В моменты времени 1 С 11 когданапряжение на выходе генератора 6становится равным напряжению на выходе сумматора 3, срабатывает компа"ратор 7.и открывает ключ 8, которыйпропускает на запоминающее устройство 9 мгновенное значение синусои" 40 дального напряжения, соответствующее в момент С величине корректирую"щей добавки ЬУн,. Запоминающее устройство 9 поддерживает на втором входе сумматор 3 это значение до следующего момента появления равенствасравниваеаях напряжений, т,е. доочередного срабатывания ключа 8, Вмомент запуска устройства на выходесумматора 3 явь = Цнно.в течение 50 нескольких ( практически . двух трех)периодов (фиг.2) наступает установившийся режим и У,= Г-+60,н;.Следовательно устройство вырабатывает на выходе напряжение, пропорциональное измеРяемой. температуре,.т.е.0 = КЭ. Это напряжение может бытьЬнпреобразовано в результат измеренияотемпературы в С или Кельвина с помощью известных аналоговых и цифровых регистрирующих устройств, кото рые подключаются к выходу сумматора 3.11 З 60 З 0в,6и дв .Подпис ВНИИПИ Заказ 10275/30 Ти ектная ул мы синусоиды. Так, известно, что ста тическая характеристика.поликристаллического терморезистора описывается Формулой Н,. = АехрВ/(273 + В ) В случае, если Й = 4000 К, 80 С, а 6= 100 С, погрешность нелинейности после предварительной линеариэации с помощью мостовой схемы составит 5-6. Отличие же Форм остаточной. нелинейности и синусоиды Филиал ППП фПатент", г. Уж не превышает + 10, Таким образом,погрешность устройства снижается в10 раз и не превышает 0,6.Надежность предлагаемого устрой-,ства выше, так как отказ любого изблоков канала коррекции или всейкорректируюшей части приведет лишьк возрастанию погрешности лзмерения,но работоспособность устройства вцелом сохранится.