Устройство для измерения температуры

(53)(56)В 603 они измеены опеЖ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А 8 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) Л.П.Логинова и В,С.Лворников536.531(088.8)1, Авторское свидетельство ССС 857, кл. 6 01 К 7/16, 1976,2. Авторское свидетельство СССР В 991188, кл. С 01 К 7/6, 1980.3. Авторское свидетельство СССР У 808970, кл. С 01 г 27/ОО, 1979 (прототип) .(54).(57) УСТРОЙСТВО ДДЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, вы ходы которого соответственно соедине ны с управляющими входами ключа и .первого цифроаналогового преобразова тели, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точност рения температуры, в него введ ЯО 1143996 рационный усилитель, управляемый источник тока и преобразователь кодов, вход которого соединен с выходом цифрового регистра первого цифроаналогового преобразователя, а выход через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к управляющему входу управляемого источника тока, первый вывод которого подключен к общей вине устройства, соединенной со схемой сравнения, первым цийроанапоговым преобразователем и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй вывод через ключ подключен к первому токовому выводу термопреобразователя сопротивления, второй токовый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, а потенциальные выводы термопреобразователя сопротивления соответственно соединены с инвертирующим входом опервци ного усилителя и вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом первого цифроаналогового ,преобразователя1143Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры термопреобразователями сопротивления с регулировкой протекающего через 5 них измерительного тока.При измерении температуры термопреобразователем сопротивпения точность измерения зависит от величины измерительного тока. Чем меньше ве личина измерительного тока, тем меньше онибка измерения, обусловленная нагревом термопреобразователя, но тем чувствительнее должна быть измерительная аппаратура, которая ре. гистрирует изменение сопротивления термоПреобраэователя, характеризующее изменение температуры. Поэтому для каждого термопреобразователя сопротивления существует оптимальное 20 значение измерительного тока, зависящее от конструкции термопреобразователя и величины его сопротивления.Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобра- .25 зователь сопротивления, включенный в уравновешенную мостовую схему с переменным резистором в цепи питания, движок которого механически связан с движком расхода. В этом устройстве З 0 ,при изменении температуры изменяется величина измерительного тока таким образом, что мощность, выделяемая термопреобразователем, не изменяется,что позволяет обеспечить постоянство погрешности самонагрева и учесть ее при калибровке устройства 1 .Недостатками устройства являются низкая точность измерения и низкое быстродействие вследствие наличия 40 механических элементов.Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в цепь регулируемого источника тока и подключенный к входу усилителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соедннен с выходом источника опорного напряжения, а выход подключен50 к управляющему входу регулируемого источника тока, источник компенсирующего напряжения, подключенный квходу усилителя 21.В этом устройстве при изменении 55 температуры изменяется величина тока, питающего термопреобразователь, что позволяет обеспечить линеариза 996цию характеристик некоторых термопреобразователей. Однако это устройство не может обеспечить оптимальногозначения измерительного тока для термопреобразователей с различными характеристиками.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения активного сопротивления, которое, при включении термопреобразователя сопротивления вместо измеряемого резистора может быть использовано для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляющими входами ключа и первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, а также эталонный резистор, второй блок управления Г 33.Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что в нем величина измерительного тока выбирается неоптимальным образом.Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляющими входами ключа и первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, введены операционный усилитель, управляемый источник тока и преобразователь кодов, вход которого соединен с выходом цифрового регистра первого цифроаналогового преобразователя, а выход через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к управляющему входу управляемого источника тока, первый вывод которого подключен к общей шине устройства, соединенной со схемой сравнения, первым цифроаналоговым преобразователем и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй вывод через ключ подключен к первому токовому выводу термопре3 1143 образователя сопротивления, второй токовый вывод которо о соединен с выходом операционного усилителя, а потенциальные выводы термопреобразователя сопротивления соответственно сое динены с инвертирующим входом операционного усилителя и вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен со входом первого цифроаналогового преобразователя. 10Наличие н устройстве преобразователя кодов позволяет в процессе работы устройства непрерывно регулировать величину измерительного тока кодом эталонного напряжения по закону, определяемому формулой3;: 9, ( =1,2,3), (1)09;д;(е фгде 3; - величина измеритепьноготока;Р (6) - значение сопротивлениятермопреобразователя, соответствующее температуре ОО - эталонное напряжение велиЭЭчина которого выбираетсязависимой от температуры.Значение Б 9; выбирается в каждой -й точке диапазона измерения в пределах допустимой мощности рассеивания Р, П,ГР,Я(В с, где РВ; максимальное значение сопротивления, 30 термопреобразователя, через интервал, соответствующий точности измерения температуры Ьг., с приращением напряжения ДБ, равным шагу квантования эталонного напряжения Б 9; .Величина установленного тока 1,. определяется из условия сравнения измеряемого напряжения с эталонным0.=3 й(д)аО(2) . 40В соответствии с выражениями (1) и (2) преобразователь кодов имеет функцию преобразования, определяемую выражением50 где Й.(3;) - код устанавливаемого тока, соответствующий току 1,;1;9) - код эталонного напряжения, соответствующий 09 55Наличие в цепи питания термопреобразователя ключа, который открыва 99 б 4ется сигналом с блока управления только на время преобразования из - меряемого сигнала с термопреобразователя, позволяет уменьшить среднюю мощность расСеивания и тем самым дополнительно повысить ток питания термопреобразонателя, а следовательно, и точность преобразования.На чертеже приведена бло:-схема устройства.Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, упранляемый источник 2 тока, операционный усилитель 3, схему 4 сравнения, нервый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, блок 6 управления, преобразователь 7 кода, второй ЦАП 8 и ключ 9.Преобразователь 7 кода может быть выполнен в виде программируемой логической матрицы (НЛМ), широкоиспользуемой при выработке микропрограмм в микропроцессорах и состоящей из двух матриц, первая из которых реализует на выходных шинах функцию ИЛИ, а вторая - функцию И, приэтом выход первой матрицы подключенк входу второй.Управляемый источник 2 тока, схема сравнения, ключ могут быть выполнены на стандартных микросхемах пообычным схемам.В качестве блока управления можетбыть использован генератор импульсон, формирующий на своих выходахуправляющие импульсы, следующие через определенный интервал времени.Устройство работает следующимобразом,При включении устройства по сигналу с блока управления замыкается ключ 9, а на выходе ЦАП 5 формируется эталонное напряжение Б наприЭтф мер, минимального уровня, соответствующее минимально возможной измеряемой температуре, которое поступает на вход схемы 4 сравнения. Одновременно с выхода цифрового регистра ЦАП 5 на вход преобразователя 7 кодов подается код МЩ), соответствующий значению напряжения Ц91 ф При этом на выходе преобразователя 7 кодов в соответствии с зависимостью (3) формируется код И (1 )1 ф который подается на вход второго ЦАП 8. По сигналу с выхода ЦАП 8 источник 2 тока формирует в соответствии с зависимостью (1) ток 11 ф399 Ь 114 Составитель В.КуликовРедактор Т.Кугрышева Техред С.йовжий Корректор И.Эрдейи Заказ 895/34 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5который протекая через термопреобразователь, создает на нем падение напряжения П =1 К(91. Сигнал П с1термопреобразователя 1 сопротивле. нияподается на второй вход схемы 4 сравнения, где сравнивается с напряжением 0 . Если эти,напряжения вэспределах дискретности эталонного напряжения равны, то на этом процесс измерения заканчивается. При этом код Я (ц ) пропорционален измеряемойс эстемпературе. Если эти напряжения не равны, то по сигналу с выхода схемы сравнения на выходе ЦАП 5 формируется эталонное напряжение П , отличающееся от Ц на величину Ь, а на выходе его цифрового регистра - код И (П ). В соответствии с зависи 2 ээ.мостью (3) источник 2 тока Формирует ток 1, отличающийся от тока 1 на величину .дЭ, а на вход схемы 4 сравнения поступает напряжение1 В(О) .которое сравнивается с 2 2 унапряжением Пэ . Этот процесс сравнения напряжений и изменения токабудет продолжаться до момента равен ства напряжений П; и Пэ, с точностью до половины дискретности зна чения напряжения аб. При этом код Я Щс), сформированный на выходе 5 Й 1 5, будет являться цифровым эквивалентом измеряемой температуры. Устройство позволяет повыситьточность измерения в несколько раз 1 О за счет повышения тока питания термыпреобразователя на участках диапазона с низкой чувствительностью термопреобразователя. Одновременно с этим устройство обеспечивает линеаризацию 15 выходной характеристики термопреобра.зователя любого типа, для чего достаточно выбрать численное значение эталонного напряжения Б (6) в линейэсной зависимости от измеряемой тем пературы, Кроме того, наличие операционного усилителя в цепи питания термопреобразователя позволяет при четырехпроводной схеме включения т 1 мопреобраэователя подключать источник тока к общей шине устройства, что повышает его помехозащищенность.