Многоточечный цифровой термометр

(19) 11 4 С О К 7/О ри ьство ССС 02, 1978.(54) МЕТР Изобрет ние отно киям. 11 е ности из ситсяль из к темпербретенияя. Устовышение то ойство соде реобразоват ере эле жит тер ли (ТП) рические ,2, терГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ(56) Авторское свидетелВ 932277, кл. С 01 К 7/Патент ФРГ Ф 2744890,кл. С 01 К 7/00, опублик. 979 ОЧЕЧНЫЙ ЦИФРОВОЙ ТЕРМОмопреобразователи сопротивления 2,1,2.2, головки ТП 3,1, 3,2, образцовыйрезистор 4, нагрузочный резистор 5,конденсатор 6, реле 7, коммутатор 8,аналого-цифровой преобразователь 9,блок О памяти, вычислительный блок11, блок 12 индикации и источник 13стабильного напряжения. Введение новых элементов и образование новыхсвязей между элементами устр-ва позволяет производить точный учет влияния температуры свободных концов каждого ТП 1.1, 1,2 на результат измерения и исключить погрешности, вносимыетемпературным и временным дрейфомисточника 13 стабильного напряжения, а также снизить самонагревТП сопротивления протекающим черезнего током.нл.Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства где производится из 35 мерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, а также для научных исследований, где требуется высокая точность измерения температуры. 10Цель изобретения - повыщение точности измерения температуры путем точного учета влияния температуры свободных концов каждого термоэлектрического преобразователя на резуль". 15 тат измерения и исключения погрешностей, вносимых температурным и вреиенным дрейфом источника стабильного тока, и снижения самонягрева термопреобразователя сопротивления ,протекающим через него током.На чертеже приведена блок-схема предлагаемого цифрового термометра.Многоточечный цифровой термометр, например ня две точки измерения,со держит термоэлектрические преобразователи (ТП) 1,1 и 1.2, последовательно включенные термопреобразователи сопротивления (ТС) 2.1 и 2,2, расположенные в головках 3.1 и 3.2 30 ТП, образцовый резистор 4 нагрузочный резистор 5, сопротивление которого выбрано близким к сопротивлениям ТС, конденсатор 6, реле 7 коммутатор 8, один из входов которого зако,д рочен (не показан), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, блок 10 памяти, вычислительный блок 11, блок 12 индикации и источник 13 стабильного напряжения. Цифровой териоиетр работает следующим образом,Значение измеряемой температуры при произвольной температуре свободных концов ТП преобразуется в термо- ЭДС, а значение температуры свободных концов ТП с помощью ТС 21 и 2,2 -в падение напряжения, зависящее от действительной температуры свободных концов соответствлощего ТП, Коммутатор 8 подает на вход АЦП 9 терно-ЭДС каждого Т 11 поочередно с напряжением, снимаемым с потенциальных выводов каждого ТС 2.1 и 2.2, напряжением, снииаемым с закороченного входа коммутатора 8, и напряжением,. снимаемым с потенциальных выводов образцового резистора Работу многоточечного цифровоготермометра можно условно разделитьна четыре такт.В первом такте ня вход А 11 П 9 подается напряжение с эакороченноговхода коммутатора Я, при этом с выходя АЦП снимается код, соответствующий дрейфу нуля АПП и уровню помех,действующих ня входе цифрового термометра. Этот код подается в первуюячейку блока 10 памяти и используется при дальнейпей работе цифровоготермометра для компенсации дрейфануля АПП 9 и помех влияющих на точность измерения,Во втором такте срабатывает реле7, которое с псмощью своих контактов1 ц и 15 подает напряжение источника13 стабильного напряжения на цепочкуиз последовательно соединенных ТС 2,1и 2,2 и образцового резистора 4, Приэтом коммутатор 8 подключает к АЦП 9потенциальные выводы образцового резистора 1, и пс падению напряжения нанем вычислительный блок 11 определяет ток в цепи ТС, код которого поступает на вторую ячейку блока 10 памяти.В третьем ткте работы, когда коммутатор 8 подключает к входу АЦП 9потенпиа,пьные выводы ТС и вычисли.ч"ельный олок 1 определяет по кодунапряжения, падающего на ТС,и кодуего тока, находящегося в блоке 10 памяти, значение сопротивления ТС, вычисляет реальную температуру свободных концов ТП по формуле, устанавливающей связь между сопротивлением ТСи его температурой, и по заданнойпредварительно характеристике ТП выдает в третью ячейку блока 10 памятикод термо-ЭДС К. соответствующийтемпературе с свободных концов ТП.В четвертом такте, когда размыкаются контакты 15 и 1 б реле 7, коммутатор 8 подключает к входу АЦП 9 ТПсоответствующего канала, и вычислительный блок 11 по коду измереннойтермо-ЭДС Е., ТП 1,1, скорректированному с учетом дрейфа нуля АЦП и помех, действующих на входе цифровоготермометра, определяет значение термо-ЭДС Е, измеряемой температуры путем алгебраического сложения кодатермо-ЭДС Е, с кодом термо-ЭДС Епоступающим из блока 10 памяти. Дрейфнуля и помехи на выходе АЦП учитывается путем алгебраического вычитания139774из результата измерения четвертого такта результата измерения в первом такте. Далее вычислительный блок по характеристике преобразования ТПГ(Р,) определяет значение изме 5 ряемой температуры 1 которое индицируется блоком 12 индикации. При этом в вычислительном блоке 11 осуществляется не только коррекция погрешности, вызванной отклонениемтемпературы свободных концов ТП от О. С, но и учет нелинейности характеристики преобразования ТП программным путем. В этом такте,так же как 15 и и первом, источник 13 стабильного напряжения нагружен на образцовый резистор 4 и нагрузочный резистор 5.За счет выбора образцового резистора ч близким к сопротивлению ТС по казания АЦП 9 во втором и третьем тактах близки, что приводит к компенсации погрешности АЦП в процессе вычисления сопротивления термопреобразователей. 25Таким образом, время протекания тока через ТС,приводящего к возможному самонагреву ТС, значительно сокращается и не превышает примерно1/30 части общего времени измерения З 0 Г, в которое входят интервалы времени необходимые для установки номера канала, измерения термо-ЭДС, усреднения, обработки результатов измерения, линеаризации, формирования отсчета. Это позволяет повысить точность определения температуры свободных концов за счет увеличения величины кратковременно протекающего через термопреобразонатель тока. При этом отношение мощности Р рассеиваемой на ТС при постоянном протекании через него така 1 к мощности Р , рассеиваемой на ТС при протекании через не- го тока 12 в течение короткого времени о , выражается формулой 34делению С, и, как следствие, к повышению точности измерения температуры.Конденсатор 6 предназначен для устранения высокочастотных составляющих тока, протекающих в момент замьгкания и размыкания контактов 14-1 б реле 7.В случае отсутствия необходимости использования всех ТП многоточечного цифрового термометра вместо отключенных ТС должны быть установлены перемычки.В качестве блока 10 памяти можно использовать интегральные микросхемы - постоянные запоминающие устройства с электрическим перенрограммированием. Это позволяет без изменения схемы термометра использовать его с ТП любой градуировки, корректировать метрологические характеристики термометра с учетом нестабильности характеристик преобразования ТП во времени, легко переходить от использования ТП одного типа к другому.В качестве вычислительного блока 11 могут быть использованы микропроцессор или микроЭВМ.Управление работой коммутатора 8, реле 7, ЬЦП 9 можно осущестнлять различными методами. Можно управлять их работой посредством шины синхронизации и управления вычислительного блока 11, возможна органиэация управления путем использования коммутатора с автоматическим обеганием каналов, в этом случае вычислительный блок 11 просто фиксирует по сигналам с блока 10 памяти номер очередного канала и после задержки считывает текущий код с выхода АЦП 9. Реле 7 в обоих случаях может переключаться посредством элемента ИЛИ прямо к тем обмоткам реле коммутатора, которые коммутируют ТС (цепи управления не показаны).Р 12/Р 12 гцг г 50 55 что приводит даже при некотором увеличении тока 1 к уменьшению само- нагрева ТС.При таком увеличении тока, протекающего через ТС н момент определения кода Е , чувствительность цифрового термометра во втором такте может быть увеличена в 5-10 раз, а это приводит к более точному опреФормула изобретения Многоточечный цифровой термометр, содержащий термоэлектрические преобразонатели, цепь, состоящую из последовательно включенных термопреобразователей сопротивления, каждый из которых расположен в непосредстненной близости от свободного конца соответ.ствующего термоэлектрическпгс преобразователя, коммутатор, входы которого соединены с выходами терм "лект1397743. Составитель В.КуликовТехред А.Кравчук Корректор Л,Пилипенко Редактор И,Горная Заказ 2264/39 Тираж 607 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, ЖРаушская наб д, 4/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 рических преобразователей и потенциальными выводами термопреобразователей сопротивления а вьгсоды подключены к блоку памяти и входу аналого"циФрового преобразователя, выход которого подключен к вычислительномублоку, соединенному с блоком индикации и блоком памяти, о т л и ч а ю -Щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены образцовый и нагрузочный резисторы, конденсатор, источник стабильногонапряжения и реле, первый неподвижныйконтакт которого соединен через нагрузочный резистор с первым выводомисточника стабильного напряжения,подключенным к первому токовому выво"ду цепи из последовательно включенных термопреобразователей сопротивления, параллельно которой включенконденсатор, второй неподвижный контакт соединен с вторым токовым выводом цепи иэ последовательно включенных термопреобраэователей сопротивления, а подвижный контакт через эталонный резистор подключен к второмувыводу источника стабильного напряжения, при этом потенциальные выводыэталонного резистора соединены с дополнительными ходами коммутатора, ауправляющий вход реле соединен с дополнительным выходом коммутатора.