Устройство для измерения температуры

1 134Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для дистанционного измерения температуры с использованием терморезисторов.Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг1 приведена структурная схема устройства; на Фиг, 2-4 - схемы коммутаторов устройства.Устройство содержит последователь.но соединенные резисторы 1 - 3, терморезистор 4, образцовые резисторы 5 - 7, линию 8 связи содержащую четыре провода 9 - 12, резисторы 3 - 15, имитирующую сопротивления проводов линии 8 связи, первый 16, второй 17, третий 18 коммутаторы, источник 19 постоянного напряжения, дифференциальный усилитель 20, микроЭВМ 21, блок 22 управления, блок 23 индикации, шину 24 нулевого потенциала, Первые выводы образцовых резисторов 5- 7 объединенывторые выводы соединены с первым, вторым и третьим входами коммутатора 16. Первые выводы резисторов 13 - 15 соединены между собой, второй вывод резистора 13 соединен с точкой соединения образцовых резисторов 5 - 7, второй вывод резистора 14 - с шиной 24 нулевого потенциала, второй вывод резистора 15 - с вторым входом коммутатора 17, Первый вывод терморезистора 4 соединен с четвертым входом коммутатора 16 проводом 9 линии 8 связи и с первым входом коммутатора 18 проводом 12 линии связи. Второй вывод терморезистора 4 соединен с пятым входом коммутатора 16 проводом 10 линии 8 связи и с вторым входом коммутатора 8 проводом 11 линии связи, Четвертый вход коммутатора 16 соединен с первым входом коммутатора 17, а пятый вход коммутатора 16 - с третьим входом коммутатора 17, Выход коммутатора 16 соединен с первым выводом резистора1, выход коммутатора 17 - с вторым выводом резистора 3, выход коммутатора 18 - с шиной 24 нулевого потенциала. Первый выход источника 19 постоянного напряжения подключен кточке резисторов 1 и 2, а второй выход соединен с шиной 24 нулевого пот .нциала. Первый вход дифференциального усилителя 20 подкцочен к первому выводу резистора 1, я второй вход - к точке соединения резисторов 2 и 3. Выходдифференциального уси 5068 2лителя 20 подключен к микроЭВМ 21.Первые пять выходов блока 22 управления соединены соответственно с пятью управляющими входами коммутатора 1)16, шестой, седьмой и восьмой выходыблока 22 управления соединены с первым, вторым и третьим управляющимивходами коммутатора 17, девятый идесятый выходы блока управления соединены с первым и вторым управляющими входами коммутатора 18. Блок 22управления и блок 23 индикации соединены с микроЭВМ 21. Последовательно соединенные резисторы 1 - 3 иподключаемые коммутаторами 16 - 18терморезистор 4 или образцовые резисторы 5 - 7 образуют измерительныймост.Работа устройства подразделяетсяна два этапа: первый - калибровка,второй - измерение температуры.Целью калибровки является определение коэффициентов А,В,С функции 2 В преобразования измерительного мостаП = АЬК +Вдк + С, (1)где 11 - выходное напряжение диффе"ренциального усилителя 20; ЗО А - коэффициент, характеризую"щий нелинейность функциипреобразования;В - коэффициент линейного преобразования;С - коэффициент, определяющий 35начальный сдвиг функциипреобразования,Процесс калибровки устройства состоит из трех тактов. В первом так 4 п те коммутаторы 16 и 17 по командамс блока 22 управления подключают визмерительный мост первый образцовыйрезистор 5, Напряжение на выходе дифференциального усилителя 20 равноП 7= АДК+ Вак,+С (2)где Йк - разность сопротивлений резистора 5 и резистора 3смежного плеча моста,Во втором такте в измерительныймост подключен второй образцовыйрезистор 6, На выходе усилителя 20напряжение 11 равно1,=Адк + ВдК + С, (3) Вбгде д К - разность сопротивлений резисторов 6 и 3.В третьем такте в измерительныймост подключают третий образцовый3 13450 резистор 7 и получают на выходе уси- лителя АаК + ВЛК + С, (4)5 где а К - разность сопротивлений резисторов 7 и 3.Сопротивления резисторов 13 - 15 равны между собой и приблизительно равны сопротивлениям проводов 9 11 линии 8 связи. На основе решения системы из трех уравнений (2), (3) и (4) составляют алгоритм функционирования микроЭВМ 21 для определения значений коэффициентов А,В и С. 15На втором этапе измеряют температуру по изменению сопротивления терморезистора. Процесс измерения сопротивления терморезистора состоит из двух тактов, В первом такте комму татор 16 подключает терморезистор 4 и провод 9 линии связи с резистору 1 измерительного моста, коммутатор 17 подключает терморезистор 4 и провод 10 линии связи к резистору 3 мос та, проводом 11 линии связи терморезистор через коммутатор 18 соединен с шиной 24 нулевого потенциала, При выполнении условия, что сопрогивлен резисторов 1 и 2 много больше сопротивлений терморезистора и резистора 3, напряжение на выходе усилителя 20 равно ВК =2 8) О Из анализа выражения (8) с учетом(7) следует, что изменение сопротивления ЬК терморезистора 4 не зависитот стабильности источника 19 напряжения, резисторов 1,2 и 3, коэффици ента усиления дифференциального усилителя 20, скомпенсирована нелинейность несбалансированного измеритель.ного моста путем выполнения математических операций в (8) с помощью 0 микроЭВМ 21, Точность измерения Ь К,определяется в основном точностьюнахождения коэффициентов А,В,С с помощью подключения образцовых резисторов 5,6 и 7, значения сопротивле-ний которых могут быть известны с по"грешностью не хуже 0,01%.Значение сопротивления термореэис"тора 4 составляет ия= К 1 Г(К,+гкоэффиг моста; К, - сопротисопроти10 лини 1 - ток в и где ление резистления провод8 связи;ечах моста.е коммутатор 16стор 4 через прорезистором 1 мос ораов 9=аК+К,Сопр связ Во вединяет10 линикоммутатор с и ром так ерморез связи с оой 17 иодоммоста рез ресключает термлинии связипровод 12 лиереэ коммута(1 + 0 ерморезис где К,с и Р зистору связи по к шине 2 ротивлениеопри 0 С;ффициент птемператукое сопротпература вьсия.и с учетом а образовакоэ ния ря о потенциала. Н ифференциальног е ы в электривление;градусах ение нсилител ых 20 чес С - тем Цел огда из (10)По результатам двух измерении (5) (6) микроЭВМ 21 вычисляет среднее значение напряжения на выходе уси 684: К 1(К,-К,) = КК. (7) Из последнего выражения следует, что среднее арифметическое двух напряжений, полученных соответственно в первом и втором тактах, не зависит от изменения сопрбтивлений проводов линии связи, так как в результате коммутации они оказываются включенными поочередно в смежные плечи моста. Так как коэффициент К преобразования мос- та зависит в небольшой степени от ЬК, необходимо для уменьшения линейности от этого влияния определять значение 4 К как решение квадратного трехчлена (1) тивление К терморезистоно с измеряемой температошением(К,+г -К+г, +К,-г,-К. -торая определяется с помощью мик- ЭВМ в зависимости от типа исполь5 134 зуемых терморезисторов. Значение измерений температуры отображается блоком 23 индикации. Члр. дход 1 асхад Улр ЮходЯ одг Ьадд Ухо 35 Формула и забре тения устройство для измерения температуры, содержащее три резистора, причем второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора, источник постоянного напряжения, первый выход которого подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а второй - к шине нулевого потенциала, терморезистор, дифференциальный усилитель, первый и второй входы которого соединены с первым выводом первого резистора и точкой соединения второго и третьего резисторов соответственно, блок управления, блок индикации и микро- ЭВМ, которая соединена с выходом дифференциального усилителя, блоком управления и блоком индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены три образцовых резистора, четвертый, пятый, шестой резисторы, три коммутатора, причем первые выводы образцовых резисторов соединены с вторым выводом четвертого резистора, а вторые выводы образцовых резисторов подключены к первому, второму, третьему входам первого коммутатора соответственно, первые выводы четвертого, пятого, шестого резисторов соединены межцу собой, второй вывод пятого резистора соединен с шиной нулевого потенциала, четвертый вход первого коммутатора соединен с первым входом второго коммутатора и через первый провод линии связи - с первым выводом терморезистора, второй 1 О вход второго коммутатора соединен свторым выводом шестого резистора, пятый вход первого коммутатора соединен с третьим входом второго коммутатора и через второй провод линии 15 связи - с вторым выводом термореэис"тора, первый и второй входы третьего коммутатора соединены с первым и вторым выводами терморезистора через четвертый и третий провода линий свя О зи соответственно, выходы первого ивторого коммутаторов соединены с первым выводом первого резистора и вторым выводом третьего резистора соответственно, выход третьего коммутато ра подключен к шине нулевого потенциала, первые пять выходов блока управления соединены с пятью управляющими входами первого коммутатора соответственно, шестой, седьмой, вось- ЗО мой выходы блока управления соединены с первым, вторым, третьим управляющими входами второго коммутатора соответственно, девятый, десятый выоды блока управления соединены с, первым и вторым управляющими входами третьего коммутатора соответственно.1345068 Йод Ухо 02 Составитель В. Журавлеветрова Техред Л. Олийнык орректорИ, Муска то Подписное аказ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна 910/41ВНИИПИпо д13035, Мо Тираж 77осударственноглам изобретенийсква, Ж, Ра комитета СССРи открытийская наб., д. 4/5