Устройство для измерения температуры

(71) Институт полупроводниковАН УССР(56) Авторское свидетельство СССРНр 838407, кл, С 01 К 7/00, 1978.Авторское свидетельство СССРУ 932277, кл. С 01 К 7/02, 1978 еПатент США В 4122719,(57) Иэотурным иповышенпротивлза пониж РОИСТВО ЛЯ ИЗУВЕРЕ бретение относится ИПЕтемпера- ретенияненни со ще ею теля из- емператуГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС эмерениям. Цель иэо е точности. При изм ния термопреобраэов ения или повышения т ры автоматически изменяется ток егозапитки с целью обеспечения максимального уровня сигнала при допустимоймощности рассеивания на термопреобра"зователе, что реализовано с помощьюблока стабильных источников тока, содержащего несколько источников тока,каждый из которых настроен на генерацию заданного фиксированного тока.Для устранения погрешностей, возникающих в измерительном тракте, к входуизмерительного блока 4 через коммутатор 3 подключен блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений. Цифровой код измеряемых и эталонных величин с выхода измерительного блока 4поступает в вычислительный блок 7, где фосуществляется компенсация вддитивной и мультипликативной составляющихпогреиности. Определяется истинноезначение измеряемой температуры, которое вводится в блок регистрации ииндикации. 2 илИзобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в любой отрасли народногохозяйства, где необходимо производитьизмерение температуры с высокой точностью,Цель изобретения - повышение точ"ности измерения путем уменьшения погрешностей измерения, вызванных нестабильностью элементов устройства,а также перегревом термопреобразователей,На фиг, 1 показана структурнаясхема устройства для измерения температуры; на фиг. 2 - схема подключенияфотосчитывающего блока и блока параллельного интерфейса посредством информационной шины к вычислительному блоКу, 20Устройство содержит и термоэлектрических преобразователей 1 и ш термопреобразователей 2 сопротивления (преобразователей температуры в сопротивление), количество которых и и ш 25 в принципе может быть любым, коммутатор 3, измерительный блок 4, блок 5 источников стабильных токов, информационную шину б, связывающую все блоки устройства, вычислительный блок 7, ЗО :блок 8 памяти, блок 9 регистрации и ,вывода информации, блок 10 параллель,ного интерфейса, фотосчитывающий блок 11 и блок 12 образцовых сопротивлений и эталонных напряжений.35Термопреобразователи сопротивления могут быть подключены к входам коммутаторов по трех- или четырехпро водной схеме, при этом их токовые вы воды соединяются через коммутатор 3 с блоком 5 источников стабильных токов,Для оптимизации габаритов, уменьшения токов утечки между каналами коммутатор 3 может быть выполнен по двухступенчатой схеме. Блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений представляет собой цепочку стабильных сопротивлений, запитываемую от блока источников стабильных токов, нормального элемента или высокостабильного полупроводникового стабилнтрона.Фотосчитывающий блок 11 включает в себя (фиг. 2) источники 13, 13 и приемники 14, , 148 излуче 6ния, в качестве которых могут быть использованы, например, светодиоды инфракрасного диапазона, подключенные к источнику питания (не показан) че" рез токоограничивающие резисторы К,-Ки компараторы 15 , 158 напряжения.Устройство работает следующим образом.При подключении к входам коммутатора термоэлектрических преобразователей с Функциональной зависимостью 11 = Р(Т), где Т - измеряемая температура, напряжение 11, пропорциональное измеряемой температуре, поступает на вход измерительного блока 4, где оно нормируется и преобразуется в цифровой код. Если измерение температуры осуществляется при помощи термопреобразователей сопротивления с функциональной зависимостью К = Р(Т), то нормированное налряжение выделяется при подаче на них тока, поступающего через коммутатор с выхода блока 5 источника стабильных токов.При измерении температуры в широком динамическом диапазоне с помощью термопреобразователей сопротивления, как правило, возникает проблема перегрева термопреобразователя от тока запитки при изменении температуры в широких пределах, что может привести к значительным погрешностям измерения, 11 оэтому при изменении сопротивления термопреобразователя из-за понижения или повышения температуры необходимо автоматически изменять ток его запитки с целью обеспечения максимального уровня сигнала при допустимой мощности рассеивания на термопреобразователе, что и реализовано с помощью блока стабильных источников тока, содержащего несколько источников тока, каждый из которых настроен на генерацию заданного фиксированного тока. Источники тока могут быть выполнены по любой схеме, обеспечивающей высокую стабильность тока и нагрузочную способность в широком диапазоне сопротивлений.Для устранения погрешностей, возникающих в измерительном тракте, к вхо" ду измерительного блока 4 через коммутатор 3 подключен блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений.Б состав измерительного блока может входить какой-либо стандартный аналого-цифровой преобразователь (АЦИ) и усилитель с управляемым коэффициентом усиления.Цифровой код измеряемых и эталонных величин с выхода измерительногоблока 4 поступает в вычислительныйблок 7, выполненный на основе микропроцессорного набора, например серииК 580, в соответствии с рекомендациямипо его применению, Основным элементомтакого вычислительного блока может Эт( 5 О) зт 0 о 2 0 К(и, - 11, )х ю(2)Эг о25где У - эталонное напряжение или напряжение на эталонном резисторе блока 12;О, - напряжение смещения нуля,которое находится путемпроведения измерений при закороченном входе измерительного блока;Б - измеряемое напряжение;Б - истинное значение измеряемох 35го напряжения;К - значение образцового сопротивления;К - истинное значение измеряемо"го сопротивления,40Программа функционирования вычислительного блока 7, управляющего такжевсеми элементами устройства, управляющими словами по информационной шине,Фнаходится В блоке 8 памяти, Последний 45может быть реализован на микросхемахоперативной памяти динамического илистатического типа и микросхемах постоянной памяти,11 осле определения истинных значе 50 ний напряжений термоэлектрических преобразователей или сопротивлений термопреобразователей сопротивления вычислительный блок по аппроксимирующему многочлену и индивидуальным коэффициентам термопреобразователей, хранящимся в оперативной части волока памяти, определяет истинное значение являться, например, микропроцессорКР 580 ИК 80 А. Функционирование микропроцессора обеспечивают микросхемы стандартного микропроцессорного набора -тактовый генератор, системный контроллер и шинные формирователи, В вычислительном блоке первоначально осуществляется компенсация аддитивной и муль 15типликативной составляющих погрешности.При этом истинное значение измеряемыхвеличин может быть определено по формулам: измеряемой температуры, которое может быть выведено на блок регистрации и индикации, включающий в себя,например, печатающее устройство ицифровой дисп,;ей,Индивидуальные коэффициенты термопреобразователей определяются путемматематической обработки характеристики каждого индивидуального преобразователя. Так, например, для медныхтермопреобразователей сопротивлениятипа ТОМили ТСМаппроксимирующая формула имеет вид:Ти =а+ЬК, (3)где а и Ь - коэффициенты аппроксимации; К, - значение сопротивлениятермопреобразователя при температуреТ,Для термопреобразователей типаТ 11 К зависимость Т = 1(К) имеет вид:Т= а + ЪК,+ сК+ с 1 К, (4)В этом случае коэффициенты а, Ь, с и й являются индивидуальными для каждого термопреобразователя и приводятся в его паспорте.Для обеспечения функциональной гибкости и модифицируемости устройства для измерения температуры к информационной шине подключен блок 10 параллельного интерфейса, на входы которого поступает информация с выходов компараторов 15, в 1 приемников излучения фотосчитывающего блока 11, Достаточную простоту и надежность при подключении фотосчитывающего бло. ка к информационной шине может обеспечить интерфейс, выполненный, например, на основе стандартной микросхемы параллельного интерфейса КР 580 ВВ 55,Наличие блока 1 О параллельного интерфейса и фотосчитывающего блока 11 позволяет легко модифицировать оперативную часть блока памяти, обеспечивая тем самым возможность быстрого изменения алгоритма функционирования устройства, изменения типа аппроксимирующего многочлена и значений индивидуальных коэффициентов термопреобразователей, а также позволяет вводить поправочные коэффициенты, учитывающие временную нестабильность эталонных элементов измерительного тракта и до-полнительные программы для диагностики узлов устройства, что ведет к повышению точности измерения.Все перечисленные коэффициенты заносятся на перфоленту и вводятся в1394062 и 2 О Формула из Устройство для тры содержащее кни я р е з мер ения темпер аммутатор, входы 5 вх блок 8 памяти устройства с помощьюфотосчитывающего блока 11. Фотосчитывающий блок 11 работает едующим образом. 1 ри вводе перфолен 5 ть ее кодовые отверстия периодически пропускают световой поток от светодИодов 131, , 13 (или иных источков излучения) на приемники 14, . 1 О, вызывая появление на последнихтоЭДС, отпирающей соответствующие к мпараторы 15, . . ., 15, выходы кот рых подключены к входам Р, -Ра схемы и раллельного интерфейса 16. Вычисли" 1 т ьный блок 7 в соответствии с прог аммой, хранящейся в блоке памяти, о рашивает линии Р, -Ра интерфейса и з носит полученную информацию в сост в ствующие ячейки оперативной памят которого соединены с термопреобраэователями и выходами блока образцовыхсопротивлений и эталонных напряжений,а выход подключен к входу измерительного блока, выход которого и управля"ющие входы, а также входы и выходывычислительного блока, блока памяти иблока регистрации и индикации соеди"иены между собой информационной шиной,соединенной с коммутатором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения, в неговведены блок источников стабильныхтоков, блок параллельного интерфейсаи фотосчитывающий блок, состоящий изисточников и приемников излучения,выходы которых через компараторы соединены с входами блока параллельного интерфейса, выходы которого подключены к информационной шине, соединенной с управляющими входами блока источников стабильных токов, выходы коо соединены с дополнительнымими коммутатора.1394062 иа 2 оставитель В. Куликоехред Л.Сердюкова ектор А. Обруч Редактор Н, Тупица Заказ 2209/3 исное 13 Произвопственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект Хирам 607 1 ИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 5, Москва, Ж Раушска тета ССрывшийнаб., д