Устройство для измерения температуры

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 111979891 Е .(23) Приоритет -Опубликовано 071282. Бюллетень М 45Дата опубликования описания 07. 12, 82 рц м.кп,601 К 7/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ1 Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров с автоматической компенсацией термо-ЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя.Известно устройство для измерения температуры, содержащее термо-. электрические преобразователи, подключенные через коммутатор к компенсационному мосту, включающему в себя термопреобразователь температуры сво. бодных концов термоэлектрических преобразователей, измерительный блок и блок памяти 1.Однако это устройство не обеспечи вает высокой точности измерения температуры.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, соединенный с первым вхо дом переключателя и первым входом усилителя, выход которого подключен к первому входу ключа, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход через интегратор и нуль-орган подключен к входу селектора, соединенного с генератором тактовых импульсов, две схемы ли;неаризации, входы которых соединеныс выходами селектора, первый реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходами первой схемы линеаризации, регистратор, термопреобразователь сопротивления, подключенный через преобразователь сопротивления в напряжение к второму входупереключателя, блок управления, соединенный с управляющими входами первой схемы линеаризации, переключателя, ключа, нуль-органа и селекто 15 ра 2 ДОднако известное устройство имеетнедостаточно высокую точность измерения из-за влияния на результат измерения входных дрейфов усилителяпостоянного тока, что требует дляповышения точности измерения применять сложные и дорогостоящие усилители. Кроме того, в известном устройстве возможна автоматическая компен 25 сация изменений температуры Ос свободных концов только при О т 0 С,что значительно сужает область егоприменения.Целью изобретения является повы 30 шение точности измерения, у 79891Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство введены двесхемы ИЛИ, источник напряжения смещения и второй реверсивный счетчик,входы которого соединены с выходамисхем ИЛИ, а выходы соединены с регистратором и блоком управления,соединенным с управляющим входомвторой схемы линеаризации, причемвходы первой схемы ИЛИ соединены свыходамипервой и второй схем линеаризации, входы второй схемЫ ИЛИсоединены с выходами первой схемылинеаризации, а источник напряжениясмещения включен между выходам переключателя и вторым входом усилителя, первый вход которого соединен стретьим входом переключателя.На чертеже приведена блок-схемаустройства.Устройство содержит термоэлектрический термометр 1, переключатель2, усилитель 3, источник напряжениясмещения 4, ключ 5, интегратор б,нуль-орган 7, источник опорного напряжения 8, генератор тактовых импульсов 9, селектор 10, регистратор - цифровое отсчетное устройство11, первый реверсивный счетчик 12,первую схему ИЛИ 13, первую и вторуюсхемы линеаризации 14 и 15, вторуюсхему ИЛИ 16, второй реверсивныйсчетчик 17, термопреобразователь сопротивления 18, преобразователь сопротивления в напряжение 19, блок уп.равления 20,Устройство работает следующим образом.В первом такте при включении устройства по сигналу с блока управления переключатель 2 подключает к вхо. ду усилителя 3 источник напряжения смещения 4, ключ 5 подключает к входу интегратора выход усилителя 3, селектор 10 закрывается, а все остальные элементы устройства перево", дятся в исходное состояние. При этом иа вход интегратора поступает напряжениец,.-й.+о О) где К - коэффициент усиления усилителя;О - выходное напряжение источимника смещения 41О - напряжение входного дрейфаусилителя,которое интегрируется в течение интервала времени 1, длительность которого выбирается равной периоду напряжения сети питания устройства и задается блоком управления 20. Напряжение смещения ОН всегда выбирается большим максимально возможного значения дрейфа.О, так что О всегда больше нуля. В конце интервала времени Т на эыходе интегратора возникает напряжениетОК ) О д 1 = К К (О О),Т Г 2) 5 где К -- , ( Ь - постоянная вреМмени интегрирования интегратора) .После окончания интервала времени т по сигналам с блока упраэле ния ключ 5 подключает к входу усилителя выход источника опорного напряжения 8, селектор 10 откарываетсядля прохождения импульсов от генератора тактовых импульсов 9 на вход 15 первой схемы линеаризации 14 (приэтом устанавливается постоянный коэфФициент преобразования последней), ас ее выхода на вычитающий вход первого реверсивного счетчика импульсов 12 и через вторую схему ИЛИ 16на вычитающий вход второго реверсивного счетчика импульсов, 17.Напряжение О с выхода источникаопорного напряжения 8 интегрируется втечение интервала времени с до техпор, пока интегратор б не возвратитя в исходное состояние, т,е, покане будет выполнено условиеф 1ЗО И "МКН"0=КНО 0 МДлительность интервалаопределяется выражением, получемым из (3)и (2)КдОсм + Од Т(4) 31ОМомент окончания интервала с фиксируется нуль-органом 7. По его сигналу селектор 10 закрывается. При 40этом в реверсивных счетчиках зафиксируется код числа Н, равный(ОсмО )Т (5)Ф оО Оогде Г - частота импульсов генератоЬра тактовых импульсов 9.Во втором такте по сигналу с блока управления переключатель 2 подключает к входу усилителя 3 через источник напряжения смещения 4 выход пре образователя сопротивления в напряжение 19, а ключ 5 подключает к входу интегратора б выход усилителя 3,При этом на вход интегратора б"поступает напряжениеТфсм+09)+ОД 3 К, (6)где О - напряжение на выходе прес образователя сопротивленияэ напряжение 19; бО К - коэФФициент преобразованияипреобразователя 19;лй,= - изменение сопротивления= й /.6, термопреобразователя с изменением температуры Юсвободных концов термо 979891электрического преобразователя 1;В - сопротивление термопреобразователя сопротивленияпри 4= ОС.Причем значение Овыбирается таким, чтобы О было больше нуля.Напряжение О интегрируется интег. ратором в теченйе интервала времени Т, в момент окончания которого на выходе интегратора возникает напряжениеОи = К, Х О ас : К ., К О + О )+После окончания интервала времени Т по сигналам с блока управления ключ 5 подключает к входу интегратора источник опорного напряжения, а селектор 10 открывается для прохождения импульсов от генератора тактовых импульсов на вход первой схемы линеаризации 14 (при этом устанавливается постоянный коэффициент преобразования последней), а с ее выхода на суммирующий вход реверсивного счетчика 17.Напряжение ОО с выхода источника опорного напряжения 8 интегрируется в течение интервала времени с доа тех пор, пока интегратор б не возвратится в исходное состояние, т.епока не будет выполнено условиеФаО = О = К) Одс = КОс (8)Длительность интервала времениопределяется выражением 2.К(Осг + О )Ос (9)ОПри этом если с0 С, то с соапри с )ОВ первом случае в момент окончания интервала 1 срабатывает нуль- орган 7 и по его выходному сигналу блок управления дает команду на подключение выхода первой схемы линеаризации через вторую схему ИЛИ 1 б к вычитающему входу счетчика 17 и установку по этому выходу переменного (функционального) коэффициента преобразования схемы 14. При этом на вычитающий вход счетчика 17 с вы" хода схемы линеариэации 14 через схему ИЛИ 1 б поступают импульсы переменной частоты , а на суммирующий вход счетчика 12 продолжают поступать импульсы постоянной частоты 1 .В момент перехода счетчика 12 через нуль, т.е. поступления й импульсов, селектор 10 закрывается, прекращая подачу импульсов на второй вход схемы линеаризации 14.В течение интервала времени с-с на вычитающий вход счетчика 17 поступает й импульсов В результате двух тактов преобразования при сс с 1 в счетчике 17 зафиксируется код числай = й + М =(О +О )+5 К То(11)Во втором случае, когда с гсимпульсы частотой с поступают на 10 суммирующий вход счетчика 12 до мо,мента с перехода его в нулевое сосл, тояние, В момент перехода блок уп,равления дает команду на подключениевыхода второй схемы линеаризации 14 15 через схему ИЛИ 13 ксуммирующемувходу счетчика 17 и установку поэтому выходу переменного (функционального) коэффициента преобразования схемы линеаризации 14, При этомимпульсы переменной частотысвыхода схемы ИЛИ 13 поступают насуммирующий вход счетчика 17 с момента времени с до моментакогда сработает нуль-орган 7, по 25 сигналу которого закрывается селектор 10. На суммирующий вход счетчика 12 за время с - с поступаетМ импульсов2Г К Т ЭО ""2 фЛ = О О В результате двух тактов преобразования при с 1 с в счетчике 17 зафиксируется код числа35 й:й -й --- -,О ФО)с Кч(О смоИ 4,с. (13)ОоВ третьем такте по сигналу с бло ка управления селектор 10 закрывается, переключатель 2 подключает квходу усилителя 3 через источник напряжения смещения 4 выход термоэлектрического термометра.45 При этом на вход интегратора бпоступает напряжениеОз = К Е(Охи 0 ) + (Огл + О 9 )3 е (14)где Е (Х,0 ) - выходная термо-ЭДС,термоэлектрического термометра при 50 изменяемой температуре 0 х его рабочего спая и температуре 0 его нерабочих спаев. Значение Е(цх,0)можно представить в нидеИх,Вс) -(вх,) -Ь (О Ос), (Йгде Е(Ох,0) - теРмо-ЭДС теРмоэлектрического термометра 1 при температуре свободных концов ОС, соответствующая значениям, при которых 60 градуирован термоэлектрический преобразователь; Е(0,с 1 ) поправка к термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя при отличии температуры свободных концов 0 от 0 С, причем 65 если 0 ) 0 С, то в выражении (15)При выполнении условия Е(0,0 ) 0(20) стоит знак "минус", а если ООС, то - "плюс"Напряжениеинтегрируется ин" тегратором б в течение интервалавремзни Т, в момент окончания которого на выходе интегратора возникает напряжениеО = К,ц . а: ККГЕ(О,ос)После окончания интервала време" . ни Т к входу интегратора подключается выход источника опорного напря жения 8, селектор 10 открывается для прохождения импульсов частотойот генератора тактовых импульсов 9 на вход схемы цифровой линеа-. ризации 15 (при этом устанавливается постоянный коэффициент преобразования последней), а с ее выхода на суммирующий вход реверсивного счетчика импульсов 17.Напряжениес выхода источника опорного напряжения интегрируется в течение интервала времени Ф до тех пор, пока интегратор б не возвратится в исходное состояние, т.е. пока не будет выполнено условие.р = ,0 ф = .0 фз.(17)3рз е оДлительность интервала времени Ез определяется выражениемК И(а, О) + дЕ(0 О,)+(0.+О )3 тС (13 оИмпульсы частотой Ф с выхода генератора тактовых импульсов поступают через схему линеаризации 15 (при ее постоянном коэффициенте преобразования) на суммирующий вход счетчика импульсов 17 в течение интервала времени 1 до момента 1 Перехода через нуль реверсивного счетчика 17.В моментпо команде с блока управления устанавливается переменный ( функциональный ) коэффициент преобразования схемы линеаризации 15, С выхода последней импульсы переменной частоты поступают на суммирующий вход счетчика 17 до окончания интервала времени Ь, т.е. до момента срабатывания нуль-орга" на 7, по сигналу которого блок управления закрывает селектор 10. При этом в счетчике 17 за время й - с э афиксируется Я импулвсов, гдес = " ,при 0 с 0 С илиМл ф М 20что нетрудно осуществить путем функФ 1ционального изменения коэффициентапреобразования схемы линеаризацки 1,исходя из заданной градуировочнойхарактеристики дЕ (00) термо электрического преобразователя 1(путем функционального изменения частоты Г ), получаем 10 Формула изобретения Устройство для измерения темпера-туры, содержащее термоэлектрический преобразователь, соединенный с пер" 0 вым входом переключателя и первымвходом усилителя, выход которого подключен к первому входу ключа, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, а вы" ход через интегратор и нуль-орган подключен к входу селектора, соединенного с генератором тактовых импульсов, две схемы линеаризации, входы которых соединены с выходами селектора, первый реверсивный счетчик; вх(оды которого соединены с выходами первой схемы линеаризации, регистратор, термопреобразователь сопротивления, подключенный через преобразователь сопротивления в напряжение к 65 второму входу переключателя, блок М: ГЕ(00) (21)0Обеспечив 1 Е (0,0) = ч путем функционального .йзменения коэф"фиц энта преобразования схемы линеаризации 15,исходя из заданнойградуировочной характеристики (0,О) термоэлектрического преобразователя, получаем результат измеренияМ, не зависящий от изменений температуры свободных концов, т.е.с20- к,( тМ - Ка , где КМ Опостоянный коэффициент, зависящий от параметров устройства.Введение в устройство новых элементов и новых связей, а также из-,менение его алгоритма работы позволяет повысить точность измерениятемпературы, поскольку автоматическая компенсацияизменений термо-ЭДСтермоэлектрического преобразовате) ля, вызванных изменениями температуры его свободных концовосуществляется в цифровой форме после аналого-цифровых преобразований,и поэЗ 5,тому не требует, как в известномустройстве, формирования на входенизких уровней компенсирующих напря.жений, что снижает точность и помехоустойчивость измерений. Кроме то"40 го, в устройстве устраняется влияние на результат измерения входныхдрейФов усилителя постоянного тока.979891 остав ехред Данк Редант тираж 887Государственногоделам изобретениосква, Ж, Рауш аказ 9344 писное комитета Си открытийкая наб.,И 113035"Патент иал управления, соединенный с управляю-щими входами первой схемою линеаризации, переключателя, ключа, нульоргана и селектора, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены две схемы ИЛИ, источник напряжения смещения и второй реверсивныйсчетчик, входы которого соединены свыходами схем ИЛИ, а выходы соединены с регистратором и блоком управления,. соединенным с управляющим входом второй схемы линеаризации, причем входы первой схемы ИЛИ соединены с выходами первой и второй схем линеариэации, входы второй схемы ИЛИсоединены с выходами первой схемылинеаризации, а источник напряжениясмещения включен между выходом переключателя и вторым входом усилителяпервый вход которого соединен с третьим входом переключателя. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 408170, кл. С 01 К 7/12, 1972,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 32402 б 4/18-10,кл. С 01 К 7/14, 1981 (прототип). тель В. Куликов