Устройство для измерения температуры

(22)Заявлено 16,05,77 (2 т) 248 а)м. кл. В 01 К 16 с присоединением зая 3) Приоритет асудааатвеиный канатет ссср пуб ковано 05, 10.79, Бвллетен 53) УДК 536 53.79 Дата опубликования описания 0(72) Авторы нзобрете ибок, 3. Я. Монастырский, Е, С. Полищук и В. Львовский ордена Ленина политехнический институт1) УСТРОЙС Я ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРА естно устройство для иатуры, содержащее термления, подключенный п мерен ометр емп аротив линии осредств ок жения, р счетчикво имеет связи к источ генератор им пако известноеппсу на ьсов сто Остроисть изме недостаточную точнос ловленную низкой пом устройства из-за нали нейно-изменяющегося нительная погрешност ия, об оустойчивостью.1 я генератора липряжения. Бополозникает вви ер,статво е Изобретение относится к области тер-мометрни,отсутствия устройства линеаризацип,как нелинейность термок;етра, напримплатинового в диапазоне 0-600 С совляет 6%. Кроме того, на точностьрения влия 1 от нестабильность генератимпульсов, нестабильность козффициепередачи усилителя и генератора токаНаиболее близким по техническойности к изобретению является устрой для измерения температуры, содержащтермометр сопротивления, соединеннь посредством линии связи последовательно с источником постоянного напряжения и образцовым резистором, точка соединения которых подключена к общей шине устройства, и второй выход резистора подключен через переключатель, снабженный элементом управления ко входу интегрирующего преобразователя напряжения во временной интервал, подключенного к входу блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом второго перекгпочателя, входами счетчика результата и селектора, ко второму входу которого подсоединен выход генератора импульсов, а к выходу - вход счетчика ре-зультата, подключенного выходом к блоку цифрового отсчета2 .Однако известное устройство также имеет недостаточную точность измерения из-за погрешности, вносимой сопротивлением подводя 1 цих проводов, а также функци-, ональным генератором и преобразователем сопротивления в напряжение постоянного тока.3 69032Белью изобретения является повыщение точности измерения при подсоединении термометра по двухпроводной линии связи, для чего в предлагаемое устройство введены третий переключатель, запоминающий конденсатор, вентиль, схема перезаписи, группа схем совпадения, логическая схема и два счетчика импульсов, вход одного из которых подключен ко второму выходу селектора, а информационные вы ходы этого счетчика соединены с входами схем совпадения, вторые входы которых подключены к информационным выходам счетчика результата, а выходы группы схем совпадения соединены с входами 35 логической схемы, подключенной выходом к входу второго счетчика импульсов, выход которого соединен с управляющим входом селектора, вход записи второго счетчика соединен с выходом схемы пе резаписи, подключенной к выходам счет чика результата и блока управления а параллельно термометру сопротивления подключена цепочка из .последовател.ьно соединенных запоминающего конденсатора и вентиля, параллельно которому включены два входа первого переключателя, подсоединенйбго выходом к началу одного из проводов линии связи, причем элемент управления первым переключателем включен в рассечку между выводом термометра и началом второго провода связи, конец которого подключен к вьгсоду третьего переключателя, один из входов которого подключен к источнику напряжения, а второй - ко второму входу первого переключателя, при этом управляющий вход третьего переключатели подсоединен к выходу блока управления.Кроме того, для получения линейной зависимости выходного сигнала от температуры селектор снабжен допопнительным выходом, соединенным с третьим входом логической схемы.Устройство поясняется чертежом, где 1 - термометр сопротивления, 2 - запоминающий конденсатор, 3 - вентиль, 4 - элемент управления, 5 - первый переключатель, 6 и 7 - провода линии связи, 8 - третий переключатель, 9 - источник напряжения, 10 - образцовый резистор, 11 - второй переключатель, 12 - интегрирующий преобразователь, 13 - генератор импульсов, 14 - блок управления,Ы 15 - селектор, 16 - счетчик импульсов, 17 - группа схем совпадения, 18 - счетчик результата, 19 - схема перезаписи, 20 - логическая схема, 21 - второй 6счетчик импульсов, 22 - блок цифровогоотсчета.Устройство работает следующим образом,При отсутствии тока через термометрсопротивления, и следовательно черезустройство управления 4, переключатель5 находится в положении 1, В моментвключения устройства переключатели 8и 11 переводятся в положение 1, и поцепи - замкнутые контакты нереклю ателя 8, соединительные провода 6 и 7,элемент управления 4, замкнутые контакты переключателя 5 и резистор 10 - отисточника 9 потечет импульс зарядноготока конденсатора 2. При этом устройство 4 управления (в качестве которогоможет служить, например, обмотка электромагнитного реле) переводит переключатель 5 (контакты этого же реле) в положение (, Замыкается цепь прохождениятока через термометр сопротивления иустройство управления, чем подтверждается это состояние переключателя 5. Вентиль 3 включен таким образом, что конденсатор заряжается до напряжения, равного падению напряжения на термометре,а заряд конденсатора через термометрисключен благодаря высокому обраномусопротивлению вентиля. Падение напряжения на резисторе 10 при протекании тока равно: Е 1У,= -Х ргде Й = Д +Р ++ ; Д - суммарноеЕ П. И 1 Д,сопр отивление проводов линиисвязи;сопротивление термометра;- внутреннеесопротивление устройства управленияД - сопротивление1образцовогорезистора10;- напряжениеисточника 9.В первом такте работы устройства,это падение напряжения через переключатель 1 1 (положение) поступает на входинтегрирующего преобразователя напряжения5 6903во Временной интервал с двухтактным интегрированием.Длительность первого такта интегрирования выбирается равной периоду помехи нормального вида, действующей в линии,5и задается блоком управления посредством выделения помехи или напряжениясети пит ния. После окончания первоготакта интегрирования блок 14 управленияпереводит переключатели 8 и 11 в положение Й, причем От входа интеграторапреобразователя 12 отключается выходпереключателя 11, а подключается источник (на чертежене показан) опорногонапряжения, который возвращает интегратор в исходное состояние. Длительностьвторого такта:.уг у р угде 1 - длительность первого такта;Ц - напряжение источника опорногонапряжения, подключенное к входу интегратора во втором такте,За это время прекращаются переходные процессы в линии связи, цепь протекания тока через термометр сочротивления и устройство управления разрывается, и переключатель 5 переводится в положение П . В третьем такте интегрирования, которьгй выбирается также равным периоду помехи, к входу интегрируюшего преобразователя через переключатели 5, 8, 11 прикладывается напряжение конденсатора 2, равное падению па- З 5пряжения на термометре сопротивления:ЕРоПри этом необходимым условием устряненгя влияния сопротивления соединительнойлинии на результат измерения является;й ВИ +РЬЛгде Р - входное сопротивление интегриВх руюшего преобразователя 12. Длительность четвертого такта интегрирования равна: 50-зв ф о 4 Й 55 где 1 - длительность третьего такта.Блок управления 14 открывает селектор 15 для прохождения импульсов генератора 13 во втором тахте интегрирования на вход счетчика 16, а в четвертом - ня вход счетчика 18. При этом в конце четвертого такта в с ьетчцкях запишутся чпсля соответственно:М - " =- - ЛЛгоуягУ,р Где 1 "- числО импульсов, поступйвйихв счетчик 16, я- в счетчик 18Т участота следОВяния импульсОВгенератора 13.После Окончания четырех тактов интегрирования переключатели 8 и 11 переводятся в положение 1, а в устройст- ве Осуществляется цифровая Обработка результата. Сигналом блока управления число Й, записанное в счетчике 18, посредством схемы перезаписи переносится в дополнительном коде в счетчик 21, при этом осуществляется сброс счетчика 18. Селектор 15 открывается для прохожденич импульсов на вход счетчика 18 до момента лерехода через ноль счетчика 21, Счетчики 16 и 18 вместе с группой,схемсовпацения 17 и логичес- кои схемой 20 образуют двоичный умно- житель частоты. Логическая схема 20 представляет собой исключающее ИЛИ, Б первом такте обработки селектор закрыт по третьему выходу, и схема 20 выполняет функции Обычной собирательной схемы, Поэтому если на вход счетчика 18 поступают импульсы с частотой , то частота следованияимпульсов ня входе счетчика 2 1 равнагде И - псло дкоичных разрядов счетчиков 16 и 18, подключенных квходам схем совпадения. Селектор 15 открыт ня протяжении времени 7 . определяемого из равенств;ГДЕ= Я - ЧИСЛО ИСПУЛЬСОВ, ПОступцвшцх на вход счетчика 18 в первомтакте Обработки роз 5 льтатя;а К К -Д690326 ступают от одного и того же генератора, нетрудно заметить, что частота следования импульсов на выходе логической схемы будет равна разности частот генератора и выходной частоты умножителя, тоесть: где Г - частота следования импульсов1на входе счетчика 21,41Гуи= лгде 1- число, записанное в счетчикео16 в каждый данный момент 1времени второго такта обработки,Число импульсов, поступившее на входсчетчика 21 за время второго такта: ЧЯ Р"( 1, )4" ягде 7 - длительность второго тактаобработки.Учитывая, что число записанное в конце этого такта в счет щке 18: И : ).из (7) получим:Н =М -- ,(такта обработки: 55о2 ох,-г -( И Бб )-1(АВ 88 )К 7Подставив в (3) значение М 1 и М из (1) и (2) и учитывая, что параметры РЕ , Ц,и период помехи (1 = Кз) постоянны на время преобразования, получим: 5Йгде М- уставка в счетчике 18, устанавливаемая при сбросе. Следова 1 О тельно, число, записанное в счетчике результата, пропорционально измер яемому информативному параметру термометра сопротивления. При этом точность измерения определяется практически лишь погрешностью образцового резистора Р при легко выполнимом условии кратковременной стабильности параметров измерительной схемы. Устройство обладает высокой помехозащитностью благодаря тому, что интегрирование падений напряжений как на образцовом, так и на измеряемом резисторах осуществляется за время, кратное периоду помехи нормального вида. Показания прибора не зависят от длительности интегрирования в первом и третьем контактах, что позволяет применять устройство без потери помехоустойчивости в широком частотном диапазоне помех нормального вида и без подстройки и слежения за длительностью первого такта.С целью обеспечения цифрового отсчета в единицах температуры и линейности показаний при работе с нелинейными платиновыми термометрами сопротивления, в устройстве вводится.,дополнительная .связь третьего выхода селектора 15 со входом логической схемы 20. Кроме того, добавляется. еще один дополнительный такт цифровой обработки результата из-,ц мерения.Зависимость информативного параметра термометра сопротивления от измеряемой температуры, как известно, описывается уравнением Календара:45Рн - Р, (1 ЛВ ЬВ), /5) где Р - значение сопротивления термоометра при температуре О С; Й- измеряемая температура; А и В - постоянные 5 Окоэффициенты, л РЕсли уставка Н =заносится в дополнительном коде, то число, зап- санпое и счетчике 18 в конце первого Перед началом второго такта обработки это число посредством схемы 19 перезаписи заносится в дополнительном коде в счетчик 21, а счетчики 16 и 18 устанавливаются в нулевые состояния.Во втором такте обработки селектор 15 открывается для прохождения импульсов генератора 13 по трем выходам до момента прихода импульса с выхода счетчика 21, который поступит на управляющий вход селектора при прохождении на вход счетчика импульсов. Через логическую схему 20 в этом случае проходят лишь импульсы генератора 13, которые не совпадают с выходными импульсами схем совпадения 17. Учитывая, что импульсы на входы счетчиков и дополнительный вход логической схемы 20 поЖТакое вычитание необходимо в связис тем, что коэффициент В, входящий вуравнение (5), отрицателен.Приравнивая правые части равенствОдкуда, при вьполцепш соотношенийи олучим:й -ФОйгде ф = д - коэффициент пропорциональности, то есть число, записанное в счет:ике результата, пропорционально измеряемой температуре, На этом процессе измерения заканчивается. Схема возвращается в исходное состояние до приходаследующего импульса запуска. Результатизмерения ицдипируется цифровым таблоблока 22.ГЗводение описанных выше узлов и связей позволяет, таким образом, устранитьвлияние на точность измерения погрешностей источников напряжения и тока,генератора счетных импульсов и поэтомуне требует применения дорогостоящих ивысокостабильных источников. Мерой сравнения служит образцовый резистор, класс25точности которого может быть довольновысоким. На погрешность измерения практически не влияют сопротивления соединительной линии и их изменение. С цельюполучения линейной зависимости показазоний от температуры, в устройстве не используются функциональные генераторынапряжений и токов. Погрешность от нелинейности в устройстве может не превы 35шать дискретности показаний,Следовательно, в предложенном устройстве удается получить, по сравнениюс известными повышенную точность измерения температуры с помощью платиновых термометров сопротивления придвухпроводном их подключении.Формула изобретения451. Устройство для измерения температуры, содержащее термометр сопротивления, соединенный посредством линии связи последовательно с источником постоян-.и ного напряжения и образцовым резистором, точка соединения которых подключена к общей шине устройства, и второй вывод резистора подсоединен через переключатель, снабженный элементом управления,. к входу интегрирующего преобразователя напряжения во временной интервал, подключенного к входу блока управления, выходы которого соединены с управляющим входом второго переключателя, входами счет щка результата и селектора, ко второму входу которого подсоедицец вькод генератора импульсов, а к выходу - вход счетчика результата, подключепого кюходом к блоку цифр ов ого отсчета, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при подсоединении термометра по двухпроводной линии связи, в устройство введены третий переключатель, запоминающий конденсатор, вентиль, схема перезаписи, группа схем совпадения, логическая схема и два счетчика импульсов, гход одного из которых подключен ко второму выходу селектора, а информапионные выходы этого счет п 1 ка соединены с входами схем совпадения, вторые входы которых подклкчены к информационным выходам счетчикарезультата, а выходы группы схем совпадеия соединены с входами логическойсхемы, подключенной выходом к входувторого счетчика импульсов, выход которого соединен с управляющим входом селектора, вход записи второго счетчикасоединен с выходом схемы перезаписи,подключенной к выходам счетчика результата и блока управления, а параллельнотермометру сопротивления подключенацепочка из последовательно соединенныхзапоминающего конденсатора и вентиля,параллельно которому включены два входа первого переключателя, подсоединенного выходом к началу одного из проводов линии связи, причем элемент управления первым переключателем включенв рассечку между выводом термометра и началом второго провода связи,конец которого подключен к выходу третьего переключателя, один из входовкоторого подключен к источнику напряжения, а второй - ко второму входу первого переключателя, при этом управляюнийвход третьего переключателя подсоединен к выходу блока управления.. 2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я те , что, с целью получениялинейной зависимости выходного сигчала от температуры, селектор снабжендополнительным выходом, соединенным стретьим входоМ логической схемы.Источники информации,принятые во вщ 1 манне при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР556351, кл, б 01 К 7116, 1076.2. Семенов Б. Ф, Пнфровой термометрс линейной шкалой. Груды МЭ.Вып, 254, 1975, с. 3.34 (прототип).6"0326 Составитель А. Терековедактор Л. Бибер Техред С. Мигай Коррект иникка аз 5951/38 цни035 я иаб., д П Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,Тираж 766 1 И Государственного к о дедам изобретений и Москва, Ж, Раушск Подписитета СССтк рытий