Устройство для измерения температуры

Союз Советскик Социалистическик Республик(23) ПриоритетОпубликован осударс ннын комитеССР изобретений крытий да н 00131. Бюллетень Мо(53) 36,53088.8) Дата опубликования описа 30.01 2) Авторы изобретен И. Грибок, В.И, Зори и В,И. Пуцыло) Заявител вовский ордена Ленина политехнический и УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУ Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры,содержащим термометр сопротивленияи термоэлектрический термометр сдвухпроводной линией связи.Известно устройство для измерения температуры при двухпроводномподсоединении, термометра сопротивления, содержащее эталонный резистори диоды, расположенные в непосредственной близости от термометра сопротивления, интегратор, преобразователнапряжения во временной интервал игенератор импульсов 11.Недостатком этого устройства является низкая точность измерениятемпературы,лее близким к предлагаемому ческой сущности является во для измерения температуржащее термометр сопротивсточник опорного напряжения, ывод которого через линию единен с первым выводом этарезистора, интегратор, вход соединен с выходом перея, а выход через селектор, нный к генератору импульсов,Наибпо технустройсры, содленин,первыйсвязи слонногокоторогключатеподключ соединен с блоком вычисления, второй источник опорного напряжения, соединенный с переключателем, первый и второй ключи, блок управления, соединенный с первым ключом, переключателем, блоком вычисления 2.Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения температуры, а. кроме того, устройство обладает узкими функциональными возможностями, так как не позволяет работать с различными типами датчиков, т.е. с термометром сопротивления и термоэлектрическим термометром. Цель изобретения - повышение точности измерения при расширении функциональных возможностей прн подсое- О динении термометров с помощью двухпроводной линии связи.Поставленная цель достигаетсятем, что параллельно термометру сопротивления включен второй ключ, управ 5 ляющий вход которого соединен с выходом управляющего элемента, первый вывод эталонного резистора соединен с общей шиной, его второй вывод под- ключен ко входу первого ключа, второй вход которогосоединен с общейшиной, а выход соединен с первым выводом источника опорного напряжения.Кроме того, в него введен термоэлектрический термометр, соединенный с переключателем полярности, выходы которого соединены соответственно со вторым выводом источника опорного напряжения и входом переключателя, а управляющий вход соединен с блоком управления.На чертеже привержена схема устройства.Устройство для измерения температуры содержит термометр 1 сопротивления, выводы которого соединены с первым ключом 2, управляющий элемент 3 (схему управления первым ключом, например электромагнитное реле) двухпроводную линию связи, обозначенную на чертеже сопротивлениями 4 и 5, образцовый резистор 6, второй клю 7, источник 8 опорного напряжения, термоэлектрический термометр 9, переключатель 10 полярности, второй источник 11 опорного напряжения, переключатель 12, интегратор 13, блок 14 управления, сслектор 15, генератор 16 импульсов, блок вычисления, включающий в себя счетчик 17 управления, схему 18 совпадения, логическую схему 19, реверсивный счетчик 20, счетчик 21 результата и схему 22 перезаписи, блок 23 цифрового отсчета.Устройство работает следующим образом.При включении устройства сигналы с блока 14 управления переводят ключ 7 в положение Х, переключатель 12 в положение 111 и устанавливают на выходе источника 8 опорного напряжения напряжение Е величина которого, меньше величины напряжения необходимой для срабатывания элемента 3 управления и соответственно замыкания контактов ключа 2 закорачивающих выводы термометра сопротивления.При этом напряжение на входе интегратора равно величинеО = 1(В + В, + ВВ) (1) где 1,1 - величина тока в цепи термометра,В - сопротивление термометра 1;В - суммарное сопротивлениелпроводов линии связиВ - внутреннее сопротивлениеэлемента управления.Это напряжение интегрируется в течении интервала времени Т, длительность которого выбираетСя равной периоду помехи нормального вида действующей в линии и задается блохом управления посредством выделения периода помехи или периода напряже.ния сети питания устройства. В конде интервала времени Т (после первого такта интегрирования) на выходе интегратора возникает напряжениеы к 1 1, (РЙлВ) дс- кт (Ве+в+ в), (2)где К - постоянный коэффициент,После окончания первого такта интегрирования сигнал с блока управлЕния переводит переключатель 12 в положение 11.; При этом ко входу интегратора прикладывается напряжениеО = 1 ВО, снимаемое с образцовогорезиСтора 6 (с величиной сопротивления Во ) противоположной полярностик напряжению О, Это напряжение интегрируется в течении времени с 2,пока интегратор не возвратится в исходное состояние, т.е. пока не выполниться равенствоО, О - к 1 В де к 1 В с(ь).,При этом оказ вается (учитывая(1, что интервал времени с равен20 величине(4)В момент возвращения интеграторав исходное состояние, сигналы с блока управления переводят переключатель12 в положение 111 и устанавливаютна выходе источника 8 опорного напрякения напряжение такой величины,чтобы сработал элемент 3 управленияи соответственно замкнулись контакты ключа 2, закорачивающие выводытермометра 1 сопротивления.При этом ко входу интегратора З 5 прикладывается напряжение равноевеличине1 а (вл + вй) (5)Это напряжение интегрируется втечении интервала времени Т. В результате интегрирования на выходеинтегратора получаемО - к 1 Т (в+в) (6)После окончанйя интегрирования.сигнал блока 14 управления переводитпереключатель 12 в положение 11. Приэтом ко входу интегратора приклады"вается напряжение О 41 ВО противоположной полярности к напряжению О З,Этонапряжение интегрируется в тео чении интервала времени с 4 до техпор, пока интегратор не возвратиться в исходное состояние, т.е. небудет выполняться равенствоО = О 4 = к Г 1 в,де == к 1 вс 4 о (7)При этом с 4 оказывается равнымвеличинеВо Из выражений (4) и (8) получаемЯ, =В -2 - - (9)9 О Тт.е. результат измерения не зависитот параметров линии связи, элемен(6) Млр 50 бО тов управления и внутренних сопротивлений источника 8 опорного напряжения.Блок 14 управления открывает селектор 15 для прохождения импульсовгенератора 16 в первом, втором и5четвертом тактах соответственно навремя Т, с и с+,В первом такте сигнал подаетсяна суммирующий вход счетчика 17,во втором такте на вычитающий входреверсивного счетчика 20, в четвертом такте на его суммирующий входчерез логическую схему 19. При этомв реверсивном счетчике зафиксируется код числаИе.- Н, (Кс - К с ), О) 15где й в 2 - информационная емкостьосчетчика 20,и - количество его двоич-.ных разрядов,Г - частота следования имопульсов.ЕВ управляющем счетчике 17 зафиксируется код числаСф Тф (11)После окончания четырех тактовинтегрирования ключ 7. переводится вположение 11, а переключатель 12в положение 1 Ч, и в устройстве осуществляется цифровая обработка результата. Селектор 15 открываетсясигналом блока управления для прохождения импульсов с генератора 1 б навход счетчика 21 результата до момента перехода через нуль реверсивного счетчика 20. Счетчики 17 и 21совместно с группой схем совпадения и З 5логической схемой 20 образуют двоичный умножитель частоты. Логическаясхема 19 представляет собой исключающее ИЛИ, В первом такте цифровой.обработки селектор закрыт по входу 40логической схемы 19 и она выполняетФункцию обычной собирательной схемы. Поэтому если на вход счетчика21 поступают импульсы с частотой Гто частота следования импульсов насуммирующем входе реверсивного счетчика 20 равна Селектор 15 открыт в первом такте о бработки результата измерения на протяжении времени с, определяемог о из равенства- "КИ-М.(1 Ыо Яр Я. 4При этом момент с Фиксируется сигналом с выхода реверсивного счетчика 20 в момент перехода последнего в нулевое состояние,При этом на вход счетчика 21 результата в первом такте обработки результата поступит число импульсовй=% Ф,=йИ "М 4Для компенсации начального сопроо тивления термометра Рн при 0 С перед началом измерения в счетчик 21 заносится дополнительный код числа, М , пропорциональный значению этого сопротивления.Поэтому в счетчике 21 зафиксируется код числа При линейной зависимости сопротивления термометра от температуры (на",пример, медные термометры сопротивления) код числа счетчика 21 прямопропорционален измеряемой температуре.В случае если функция преобразования термометра описывается полиномом второй степени, является нелинейной, (например, платиновые термометры сопротивления), дополнительныйкод числа счетчика 21 по сигналус бл.ка управления посредством схемы пеезаписи 22 записывается вреверсивный счетчик 20, а счетчики17 и 21 устанавливаются в состояниенуля, далее, как и в известном, осуществляется процесс линеаризации уравнения измерения.Измерение температуры посредствомтермоэлектрического термометра осуществляется следующим образом.После четырех тактов интегрирования сигналы с блока управления переводят ключ в положение 11, переключатель 12 в положение сЧ, а переключатель 10 полярности в положениесоответствующее такой полярности,при которой ко входу интегратора 13прикладывается напряжение"вх.л = Е+ Е в,где Е - выходное напряжение источоника 8 опорного напряжения,Е - выходная термо-ЭДС термолеэлектрического термометра 9.В результате интегрирования напряжения О интегратором 13 за времяТ, длительность с которого выбирается равной периоду помехи, на выходеинтегратора получается напряжение ОЕ :К - в (Е +Е )ЕЕК Е (Е кЕ Т, Е 1 о гРт, Рьх+Ре, +Рт +РвеР - входное сопротивление инЕХтегратора,Р - сопротивление термоэлектриТческого термометра.После окончания времени Т блок 14управления переводит переключатель 12в положение , подключая ко входу(ы) 5 О Е -Е = 1.1 о 8 1 оп Т 2 14ЕВ=Е, -. + интегратора выходное напряжение Ооисточника 11 опорного напряжения,противоположной полярйости напряжеию О, Напряжение О интегрируется до момента времени возвращения интегратора 13 в исходное состояние, т.е. вьюВых 2 )1 г) -10 д ОВ) где г - длительносгь второго такта интегрирования. Приравнивая (17) и (18) получаемН СфЕ = - (1 О 9)О в: % опТ15 В момент возвращения интегратора в исходное состояние сигналы блока управления переводят переключатель 12 в положение, соответствующее входному напряжению интегратора О= 20Е - Ее.Это напряжение интегрируется интегратором, как и в первом такте, за время Т, длительность которого выбирается равной периоду помехи. В момент окончания длительности интервала Т напряжение на выходе интегратора равно величине и блок управления переводит переключатель 12 в положение 1, подключая ко входу интегратора напряжение О источника 11 опорного напряжеопния, противоположной полярности к напряжению Ов,г эНапряжение Ооп интегрируется до момента возвращения интегратора в исходное состояние, т.е, до выполнения равенства где г - длительность четвертого 4 такта интегрирования. Приравнивая (20) и (21) получимРазделив (19) на (22), имеем т,е. точность измерения определяется точностью источника 8 опорногонапряжения и не зависит от неинформа- Ятивных параметров линии связи, входного сопротивления интегратора, внутренних сопротивлений термоэлектрического термометра и источника опорного напряжения. Блок 14 управления открывает селектор 15 для прохождения импульсов генератора 16 во втором такте интегрирования на вход счетчика 17 и вычитающий вход реверсивного счетчика 20. При этом в счетчике 17 зафиксируется код числа й 2 = о г а в ре версивном счетчике 20 - й = йо- йа,На время г 4 четвертого такта интегрирования блок управления открывает селектор для прохождения импульсов на счетчик 17 и через логическую схему 19 на суммирующий вход реверсивного счетчика 20. При этом в счетчике 17 зафиксируется код числаИ": И + й 4- о(г+ г 4), (2) а в реверсивном счетчике код числаик: ио- (и - и,)о( г 2 4) (25)После окончания четырех тактов интегрирования в устройстве осуществляется цифровая обработка результатов. При этом сигнал блока управления открывает селектор для прохождения импульсов на вход счетчика 21 результата. На выходе логической схемы 19 имеем последовательность импульсов с частотой следования С приходом на суммирующий вход счетчика 20 числа импульсов й - й 4, с частотой Г он переходит в нулевое состояние, вследствие чего закрывает селектор 15 для прохождения импульсов на вход счетчика 21.Таким образом, счетчик 21 находится в открытом состоянии в течение интервала времени За это время на вход счетчика 21поступит число импульсов(26)Е ЮО й М 4 йот.е. результат измерения не зависит от параметров линии связи, входного сопротивления интегратора, внутренних сопротивлений термоэлектрического термометра и источника опорного напряжения, а определяетгя только точностью выходного напряжения Е источника 8 опорного напряжения.Если Функция преобразования термоэлектрического термометра нелинейна и описывается полиномом второй степени, то устройство осуществляет лианеризацию результата измерения,На этом процесс измерения заканчивается. Схема возвращается в исходное состояние до прихода следующего импульса запуска.Наличие новых связей в устройстве позволяет повысить точность измерения температуры, а введение переключателя полярности позволяет расширить функциональные возможности устройства, предусматривая его работу как с термометрами сопротивления, так и с термоэлектрическими термометрами без изменения структуры прибора.формула изобретения1. Устройство для измерениятемпературы, содержащее термометр сопротивления, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с переключателем, а второй вывод через линию связи и управляющий элемент соединен с первым выводом термометра сопротивления, второй вывод которого через линию связи соединен с первым выводом эталон-. ного резистора, интегратор, вход которого соединен с выходом переключателя, а выход через селектор, подключенный к генератору импульсов, соединен с блоком вычисления, второй источник опорного напряжения соединенный с переключателем, первии второй ключи, блок управления соедияенный с первым ключом, переключателем, блоком вычисления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, параллельно термометру сопротивления включен второй ключ, управляющий вход которого соединен с выходом управляющего элемента, первый вывод эталонного резистора соединен с общей шиной, его второй вы вод подключен ко входу первого ключа, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход соединен с первым выводом источника опорного напряжения.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а% ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен термоэлектрический термометр, соединенный с переключателем полярности, выходы которого 33 соединены соответственно со вторымвыводом источника опорного напряжения и .входом переключателя, а управляющий вход соединен с блоком управ,ления.,Источники информации,принятые во внимание при Экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЗР Р 615367, кл. С 01 К 7/16, 29.04,76,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2484707/18-10,кл. 6 01 К 7/16, 16.05.77.800687 Составитель В. Кершко Техред А. Ач К ектор О. Ковинская Ю. Кова дак 400/50 Тираж 918ВНИИПИ Государственного комитета Спо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб. аказ одписно 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4