Устройство для измерения температуры

О П И С А Н И Е)857740ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцналнстнческнхРеспублик(5)М. Кл,(22) Зал влено 30,03,79 (21) 2744072/18-10 6 01 К 7/14 с присоединением заявки М Веудлрстееииый кемитет СССР нв делам изобретений н открытий(088,8) Дата опубликования описания 23,08.81 В. В. Кочан, В. Ю. Мильченко, В. Н. Чеканов,А. А,.Саченко ,и И. В. Вядро(54) УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 3 Изобретение относится к температурнымизмерениям, в частности к устройствам дляизмерения температуры с коррекцией погреш.ности линейности первичного преобразователя,в которых используются цифровые вольтметры в комплекте с термоэлектрическими преобразователями (ТП) для точного измерениятемпературы. Пересчет показаний вольтметрав градусы температуры осуществляется с по.мощью стандартных градуировочных таблицтермометра, что является недостатком тако 10го использования цифрового вольтметра.Выбор диапазона измерения осуществляетсясозданием ЭДС противоположной ЭДС ТП, аиндикация непосредственно в градусах температуры достигается шунтированием входавольтметра Однако ввиду нелинейности градуировочной характеристики ТП эта схемаможет обеспечить приемлемые метрологические характеристики только в весьма узкомдиалаэоне температур, например 1100 - 1300 С,что является ее недостатком,Известно устройство для измерения темпе.ратуры, содержащее датчик температуры, выходкой сигнал которого описывается полиноминальной функцией, и устройство для вычйсления постоянных полинома и расчета наих основе числовых значений температуры.Вычислительное устройство содержит блокуправления, генераторы импульсов, счетчик,ключи и регистры памяти, В схеме вычисления повторно и ступенчато накапливаются постоянные полинома, а значение температурыопределяется числом управляющих импульсов,поступающих на счетчик 11.Недостатком устройства является его высокая сложность .и стоимость. Кроме того,в автоматическом электронном потенциометре,традиционно применяемом в системах автоматического контроля температуры, совмещены функции измерения, индикации, регистрации и позиционного регулирования, Цифровой термометр бааз дополнительных устройствможет выполнять только функцию измеренияи индикации,Так как в производстве для управлениятехнологическими процессами необходимы также Функции регистрации и регулирования,857740 у автокомпенсаторов,10 15 20 25 30 35 40 45 ззамена электронных потенциометров на циф. ровые термометры сопровождается установкой дополнительной аппаратуры.Для осуществления регистрации значений температуры необходимо цифропечатающее устройство, трансскриптор, устройство отчета вре. мени с возможностью выхода на печать,Для осуществления позиционного регулирования в системе с цифровым термометром необходимым блок памяти для хранения установок регулирования, устройство сравнения кодов и формирования управляющего воздействия. Поскольку все эти устройства по сложности и стоимости значительно превосходят самцифровой термометр, приемлемые экономические характеристики могут получить толькопри работе системы в многоканальном режиме. В этом случае к указанному объему аппаратуры добавляются коммутаторы низкогои высокого уровня, групповые унифицирую.щие преобразователи, блоки управления и т,да весь комплект аппаратуры превращается всистему сбора первичной информации, используемую, как правило, в составе комплексовАСУ ТПП.Значительно более дешевыми и простымиявляются комбинированные устройства дляизмерения температуры, например автоматические потенциометры постоянного тока и посты, имеющие аналоговую схему линеаризациидля создания возможности отсчета температу.ры в градусах на табло цифрового вольтметра, входящего в состав комбинированного устройства, Достоинством этих устройств является также совмещенЖ функций измерения, регистрации и регулирования,Однако по точности устройства значительноуступают измерителям температуры с цифровой линеаризацией характеристики ТП,Известен цифровой прибор для измерениятемпературы, содержащий мостовую потенциометрическую схему, в одну из диагоналей которой включен источник стабилизированногопитания, а в другую - датчик термо-ЭДС последовательно с усилителем разбаланса, и следящийдвигатель, уравновешивающий схемподачи сигнала разбаланса на усилитель, причем последовательно с рабочим датчиком тер.мо.ЭДС встречно включен дополнительныйдатчик термо-ЭДС, зашунтированный последовательно включенными сопротивлением и реохордом, основание и движок которого механически связаны с основанием и движкомизмерительного реохорда. В этом устройстведостигается линеаризация икалы автокомпенсатора и линейность выходного напряжения,снимаемого с дополнительного реохорда 21,Однако вследствие того, что цифровой вольтметр подключен к выходной цепи компенсатора, точность, измерения температуры полностью определяется классом точности компенсатора, что является недостатком уст- ч роиства, так как класс точности современных цифровых вольтметров значительно выше, чем Известно устройство для измерения темпе.ратуры, содержащее измерительный мост, водно плечо которого включен платиновыйтермометр сопротивления, усилитель разбаланса, реверсивный двигатель и источник питания, три плеча моста образованы тремя постоянными резисторами и включенными между ними двумя реохордами, движки которых механически связаны между собой и двигателем, причем движок одного реохорда подключен к усилителю, а движок другого - к источнику питания 3Однако в этом устройстве реохорды участ вуют в компенсации разбаланса схемы, возникшего при изменении сопротивления тер. мометра, поэтому погрешность выходного ли. неаризованного сигнала также определяется классом точности моста, что является недостатком устройства.Известен также цифровой прибор для измерения температуры, содержащий термопару, включенную последовательно с усилителем разбаланса в мостовую потенциометри. ческую схему, питаемую от стабилизированного источника, и следящий дал,атель, последовательно с измерительным реохордом дополнительно включен резистор и реохорд, движок которого закорочен на свое начало и механически связан с движком измерительного реохорда 4). Однако в этом устройстве осуществлена линеаризация выходной цепи автокомпенсатора, в которую и включен цифровой вольтметр. Погрешность схемы компенсатора полностью входит в погрешность измерения всего устройства, Таким образом, применение цифрового вольтметра в таком устройстве неэффективно, так как его высокий класс точности все равно не реализуется в схеме измерения,что является недостатком устройства Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является измеритель температуры,содержа-.щий термоэлектрический преобразователь, подключенный ко входу автоматического потенциометра постоянного тока, цифровои вольт.55метр, источник стабилизированного напряже.ния и два дополнительных реохорда, меха.1 нически связанные с основным реохордом по.тенциометра, причем первый дополнительныйгрсохорд включен последовательно с термоэлектрнчсским преобразователем и. цифровымвольтметром и зашунтирован цепью иэ последовательно включенных второго дополнитель.ного реохорда, резистора и источника стабилизированного напряжения, причем ветви второго дополнительного реохорда соединеныпоследовательно, а у первого дополнйтельно.го реохорда начало одной ветви подключенок концу другой и соединена с электродом 0ТП и клеммой источника стабилизированногонапряжения, конец этой ветви подключен кклемме входа цифрового вольтметра; ко второй клемме которого подключен другой,электрод термометра, 15В данном измерителе совмещены функцииизмерения, индикации, регистрации и регули.рования. В класс точности компенсатора невходит в общую погрецность измерения, поэтому могут получить принципиально более э 0высокие метрологические характеристики, чемв других схемах, где для линеаризации также использована схема автоматического потенциометра постоянного тока 51,Однако известный измеритель имеет недо- э 5статочно высокую точность линеаризации врасширенных диапазонах и связанная с этимпогрешность измерения, Погрешность регист.рации, особенно при применении малогабаритных потенциометров постоянного тока с уз- ч 0кой диаграммой, значительно вьше, чем погрешность измерения и индикации.Цель изобретения - повышение точностии расширение диапазона измеряемых температур. ЭЗПоставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, цифровой вольтметр, источник стабилизированного напряжения, автоматический потенциометр постоянного тока с реохордом, механически связанным с дополнительным реохордом, первая ветвь которого включена между выводом термоэлектрического преобразователя и входом цифрового вольтметра, введены два набора резисгоров, дешифратор, подключенный к выходу цифрового вольтметра, и управляемые им коммутаторы, ключи и цифроаналоговые преобразователи, причем выход0 первого цифроаналогового преобразователя включен последовательно между вторым выводом термоэлектрического преобразователя и входом цифрового вольтметра, вход потек. циометра - последовательно с выходом вто 55 рого цифроаналогового преобразователя под. ключен ко входу цифрового вольтметра, вторая ветвь дополнительного реохорда - через набор резисторов, коммутируемых первым коммутатором, подключена к соответствующим выходам делителя напряжения, вход которого подключен к источнику стабилизированного напряжения, другой конец второй ветви дополнительного реохорда через другой набор резисторов, коммутируемых вторым коммутатором, подключен к источнику стабилизированного напряжения, а через ключи - к началу и концу первой ветви дополнительного реохорда,На фиг, 1 изображена функционально-принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторнъе диаграммы, поясняющие работу .схемы.Схема содержит ТП 1, один из выводов которого через первую ветвь дополнительного реохорда ", механически соединенного с ос. новным реохордом потенциометра 3, подключена ко входу цифрового вольтметра (ЦВ) 4, Второй вывод ТПсоединен последовательнб с выходом первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 5 и вторым входом ЦВ 4, Вход потенцнометра 3 соединен последовательно с выходом второго ЦАП 6 и подключен ко входу ЦВ 4. Вторая ветвь дополнительно. го реохорда 2 через набор резисторов 7 и коммутатор 8 подключена к выходам делите. ля 9 напряжения, ко входу которого подключен источник 10 стабилизированного напряже. ния. Лругой конец второй ветви реохорда 2 через второй набор резисторов 11 и второй коммутатор 12 подключен к клемме источ. ника 10. Кроме того, та же клемма Йточника 1 О через ключи 13 и 14 соединена с началом н концом первой ветви реохорда 2, Управление коммутаторами 8 и 12, ЦАП 5 и 6, ключами 13 и 14 осуществляется через дешифратор 15, подключенный к выходу ЦВ 4.Измерительный диапазон устройства разбит на ряд поддиапаэонов линеаризации (фиг, 2). Каждому диапазону соответствует включение своего напряжения на выходе ЦАП 6 для обеспечения равенства диапазона линеариза.ции длине шкалы потенциометра 3. Кроме того, каждому диапазону линеаризации соответствует подключение своего резистора 7 и 11 в наборах, а также своего значения на.чального напряжения линеаризации, формируе. мого ЦАП 5.Устройство работает следующим образом.Выходной сигнал ТП 1 поступает на вход ЦВ 4, выходной код которого устанавливает выходной код дешифратора в состояние, соответствующее, диапазону линеариэации. Пусть, например, значение измеряемой температуры равно 4; выходной сигнал ТПР, что соответствует второму диапазону лйнеариэации (фиг, 2). Второму диапазону соответствует выходное напряжение ЦАП 6 (векторОцАпо 10ющнм выходам делителя напряжения, вход которого подключен к источнику стабилиэирован.ного напряжения, другой конец второй ветвидополнительного рехохорда через другой наборрезисторов, коммутируемых вторым коммутатором, подключен к источнику стабилизированного напряжения, а через ключи - к началуи концу первой ветви дополнительного реохорда.1 10Источники информации,принятые во внимание при эксйертизе1, Патент Великобритании У 1383661,кл. 8 01 К 7/14, опублик. 1975,2, Авторское свидетельство СССР У 280923,кл, 6 01 К 7)14, 1968.3. Авторское свидетельство СССР Р 381921,кл. 6 01 К 724, 1971,9 85774 цифровой вольтметр, источник стабилизированного напряжения, автоматический потенциометр постоянного тока с реохордом, механически связанным с дополнительным реохордом, первая ветвь которого включена между выводом термоэлектрическогопреобразователя и входом цифрового вольтметра, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два набора резисто. ров, дешифратор, подключенный к выходу цифрового вольтметра, и управляемые нм коммутаторы, ключи и цифроаналоговые преобра. зователи, причем выход первого цифроаналого. ного преобразователя включен последовательно между вторым выводом термоэлектрического преобразователя и входом цифрового вольтметра, вход потенциометра - последовательно с выходом второго цифроаналогового лреобра. зователя подключен ко входу цифрового вольт. метра, вторая ветвь дополнительного реохорда - через набор резисторов, коммутируемых пер. вым коммутатором, подключена к соответству 4. Авторское свидетельство СССР Кф 327386,кл, О 01 К 7/10, 970. 5. Авторское свидетельство СССР Юо 625139,кл. 0 01 К 7/02, 1977 (прототип).. ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж - 35, Раушск