Цифровой измеритель температуры

ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 08. 10. 80 (21) 2993413/18-10с присоединением заявки Нов(23 ПриоритетОпубликовано 0 7.12 82, Бюллетень М 45Дата опубликования описания 07. 12.82 Р 1 М К з 601 К 7/02 Государственный комитет СССР ио делай изобретений и открытий(71) Заявитель Тернопольский финансово-экономический институт. 54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к области измерения температуры, а именно к устройствам для измерения температуры с цифровой индикацией результата измерения.Известен цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический термометр, подключенный к входу автоматического компенсатора постоянного тока, дополнительный термоэлект. рический термометр, эашунтированный последовательно включенными сопротивлением и реохордом, движок которого механически связан с движком реохорда компенсатора, и цифровойвольтметр 1 1.Точность измерения температуры при помощи этого устройства опреде- . ляется, в основном, классом точности автоматического компенсатора, поскольку класс точности цифрового вольтметра значительно выше. Это яв. ляется следствием того, что цифровой вольтметр подключен к выходной цепи автоматического компенсатора. Таким образом, низкая точность измерения температуры, обусловленная классом точности автоматического компенсатора, является основным недостатком устройства. Известно устройство для измерения температуры, содержащее измерительный мост, в одно плечо которого включен термометр сопротивления,усилитель разбаланса, реверсивныйдвигатель, причем три Плеча мостаобразованы тремя постоянными резисторами и включенными между ними двумя реохордами, движки которых. механически связаны между собой и двигателем 2.В данном устройстве погрешностьвыходного .линеаризованного сигналаопределяется классом точности измерительного моста, поскольку реохорды в данном случае служат для компенсации разбаланса схемы, возникающего при изменении сопротивлениятермометра сопротивления, Значительная остаточная погрешность линейности является существенным недостатком устройства, ограничивающим область его применения,Известен также цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический термометр,. подключенный к входу автоматического компенсатора постоянного тока, цифровойвольтметр, источник стабилизированЗО ного напряжения и два реохорда, свя979890 ного реохорда 3 механически связан ,с движком реохорда автоматического65 компенсатора занные с основным реохордом компенсатора 3 .В укаэанном устройстве линеариэация осуществлена также в цепи автоматического компенсатора постояннаго тока, в которую включен цифровой вольтметр. Таким о бразом, погрешность измерения температуры определяется в первую очередь собственной погрешностью автоматического компенсатора, что резко снижает точ-,ность измерения, При таком включении цифрового вольтметра результирующая погрешность измерения определяется не его высоким классом точности, а сравнительно низким классом точности автоматического компенсатора. Низкая точность измерения температуры, возникающая вследствие,этого, является существенным недостатком устройства. Особенно сильно этот недостаток проявляется при измерении температуры в широком диапазоне,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату изобретению является цифровой измеритель температуры,. содержащий термоэлектрический преобразователь, автоматический компенсатор Постоянного тока, источник постоянного стабилизированного напряжения и форми" ронатели корректирующего напряжения,каждый иэ которых состоит из двух пар реохордов, движки которых механически связаны с движком реохорды автоматического компенсатора постоянного тока и электрически попарно соединены между собой, причем движки выходных реохордон электрически соединены с крайними выводами первого из пары выходных реохордов и с последовательно соединенными источником постоянного стабилизированного напряжения, добавочным резистором, двумя токозадающими реохордами и вторым выходным реохордом, сумматор, аналого-цифровой преобразователь, предварительный усилитель постоянного тока, блок управления И Формирователей корректирующего напряжения и И -1 устройствсравнения, причем выходыформирователей корректирующего напряжениясоединены с входами Иустройств сравнения и с одним из входов блокауправления, другие входы которогоподключены к выходам и -1 устройствсравнения, а выходы блока упранления соединены с одним иа входов сумматора, к другому входу которогоподсоединен термоэлектрический пре-образователь, при этом выход сумматора через предварительный усилитель постоянного тока соединен свходом автоматического компенсаторапостоянного тока и нходом аналогоцифрового преобразователя4 1,Однако известное устройство достаточно сложно в части конструктивного выполнения и в связи с большимколичеством реохордон характеризуется низкой надежностью.5 Целью изобретения является повышение надежности и упрощение устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве, содержащем 0 термоэлектрический преобразователь,источник постоянного стабилизированного напряжения, усилитель постоянного тока, выход которого соединенс входом автоматического компенсатоРа постоянного тока и входом аналого-цифрового преобразователя,постоянный резистор и реохорд, термоэлектрический преобразовательподключен к входу усилителя постоянного тока через корректирующую цепочку, состоящую иэ двух параллельно соединенных ветвей, одна из ко,торых содержит последовательно включенные источник постоянного стабилизированного напряжения и постоянный резистор, а нторая ветвь содержит реохорд, выполненный Функциональным и включенный в цепь движкоми двумя крайними выводами, соединен-,ными между собой, причем движок рео хорда автоматического компенсаторапостоянного тока механически связанс движком функциониального реохорда.На фиг,1 изображена принципиаль- . ная электрическая схема цифрового иэЗ 5 мерителя температуры; на фиг.2 - графики зависимостей напряжений и термо- ЭДС, а также остаточной погрешности линейности от температуры; на Фиг.3 график зависимости сопротйвления40 Функционального реохорда от степени отклонения движка. Цифроной термометр содержит термоэлектрический преобразователь 1( фиг.1), последовательно с которым 4 э соединены Усилитель постоЯнного тока 2 и корректирующая цепочка, состоящая иэ функционального реохорда 3,источника стабилизированного напряжения 4 и постоянного резистора 5.Крайние ныводы функционального рео хорда соединены между собой, с термоэлектрическим преобразователем 1 и с источником стабилизированного напряжения 4Движок функционального реохорда соединен с входом усилите ля постоянного тока 2 и черезпостоянный резистор 5 - с источником стабилизированного напряжения 4. К выходу усилителя 2 подключены параллельно соединенные аналого-цифровой пре-.60 образователь 6 с устройством индикации и автоматический компенсатор постоянного тока 7. Движок функциональ 979890Едуи егР 2,5к+ РЗависимость сопротивления Р 1 от отклонения движка функционального реохорда нелинейна (фиг,З). Зависи" мость й (с) подобрана так, что корректирующее напряжение О (с) на выходе цепочки при и эначейиях температуры точно равно по абсолютной величине значениям погрешности линейности ЬО(с) при тех же значениях 60 температуры (Фиг.2 б).Благодаря этому остаточная погрешность линейности цифрового термометра равна нулю при и значениях температуры в пределах рабочего диапазо1 55 Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.При повышении температуры от нуля до конечного значения диапазона измерения температуры с (фиг.2 а) термо- ЭДС термоэлектрического преобразова-. теля 1 Е(с) нелинейно возрастает. Зависимость термо-ЭДС от температуры может быть описана функцией температуры с положительными первой и второй производными (кривая графика вог. нута). Поэтому для линеаризации этойхарактеристики к термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя прибавляется корректирующее напряжение, по абсолютной величине равное погрешности линейности ь О, которая представляет собой разность между линейно зависящим от температуры напряжением О(с) и термо-ЭЯС Ес);Корректирующее напряжение О формируется корректирующей цепочкой, состоящей из Функционального реохор- да 3, источника стабилизированного напряжения 4 и постоянного резистора 5. Как видно иэ фиг,З, функциональный реохорд включен таким образом;. что сопротивления между цвижком и крайними выводами включены параллельно, Поэтому выходное (корректирующее) напряжение цепочки может быть описано зависимостью ЭДС источника стабилизированного напряжения 4сопротивление постоянногорезистора (совместно с внутренним сопротивлением источника стабилизированногонапряжения);эквивалентное сопротивлениецепочки из двух параллель"но соединенных частей функционального реохорда. и обозначить сопротигления межижком функционального реохорда крайними выводами через Р 1 и на устройства, а на промежутках между этими значениями исчезающе мала,Так остаточная погрешность линейности при выборе десяти значений температуры, равномерно распределенныхпо рабочему диапазону 0 - 1300 С, ииспользовании термоэлектрическогопреобразователя градуировки ПП 2-1составляет не более 0,4 Ъ во всем диапазоне. При соответствующем выборезначений температуры полной компенсации можно достичь равномерного распределения остаточной погрешностилинейности по рабочему диапазону устройства ( фиг.2 в).Увеличивая или уменьшая число значений температуры полной компенсациив.пределах диапазона, можно произвольно варьировать значение остаточной погрешности линейности, исходя20 из требуемого значения точности измерения температуры.Очевидно, что при каком включениикорректирующей цепочки, как показано на Фиг.1, класс точности автомати 25 ческсго компенсатора постоянного тока 7 практически не влияет на точность измерения температуры, Этообъясняется тем, что благодаря механической.связи движков реохордов ав 30 томатический компенсатор влияет толь"ко на точность Формирования корректирующего напряжения Значение же корректирующего напряжения пс сравнениюс основным измерительным сигналомтермо-ЭДС термоэлектрнч .ского преобразователя составляет величину порядка единиц процентов.Соответственно, во столько же разменьше и влияние погрешности автоматического компенсатора постоянноготока на результирующую погрешность измерения температуры. Это является одним из преимуществ устройства, позволяющим использовать в схеме прсс 45 той автоматический компенсатср относительно низкого класса точности безщерба для результирующей погрешнсси измерения,Кроме того, важными преимуществами устройства являются: возможностьпроизвольно менять закон распределения остаточной погрешности лннейнос"ти по диапазону; возможность произвольного изменения уровня остаточной погрешности линейности в скольугодно широком диапазоне измерениятемпературы существенное повышение)надежности устройства, обусловленное наличием в схеме устрсйстга лишьодного реохсрда. Точность измерениятемпературы при помощи цифрового измерения температуры, таким образом,не зависит от класса точности автоматического компенсатора.Цифровой измеритель температуры5 может найти широкое применсние в раз.личных отраслях промышленности для измерения и контроля температуры тех. нологических процессов в производственных условиях.Формула изобретенияЦиФровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преоб- разователЬ, источник постоянного ста. билизированного напряжения, усилитель постоянного тока, вывод которого соединен с входом автоматического компенсатора постоянного тока.и входом аналого-цифрового преобразовате" ля, постоянный резистор и реохорд, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и упро- щения устройства, в нем термоэлектрический преобразователь подключен к входу усилителя постоянного тока через корректирующую цепочку, состоящую из двух параллельно соединенных ветвей, одна из которых содержит последовательно включенные источник постоянного стабилизированного напряжения и постоянный резистор, а вторая ветвь содержит реохорд, вы полненный функциональным и включенный в цепь движком и двумя. крайними выводами, соединенными между собой, причем движок реохордаавтоматического компенсатора постоянно го тока механически связан с движком функционального реохорда. Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе15 1. Авторское свидетельство СССРР 280923, кп, С 01 К 7/14, 1969.2. Авторское свидетельство СССР,В 381921, кл. 6 01 К 7/24, 1971ЗАвторское свидетельство СССР2 О.Р 32738 б, кл, 6 01 К 7/10, 1970.4, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2902003/18-10,кл. 0 01 К 7/02, 04.08.80 (прототип).979890 го юФ яе юю 4 Ьв Рва Ко Коррект ираж 887дарственногопо делам иэобретений3035, Москва, Ж, Рауш писное П "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная ил аказ 9344/28 ТВНИИПИ Госу Подмитета СССРткрытийнаб., д. 4