Цифровой измеритель температуры

(51)М. Кл. 6 01 К 7/14 с присоединением заявки М -3 Ъеударстеелные кемнтет СССР в делам изобретений н атхрытнХ(72) Авторы изобретения М. М ГулькаЦ Ь 11,:.;.Львовский ордена Ленина политехнический инвдмутим. Ленинского комсомола и Приборостроительныйзавод "Мукачевприбор"(5") ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ 1Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использо".вано при построении цифровых термометров с автоматической компенсациейтермо-ЭДС свободных концов термоэлектрического термометра,Известны способы и устройства длякомпенсации изменения термо-ЭДС 1 термоэлектрического термометра при изменении температуры его свободных кон.- 1,цов, например, путем учета поправкина температуру свободных концов илипутем термостатирования свободныхконцов с применением пассивных илиактивных термостатов и удлиняющих тер 15моэлектродных проводов 11 и Г 21.Однако этим техническим решениямприсущи существенные недостатки, заключающиеся в том, что при учете поправки к результату измерения необхоодимо измерять температуру свободныхконцов и, пользуясь градуировочнойхарактеристикой термоэлектрическоготермометра, расчетным путем корректировать результат измерения. Такой способ трудно поддается автоматизации и требует измерения температуры свободных концов.При стабилизации температуры свободных концов Ос необходимо применять пассивные термостаты, например сосуды Дьюара, наполненные тающим льдом (если поддерживать дс = ОоС) или кипятильники (если поддерживать 8 = 100 С).Применение пассивных термостатов оправдано в лабораторных условиях, но сопряжено с большими трудностями и неудобствами при их эксплуатации в промышленных условиях. Пассивные термостаты на Ясф, отличающиеся от 0 юи 100 С, обладают низкой трчноостью.Применение активных термостатов предполагает разработку специальных устройств с автоматическим поддержанием температуры, а при высокой точности стабилизации эти устройства3 949351 значительно усложняются и удорожаются, При этом в процессе эксплуатации они не всегда удобны,Применение термостатов предполагает использование удлиняющих термоэлектрических проводов, так как необходимо удалить свободные концы от объекта измерения, Для достижения достаточно высокой точности измерений необходимо, чтобы термоэлектрод О ные провода были изготовлены из того же материала, что и термоэлектроды термоэлектрического термометра ,(ТТ). Поэтому для ТТ из благородных металлов это не экономично, так как 1 Б необходимо большое количество дефицитных и дорогостоящих материалов. Применение других материалов не дает возможности получить градуировочные характеристики удлиняющих проводов идентичные градуировочной характеристике ТТ, что приводит к возникновению значительных погрешностей изме" рения.Известны также устройства типа КТ для автоматической компенсации изменения термо"ЗДС ТТ, представляющие собой равноплечий мост, три плеча в котором выполнены из манганиновой проволоки, а четвертое - из медной. Мост питается от источника стабилизированного напряжения и выходом включается в разрыв:между выходом ТТ и входом вторичного измерительного прибора 133 Однако включение компенсационного устройства на входе прибора значительно ухудшает помехоустойчивость . измерения, и кроме того, различные модификации КТ обладают низкой точностью, Погрешность компенсации изменения термо-ЭДС в диапазоне измене" ния температуры свободных концов О С ниже +ЗоС.45Известно устройство, в котором с целью компенсации нелинейности градуировочной характеристики ТТ в диапазоне изменения температуры свободных концов в цепь питания компенса" ционного моста типа КТ включается50 делитель напряжения, одно плечо ко,торого образовано дополнительным терморезистором, что позволяет повысить точность по сравнению с серийновыпус" каемыми КТ 1 3.Однако это устройство предполагает применение дополнительного терморезистора. 4Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук изобретению является устройство дляизмерения температуры или других физических величин, содержащее датчик,например термоэлектрический термометрподключенный выходом к входу усилителя, выход которого через один извходов ключа связан с входом интегратора, соединенного через другой входключа с источником опорного напряжения, а выход интегратора подключенк входу нуль-органа. Последний выходом подключен к одному из входов селектора, к другому входу которогоподключен выход генератора тактовыхимпульсов, выход селектора связан свходом цифровой схемы линиаризации,соединенной своим выходом со входомцифрового отсчетного устройства, атакже блок управления 5,1Однако это устройство при работес термоэлектрическими термометрамиимеет недостаточно высокую точностьизмерения температуры из-за влиянияна результат измерения изменений температуры свободных концов термоэлектрического термометра,Кроме того, в известном устройствена результат измерения влияет нестабильность порогосрабатывания нуль-органа, что требует для повышения точности измерения применять более сложные и дорогостоящие компараторы. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический термометр, усилитель, ключ, интегратор, нуль-орган, источник опорного напряжения, селектор, генератор тактовых импульсов, схему цифровой линеаризации, цифровое отсчетное устройство, а также терморезистор, преобразователь сопротивления в напряжение и блок управления, дополнительно введены вторая схема цифровой линеаризации., реверсивный счетчик импульсов и второй ключ, соединенный своими двумя входами соответственно с другим термоэлектродом термоэлектрического термометра и выходом преобразователя сопротивления в напряжение, а выход второго ключа подключен к другому входу усилителя, причем второй выход селектора соединен с входом второй схемы цифровой линеаризации, выходы которойподключены к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика импульсов, соединенного своим выходом с другим сигнальным входом блока управления, дополнительные выходы которого 5 связаны с управляющими входами второго ключа и второй схемы цифровой линеаризации.На фиг. 1 приведена схема устройства для измерения температуры; на 1 О фиг, 2 " временная диаграмма его работы.Устройство для измерения температуры содержит термоэлектрический термометр 1,. соединенный своими термо электродами соответственно с первым входом второго ключа 2 и одним из входов усилителя. 3, другой вход которого связан с выходом второго ключа 2 а выход усилителя подключен к одному из входов первого ключа 4, соединенного своим выходом через интегратор 5 и один из выходов нуль-органа 6 к одному иэ входов селектора 9, к другому входу которого подключенр 5 сэыход генератора 8 тактовых импульсов, причем другой вход первого ключа 4 соединен с выходом источника 7 опорного напряжения, Цифровое отсчет ное устройство 10 связано входом с выходом первой схемы 11 цифровой линеаризации, соединенной входом с одним иэ выходов селектора 9, другой выход которого подключен к входу второй схемы 12 цифровой линеаризации,35 а выходы последней связаны с входами реверсивного счетчика 13 импульсов. Терморезистор 14 четырехпроводной линией связи подключен к входу преобразователя 15 сопротивления в напряжение, связанного выходом с вторым входом второго ключа 2, а уп- равляющие входы второго ключа 2, первого ключа 4, селектора 9 и второй схемы 12 цифровой линеаризации соеди 45 нены с соответствующими выходами блока 16 управления, причем сигнальные входы последнего связаны соответ- . ственно с другим выходом нуль-органа 6 и реверсивного счетчика 13 импульсов.Устройство работает следующим образом.При включении устройства сигналы с блока 16 управления открывают второй ключ 2 по второму входу, подклю- чая выход преобразователя 15 сопротивления в напряжение к входу усилителя 3, а первый ключ 4 открывают попервому входу, подключая выход усилителя 3 к входу интегратора 5. Остальные узлы устройства приводятся в исходное состояние. Селектор 9 закрыт.При этом на вход интегратора 5 поступает напряжение, равное.О = КО (1) где К - коэффициент усиления усилителя 3;О - напряжение на выходе пресвобразователя 15 сопротивления в напряжение, значение которого равно О =К дРЕсб и се 1(2) коэффициент преобразованияпреобразователя 15 сопроттивления в напряжение;приращение сопротивлениятерморезистора 14 с изменением температуры се где Кй РОРось 1,где Р 0 - сопротивление терморезистора14 при ОоС;сС - температурный коэффициентсопротивления терморезистора 14;0 - температура свободных концовтермоэлектрического термометра 1, поскольку термореэистор 14 размещается в непосредственной близости от свободных концов термоэлектрического термометра 1 и, таким образом, находится притой же температуре 8 в, цтои свободные концы. Начальноесмещение Ор = КяРО компенсируется любым известнымспособом в преобразователе15 сопротивления в напряжение.Напряжение 01 интегрируется интегратором 5 (фиг. 2) в течение интервала времени Т, длительность которого выбирается равной периоду напряжения сети питания устройства и задается блоком 16 управления.В конце интервала Т на выходе интегратора возникает напряжениеТ,1цифровой линеаризации, исходя иэ заданной градуировочной характеристики Е(ох, О С) термоэлектрического термометра, получают результат измерения 5 й, независящий от изменений температуры свободных концов 9 с , т,е. й = Квх1 Огде К = - ф -- постоянный коэффициОоент аналого цифрового преобразованияустройства.Таким образом, за счет дополнитель-,ного введения в устройство для измерения температуры второго ключа, второй схемы цифровой линеаризации, реверсивного счетчика и соответствующихсвязей значительно повышена точностьизмерения температуры, поскольку автоматическая компенсация изменений термо-ЭДС термоэлектрического термометра, вызванных изменениями температуры его сВОбОДных концов, ОсущестВляется в цифровой форме после аналого-цифровых преобразований, а поэтому нетребует, как в известных устройствах,формирования на входе устройства низких уровней компенсирующих напряжений,ЗОчто снижает точность и помехоустойчивость измерений,Кроме того, в предлагаемом устройстве значительно снижены требования кстабильности порога срабатывания нуль.органа, поскольку в результате опера- Зции вычитания влияние нестабильностипорога срабатывания нуль-органа приходится только на один цикл преобразования, что нетрубно осуществить,применяя простые и. Недорогостоящиекомпараторы,формула изобретенияЦифровой измеритель температуры,содержащий термоэлектрический термометр, соединенный одним термоэлектродом с одним иэ входов усилителя, выход которого подключен к первомувходу ключа, соединенного своим выходом через интегратор и один из выходов нуль-органа с одним из входовселектора, другой вход которого свя. 51 12зан с выходом генератора тактовых импульсов, а выход соединен с входом первой схемы цифровой линеариэации, подключенной выходом к входу цифрового отсчетного устройства, терморезистор, подсоединенный по четырехпроводной линии связи к входу преобразователя сопротивления .в напряжение, и блок управления, выхоцы которого связаны с управляющими входами ключа и селектора, один из сигнальных входов подключен к другому выходу нуль. органа, источник опорного напряжениясоединенный с вторым входом ключа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены вторая схема цифровой линеаризации, ревер" сивный счетчик импульсов и второй ключ, соединенный своими двумя входами соответственно с другим термоэлектродом термоэлектрического термометра и выходом преобразователя сопротивления в напряжение, а выход второго ключа подключен к.другому входуусилителя, при этом второй выход селектора соединен с входом второй схемы цифровой линеаризации, выходы которой подключены к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика импульсов, соединенного своим выходом с другим сигнальным входомблока управления, дополнительные выходы которого связаны с управляющими входами второго ключа и второй схемы цифровой линеаризации,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Преображенский В, П. Теплотехнические измерения и приборы. И., "Энергия", 1978, с. 952. Там же, с, 116-119.3. Там же, с. 185.4. Авторское свидетельство СССР й 542917, кл. С 01 К 7/12, 1974,5. Коолатай, Харконен. Цифровая линеаризация результатов измерения, "Электроника", 1978, Н 15, с. 26-37 (прототип).илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Тираж 887 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Иосква, Ж, Рау