Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕШЕРАТУРЫ, содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь, отличаю щ. веся тем, что. с целью повьщения точности измерения путем уменьшения динамической погрешности , в него введены источник образцового напряжения с малоинерционным термозависимым делителем, интегродифференцирующая цепь и сумматор, к входу которого подключены выходы дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей, а его выход соединен с управляющим входом автогенератора, причем источник образцового напряжения через мапоинерционный термозависимый делитель подключен к входам дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦ ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (l9) (1!) .

А

ЗсЮ G 01 К 7/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3528315/18-10 (22) 27.12.82 (46) 07.05.84. Бюл. Ф 17 (72) В.Л. Мухин (71) Омский политехнический институт (53) 536.53(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 834409, кл. С 01 К 7/32, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

У 527608, кл. G 01 К 7/32, 1975. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь, о т л и ч а ю m е е с я тем, что, с целью повьпцения точности измерения путем уменьшения динамической погрешности, в него введены источник образцового напряжения с малоинерционным термозависимым делителем, интегродифференцирующая цепь и сумматор, к входу которого подключены выходы дифференцирующей и интегродиАференцирующей цепей, а его выход соединен с управляющнм входом автогенератора, причем источник образцового напряжения через малоинерционный термозависимый делитель подключен к входам дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей.

45

<(pl, (г!

" 1Р)(" Р(где р — оператор дифференцирования;

t5,t4.- постоянные времени звена.

Известное устройство позволяет уменьшить постоянную времени лишь на участке характеристики, описываемой выражением (1), а величина задержки 4 остается нескомпенсированной

l

Р что и приводит к снижению точности измерения из-за наличия значительной динамической погрешности.

1 1091

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в системах измерения нестацнонарных температур.

Известны устройСтва для измерения температуры, содержащие в качестве датчика термочувствительный кварцевый резонатор Г11.

Недостатком таких кварцевых датчиков температуры является их сравнительно высокая инерционность, составляющая величину от нескольких де. сятков секунд для высокодобротных прецизионных кварцевых резонаторов до одной секунды для малогабаритных резонаторов с гелиевым заполнением.

Это приводит к снижению точности измерения в условиях нестационарных температур.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения температуры, содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь 1 2 .

Данное устройство позволяет уменьшить инерционность термометра в несколько раз. При этом предполагается, что зависимость частоты ав1тогенератора с термочувствительным кварцевым резонатором при скачке температуры на величину дТ описывается выражением

Ф

ЛЕ(+3=атК S-e (11 где — постоянная времени датчика;

К вЂ” коэффициент преобразования;

1 — текущее время.

Однако в действительности термо40чувствительный кварцевый резонатор представляет собой апериодическое звено второго порядка с передаточной функцией

032 2

Целью изобретения является повышение точности измерения путем-уменьшения динамической погрешности, возникающей при измерении нестационарных температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее автогенератор с термочувствительным кварцевым резонатором и дифференцирующую цепь, введены источник образцового напряжения с малоинерционным термозависимым делителем, интегродифференцирующая цепь и.сумматор, к входу которого подключены выходы дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей, а его выход соединен с управляющим входом автогенератора, причем источник. образцового напряжения через малоинерционный термозависимый делитель подключен ко входам дифференцирующей и интегродифференцирующей цепей.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - простей" ший вариант выполнения его блоков; на фиг.3 - временные диаграммы.

Устройство содержит автогенератор

1 с термочувствительным кварцевым резонатором 2, источник 3 опорного напряжения с малоинерционным термозависимым делителем 4 напряжения, сигнал с которого поступает на входы дифференцирующей цепи 5 и интегродифференцирующей цепи 6, и сумматор

7, выход которого подключен к управляющему входу автогенератора

В простейшем варианте выполнения блоков предлагаемого устройства термозависимый делитель 4 напряжения (выполнен в виде резисторов Р1 и и, элементы С„, С4 образуют дифференцирующую цепь 5, а элементы R,C 2,C

g<-интегродифференцирующую цепь 6.

Сумматор 7 выполнен на операционном усилителе, причем резисторами к5, И1... R> выбирается Форма и амплитуда напряжения, поступающего на управляющий вход автогенератора 1.

Полярность источника образцового напряжения 3 определяется знаком температурного коэффициента сопротивления терморезистора Й1 и характеристикой управления автогенератора 1.

Конструктивно терморезистор Р и тер1 мочувс гвительный кварцевый резонатор

2 размещаются рядом в среде, температура которой измеряется.

Постоянная времени дифференцирования цепи 6 равна постоянной времени

3 1091032 4 го кварцевого ре- образом, в момент времени t i" (1+ 1

11" 1 4. постоянная време- на управляющий вход генератора 1 цепи 6 равна по- поступает максимальное положительное ифференцирования значение управляющего напряжения О

4> а меньше времени 5 амплитудаЦ „которого определяется величинойд7 . Под действием этого натает следующим пряжения происходит перестройка частоты автогенератора 1 от значения температуре или Е1 до значения Ю 7 тг зменении (с постоян >0 Начиная с момента времени (1 +1 )

1 ельно большей. амплитуда напряжения U+ уменьшается ар) напряжение по.экспоненциальному закону, но по а 7 равно нулю, этому же закону с той же постоянной еском режиме блоки времени (Тр) изменяется собственная е оказывают влия- 1g резонансная частота термочувствитель" одного сигнала ного кварцевого резонатора 2, следовательно, частота автогенератора 1 ном тепловом воз- остается неизменной. В момент времени при скачке тем- 1г на управляющий вход .автогенератора на выходе дели- 20 1 поступает максимальное отрицатель01 изменяется, ное значение напряжения V под дей+Э чно малой постоян- ствием,которого происходит перестя форма напряже- ройка частоты автогенератора 1 от ряет форму скачка . значения 1. до значения Е1 . На мость частоты ZS .участке (tq+4 ), tq амплитуда термочувствитель .напряжения 0 и собственная частота атором при скачке термочувствительного кварцевого речину дТ, соот- зонатора 2 изменяются по одинаковому ию (2), приведе- закону, но с противоположными знакасравнения на ЗО ми, что определяет постоянство часависимость частоты тоты автогенератора 1. асио выражению (1). Таким образом, на выходе автогенератора 1 при воздействии скачка температуры одновременно на термочувствительный кварцевый резонатор Р а его Уп 2 и термозависимый делитель 4 напряходимо подать женя происходит изменение частоты оторого является сигнала (фиг.Зж) в соответствии с формой скачка температуры и постоян"е <1 ф 4 .ной времени термозависимого делите я ромежутке теристике Уп- напряжения. термочувствительно эонатора 2 — Фр, а ни интегрирования стоянной времени д цепи 5 и в 3-4 раэ задержки С, .

Устройство рабо образом.

При неизменной при медленном ее и

tto1t времени значит постоянной времени на выходе сумматор т.е. в квазистатич

3 — 7 устройства н ния на частоту.вых автогенератора 1 °

Ври нестационар действии,. например пературы (фиг. За) теля 4 напряжения причем при достато ной времени делител ния (фиг.Зг) повто температуры. Зависи автогенератора 1 с ным кварцевым резон температуры на вели ветствующая выражен на на фиг. Зв; для фиг.Зб изображена э автогенератора согл !

Для того, чтобы ратора 1 изменялась с перепадом темпера равляющий вход необ напряжение, форма к обратной величиной тоти от времени в и (при линейной харак равления). На фиг. Зд показана форма напряжения 0, на управляющем входе автогенератора 1, которое синтеt зируют блоки 5 — 7 из напряжения

01. Форма напряжений Ог и,0 на выходе дифференцирующей цепи 5 и интегродифференцирующей цепи 6 соответственйо показана на фиг.Çe. Поскольку постоянные времени дифференцирования цепи .5 и интегрирования цепи б равны, 5С то при сложении напряжений в интер" валах t < ° (1+ М и г .. (+ 4) на выходе сумматора 7 формируется постоянное напряжение. На участках (t1+

Стабильность устройства во времени определяется стабильностью термочувствительного кварцевого резонатора, поскольку номинальная величина термозависимого параметра делителя 4 напряжения (наименее стабильного элемента) не входит в выражения, определяющие закон изменения управляющего напряжения 04, элементы 4 - 6 реагируют лишь на скорость изменения температуры, далее, при быстрых, нестационарных тепловых воздействиях с постоянной времени (Трпрактически основное внимание удаляется инерционности датчика температуры, а стабильность характеристик тРебУется лишь при квазистатических изменениях

1091032

Заказ 3072/39

Подписное

ВН КИПИ

Тираж 823 температуры (например, в системах термостатирования).

Предложенное устройство по сравнению с известными обладает существенно лучшими динамическими характеристиками, обеспечивая точность измерения температуры (0,1-0,2)оС при скорости ее изменения до 20 град/с, что в большинстве случаев удовлетворяет

5 требованиям практики.

Ф

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4