Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО /ЩЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, .содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, вы ходы которого соответственно соеднне ны с управляющими входами ключа и .первого цифроаналогового преобразс)за теля, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения , отличающееся тем, что, с целью повьшения точности изме рения температуры, в него введены оп рационный усилитель, управляемый источник тока и преобразователь кодов, вход которого соединен с выходом цифрового регистра первого цифроаналогового преобразователя, а выход через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к управляющему входу управляемого источника тока, первый вывод которого подключен к общей шине устройства, соединенной со схемой сравнения, первым цифроаналоговым преобразователем и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй вывод через ключ подключен к первому токовому выводу термопреобра-д зователя сопротивления, второй токо- S вый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, а потенциальные выводы термопреобразователя JCZI сопротивления соответственно соеди- I . . - . нены с инвертирующим входом операцион- 3 ного усилителя и вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом первого цифроаналоговогоj |у преобразователя..рГГ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.!(б!) С 01 К 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3597593/24-10 (22) 30.05.83 (46) 07.03.85. Бюл. и 9 (72) Л.П.Логинова и В.С.дворников (53) 536.531(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N9 603857, кл. G 01 К 7/16, 1976..

2. Авторское свидетельство СССР

У 991188, кл. Г 01 K 7/!6, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 808970, кл. С 01 r 27/00, 1979 (прототип) . (54).(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, выходы которого соответственно соедине( ны с управляющими входами ключа и первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, о т л и ч à ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены опе„„SU„, 1143996 А рационный усилитель, управляемый источник тока и преобразователь кодов, вход которого соединен с выходом цифрового регистра первого цифроаналогового преобразователя, а выход через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к управляющему входу управляемого источника тока, первый вывод которого подключен к общей шине устройства, соединенной со схемой сравнения, первым цифроаналоговым преобразователем и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй вывод через ключ подключен к первому токовому выводу термопреобразователя сопротивления, второй токо- 9 вый вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, а потенциальные выводы термопреобразователя сопротивления соответственно соединены с инвертирующим входом операционного усилителя и вторым входом схемы сравнения, выход которой соединен с входом первого цифроаналогового р . ,преобразователя..

1 1143

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры термопреобразователями сопротивления с регулировкой протекающего через 5 них измерительного тока.

При измерении температуры термопреобразователем сопротивпения точность измерения зависит от величины измерительного тока. Чем меньше ве- 10 личина измерительного тока, тем меньше онибка измерения, обусловленная нагревом термопреобразователя, но тем чувствительнее должна быть измерительная аппаратура, которая ре- 15 гистрирует изменение сопротивления термоПреобраэователя, характеризующее изменение температуры. Поэтому для каждого термопреобразователя сопротивления существует оптимальное 20 значение измерительного тока, зависящее от конструкции термопреобразователя и величины его сопротивления.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобра- .25 зователь сопротивления, включенный в уравновешенную мостовую схему с переменным резистором в цепи питания, .движок которого механически связан с движком расхода. В этом устройстве 50 ,при изменении температуры изменяется величина измерительного тока таким образом, что мощность, выделяемая термопреобразователем, не изменяется,что позволяет обеспечить постоянство погрешности самонагрева и учесть ее при калибровке устройства 1 5.

Недостатками устройства являются низкая точность измерения и низкое быстродействие вследствие наличия 40 механических элементов.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный в цепь регулируемого источника тока и подключенный к входу усилителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соедннен с выходом источника опорного напряжения, а выход подключен

50 к управляющему входу регулируемого источника тока, источник компенсирующего напряжения, подключенный к входу усилителя (2 1.

В этом устройстве при изменении температуры изменяется величина тока, питающего термопреобразователь, что позволяет обеспечить линеариза996 цию характеристик некоторых термопреобразователей. Однако это устройство не может обеспечить оптимального значения измерительного тока для термопреобразователей с различными характеристиками.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения активного сопротивления, которое, при включении термопреобразователя сопротивления вместо измеряемого резистора может быть использовано для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляющими входами ключа и первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, а также эталонный резистор, второй блок управления Е33.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная тем, что в нем величина измерительного тока выбирается неоптимальным образом.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, два цифроаналоговых преобразователя, схему сравнения, ключ, блок управления, выходы которого соответственно соединены с управляющими входами ключа и первого цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого подключен к первому входу схемы сравнения, введены операционный усилитель, управляемый источник тока и преобразователь кодов, вход которого соединен с выходом цифрового регистра первого цифроаналогового преобразователя, а выход через второй цифроаналоговый преобразователь подключен к управляющему входу управляемого источника тока, первый вывод которого подключен к общей шине устройства, соединенной со схемой сравнения, первым цифроаналоговым преобразователем и неинвертирующим входом операционного усилителя, а второй вывод через ключ подключен к первому токовому выводу термопреВ соответствии с выражениями (1) и (2) преобразователь кодов имеет функцию преобразования, определяемую выражением

45 к/ /V

50 где N.(Ý;j — - код устанавливаемого тока, соответствующий току I.;

У

>;("9(j — код эталонного напряжения, соответствующий U .,,55

Э(Наличие в цепи питания термопреобразователя ключа, который открыва3 1143 образователя сопротивления, второй токовый вывод которо(о соединен с выходом операционного усилителя, а потенциальные выводы термопреобразователя сопротивления соответственно сое- 5 динены с инвертирующим входом операционного усилителя и вторым входом схемы сравнения, ныход которой соединен со входом первого цифроаналогового преобразователя. 10

Наличие н устройстве преобразователя кодов позволяет в процессе работы устройства непрерывно регулировать величину измерительного тока кодом эталонного напряжения по закону, определяемому формулой

3 э1, (; =1 2 3...), (1)

И9( (Е1 где 3; — величина измеритепьного тока;

R (e) — значение сопротивления

i термопреобразователя, соответствующее температуре О;;

V — эталонное напряжение вели»

91

Э чина которого выбирается зависимой от температуры.

Значение U; выбирается в каждой

i-й точке диапазона измерения в пределах допустимой мощности рассеивания Рд„п,< ГР„,/R(81 „, где РВ„»,— максимальное значение сопротивления, 3О термопреобразователя, через интервал, соответствующий точности измерения температуры ((г, с приращением напряжения dU, равным шагу квантования эталонного напряжения U» .

Величина установленного тока I; определяется из условия сравнения измеряемого напряжения с эталонным

U,.=3 R(8j="О, . (2l . 40

99б 4 ется сигналом с блока управления только на время преобразования из— меряемого сигнала с термопреобразователя, позволяет уменьшить среднюю мощность расСеивания и тем самым дополнительно повысить ток питания термопреобразонателя, а следовательно, и точность преобразования.

На чертеже приведена бло :-схема устройства.

Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, упранляемый источник 2 тока, операционный усилитель 3, схему 4 сравнения, нервый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, блок 6 управления, преобразователь 7 кода, второй ЦАП 8 и ключ 9.

Преобразователь 7 кода может быть выполнен в виде программируемой логической матрицы (НПМ), широко используемой при выработке микропрограмм в микропроцессорах и состоящей из двух матриц, первая из которых реализует на выходных шинах функцию ИЛИ, а вторая — функцию И, при этом выход первой матрицы подключен к входу второй.

Управляемый источник 2 тока, схема сравнения, ключ могут быть выполнены на стандартных микросхемах по обычным схемам.

В качестве блока управления может быть использован генератор импуль сон, формирующий на своих выходах управляющие импульсы, следующие через определенный интервал времени.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства по сигналу с блока управления замыкается ключ 9, а на выходе ЦАП 5 формируется эталонное напряжение U напри91 мер, минимального уровня, соответствующее минимально возможной измеряемой температуре, которое поступает на вход схемы 4 сравнения. Одновременно с выхода цифрового регистра ЦАП 5 на вход преобразователя 7 кодов подается код N„(U „), соответствующий значению напряжения U

91

При этом на выходе преобразователя

7 кодов в соответствии с зависимостью (3) формируется код N (I ) который подается на вход второго

ЦАП 8. По сигналу с выхода ЦАП 8 источник 2 тока формирует в соответcrave с зависимостью (1) ток I

1 1

399Ь

114

Составитель В.Куликов

Редактор Т.Кугрышева Техред С.йовжий Корректор H.aðäåéè

Заказ 895/34 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 э который протекая через термопреобразователь, создает на нем падение напряжения U -=I R(eJ. Сигнал U c

1 термопреобразователя 1 сопротивле. ния подается на второй вход схемы 4 сравнения, где сравнивается с напряжением 0 . Если эти,напряжения в э пределах дискретности эталонного напряжения равны, то на этом процесс измерения заканчивается. При этом код И (U ) пропорционален измеряемой

1 91 температуре. Если эти напряжения не равны, то по сигналу с выхода схемы сравнения на выходе UAII 5 формируется эталонное напряжение П, отличающееся от Ц на величину Ь, а на выходе его цифрового регистра - код

И (U ). В соответствии с эависи2. ээ. мостью (3) источник 2 тока формирует ток I, отличающийся от тока I< на величину .д3, а на вход схемы 4 сравнения поступает напряжение

U I R(e) .которое сРавниваетсЯ с

2 2 ° напряжением 0 . Этот процесс сравнения напряжений и изменения тока будет продолжаться до момента равен ства напряжений U, и U с точностью до половины дискретности зна чения напряжения дП. При этом код

X (U„), сформированный на выходе

5 ЦаП 5, будет являться цифровым зкви валентом измеряемой температуры.

Устройство позволяет повысить точность измерения в несколько раз

1О за счет повышения тока питания термы преобразователя на участках диапазона с низкой чувствительностью термопреобразователя. Одновременно.с этим устройство обеспечивает линеаризацию выходной характеристики термопреобразователя любого типа, для чего достаточно выбрать численное значение эталонного напряжения Б (e) в линейэс ной зависимости от измеряемой тем20 пературы. Кроме того, наличие операционного усилителя в цепи питания термопреобразователя позволяет при четырехпроводной схеме включения vei мопреобраэователя подключать источник тока к общей шине устройства, что повышает его помехозащищенность.