Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и надежности устройства путем обеспечения контроля работоспособности и термокомпенсадии температурного ухода параметров элементов устройства . Когда на один из входов элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 18 сигнал с уровнем логической 1 поступает с выхода делителя 12 частоты, на выходе демодулятора 8 увеличивается сигнал, т.к. в это время выходной сигнал коммутато-. ра 10 фазы формируется элементом 2-2И-2ИЛИ-НЕ 18 из проинвертированного инвертером 17 выходного сигнала генератора 2 частоты. Блок 1 контроля вырабатывает сигнал, приводящий к уменьшению выходного сигнала демодулятора 8. Если на выходе делителя 12 частоты устанавливается сигнал с уровнем логического О, то поступая на один из входов элемента 2-2И-2ИЛИ- НЕ 18, он запрещает прохождение сигналов с выхода генератора 2 частоты через эти входы. 1 ил. (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{5ц 4 G 01 К 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и oTHpblTHA (21) 4018579/24-10 (22) 04.02.86 (46) 23.08.87. Бюл. Р 31 (72) В.И.Михайленко, А.К.Савчук и В.И.Клокун (53) 536.532(088.8) (56) Патент США !! 4211113, кл. 73-359, опублик. 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 987417, кл. С 01 К 7/02,.

G 0l К 7/12, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения— повышение точности измерения температуры и надежности устройства путем обеспечения контроля работоспособности и термокомпенсации температурного

„,Я0„„1332162 А1 ухода параметров элементов устройства. Когда на один из входов элемента

2-2И-2ИЛИ-НЕ 18 сигнал с уровнем логической "1" поступает с выхода делителя 12 частоты, на выходе демодулятора 8 увеличивается сигнал, т.к. в это время выходной сигнал коммутато-. ра 10 фазы формируется элементом

2-2И-2ИЛИ-HF, 18 из проинвертированно го инвертером 17 выходного сигнала генератора 2 частоты. Блок 1 контроля вырабатывает сигнал, приводящий к уменьшению выходного сигнала демо-. дулятора 8. Если на выходе делителя

12 частоты устанавливается сигнал с уровнем логического "0", то поступая на один из входов элемента 2-2И-2ИЛИНЕ 18, он запрещает прохождение сигналов с выхода генератора 2 частоты через эти входы. 1 ил.

1332162

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры посредством термоэлектрического преобразователя с компенсацией термо-ЭДС свободного спая преобразователя.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры и надежности устройства путем обес- 10 печения контроля работоспособности и термокомпенсации температурного ухода параметров элементов устройства.

На чертеже приведена структурная 15 схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения температуры содержит блок 1 контроля, генератор ? частоты, термоэлектрический преобразователь 3, схему 4 управле- 20 ния, модулятор 5, схему 6 термокомпенсации, усилитель 7 переменного тока, демодулятор 8 и регистратор 9.

В состав блока 1 контроля вхопят коммутатор 10 фазы, схема 11 опорного напряжения и делитель 12 частоты.

Схема 4 управления выполнена на операционном усилителе 13 усилитель

7 переменного тока — на операционном, усилителе 14, а демодулятор 8 — на операционном усилителе 15.

В состав коммутатора 10 фазы входят два инвертора 16 и 17, элемент

2-2И-2ИЛИ-HF, 18 и элемент И 19, оцин вход которого соединен с выходом элемента 18, а другой вход соединен с

35 шиной "Сигнал контроля". Выход элемента И 19 соединен с базой транзистора 20 схема ll опорного напряжения, коллектор данного транзистора через первичную обмотку трансформатора 21, диод 22 и резистор 23 подключен к выходу источника питания +Е„, (не показан). Выводы вторичной обмотки трансформатора 21 через диоды 24 и 25 подключены к резистивному делителю 26

45 модулятора, соединенному через ключи

27 и 28 с крайними выводами первой обмотки выходного трансформатора 29, В схеме 6 термокомпенсации, предназначенной для термокомпенсации термоЗДС свободных выводов термоэлектрического преобразователя 3 и темпера" турного ухода параметров радиоэлементов устройства и выполненной на использовании свойства изменения падения напряжения на P-n переходах диодов 30.1,...,30.п под воздействием окружающей температуры, вывод подвижного контакта резистора 31 через вторичную обмотку трансформатора 29 подключен к неинвертирующему входу операционого усилителя 14 усилителя 7 переменного тока. Два оставшихся вывода резистора 31 подключены к выводам последовательно соединенных диодов 30.1,...30.п, при этом один из выводов резистора 31 соединен с плюсом диода 30.1 и через резистор

32 — с минусом стабилитрона 33 в точке соединения последнего с резисторами 32 и 34, а. второй вывод резистора

31 соединен с. минусом диода 30.п и плюсом стабилитрона 33 и шиной "Кор-. пус". Минус стабилитрона 33 через резистор 34 подключен к плюсу источника питания F.п (не показано).

Выход генератора 2 частоты подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 13, второй вход которого соединен с шиной "Корпус", а выход . — через резистор 35, переход база-эмиттер транзистора 36, резистор 37 подключен к последовательно соединенным первичным обмоткам трансформаторов 38 и 39 соответственно.

При этом точка соединения эмиттера транзистора 36 и резистора 37 подключена через резистор 40 к плюсу источника питания, а коллектор транзистора 36 соединен с минусом источника питания. Второй вывод первичной обмотки трансформатора 39 подсоединен к шине "Корпус". Вторичные обмот. ки трансформаторов 38 и 39 соединены по двухпроводной линии связи с управляющими входами ключей 26 и 27 модулятора 5 и ключа 41 демодулятора

8 соответственно.

Усилитель переменного тока предназначен для усиления переменного напряжения, поступающего с выхода модулятора 5, и вьпчолнен на базе операционного усилителя 14, резисторов

42 — 44 и конденсатора 45.

Демодулятор предназначен для преобразования импульсного напряжения в,постоянное и выполнен на следующих элементах: ключе 41, конденсаторах

46 и 47, резисторах 48 — 52 и операционном усилителе 15.

В качестве регистратора 9 можно использовать любое устройство, позволяющее фиксировать постоянное напряжение.

Устройство работает следующим образом.

3 1 33?

Сигнал с выхода термоэлектрического преобразователя 3 в виде напряжения постоянного тока, величина которого пропорциональна значению темпе5 ратуры в контролируемой среде, через модулятор 5, преобразующий постоянное напряжение термопреобразователя

3 в переменное и выделяющееся на вторичной обмотке трансформатора 29, поступает на неинвертирующий вход усилителя 7 переменного тока, где оно усиливается и поступает на вход демодулятора 8. Необходимая величина коэффициента усиления устанавливается путем регулирования величины сопротивления резистора 42 усилителя переменного тока. Демодулятор 8 преобразует отрицательный полупериод напряжения в постоянное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре, поступающее на регистратор 9.

Сигналы с выхода .генератора 2 частоты через операционный усилитель 13 и эмиттерный повторитель на транзисторе 36 схемы 4 управления поступают на последовательно соединенные первичные обмотки трансформаторов 38 и

39. Со вторичных обмоток трансформатора 38 сигналы управления подаются на управляющие входы ключей 28 и 27 модулятора 5, а со вторичной обмотки трансформатора 39 — на управляющий вход ключа 41 демодулятора 8.

Ключи 27 и 28 включаются сигналами управления в противоположные полу35 периоды, вследствие этого в первичных обмотках трансформатора 29 возникает переменный ток.

Ключ 41 включается синфазно с клю40 чом 27 в моменты времени, соответствующие отрицательному полупериоду переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора 29.

На неинвертирующий вход усилителя

7 переменного тока через вторичную обмотку трансформатора 29 модулятора

5 поступает сигнал с выхода схемы 6 термокомпенсации, компенсирующий термо-ЭДС свободного спая термоэлектрического преобразователя 3 и темпера50 турный уход элементов схемы устройства. Этот сигнал в виде напряжения постоянного тока передается усилителем

7 переменного тока без изменения на вход демодулятора 8. Поскольку на этот же вход демодулятора 8 с выхода усилителя 7 одновременно поступает и усиленное переменное напряжение, 162 4 отрицательный полупериод которого преобразуется в постоянное напряжение, то в демодуляторе 8 происходит их суммирование, в результате чего на выходе последнего устанавливается постоянное напряжение, из которого исключено напряжение ошибки, обусловленное температурной нестабильностью элементов схемы. Перемещая подвижной вывод потенциометра 31, можно уста- ,навливать различные уровни выходных напряжений схемы 6 термокомпенсацин и соответственно получать различные, пропорциональные им, температурные приращения напряжений.

Регулирование и первоначальная установка выходного сигнала устройства осуществляется путем установки с помощью переменного резистора 49 демодулятора 8 необходимого уровня выходного сигнала при предельном значении выходного сигнала термоэлектрического преобразователя 3.

Проверка работоспособности устройства на неработающем объекте осуществляется посредством блока I контроля, для чего на один из входов элемента

И 19 коммутатора 10 фазы подается внешний сигнал "Контроль" в виде потенциала с уровнем логической "1".

На другой вход элемента И 19 с момента включения питания устройства через элемент 2-.2И-2ИЛИ-НЕ 18 коммутатора 10 фазы поступают сигналыс выхода генератора 2 частоты.

С выхода элемента И 19 коммутатора 10 фазы управляющие сигналы с частотой генератора 2 частоты начинают поступать на вход транзистора

20 схемы 11 опорного напряжения, что приводит к возникновению на вторичной обмотке трансформатора 21 переменного напряжения, которое вызывает протекание тока через делитель 26 на- пряжения в течение одного полупериода сигнала с выхода генератора 2 частоты.

При открытом ключе 28 ток протекает по цепи: диод 25, ключ 28, первичная обмотка трансформатора 29, термоэлектрический преобразователь 3, средняя точка резистивного делителя

26, диод 25, а когда открыт ключ 27 по другой дополнительной цепи. средняя точка резистивного делителя 26, термоэлектрический преобразователь

3, первичная обмотка трансформатора

29, ключ 27, диод 25.

1332

Дополнительные токи через ключ

28 и первичную обмотку трансАорматора 29 или через первичную обмотку . трансформатора 29 и ключ 27 соответственно уменьшают или увеличивают ве5 личину токов в первичных обмотках трансформатора 29, обусловленных действием сигнала с выхода термоэлектрического преобразователя 3.

Если время возникновения и дополнительного протекания тока совпадает, т.е. происходит синфазно сс временем включения ключа 27, то величина тока через первичную обмотку трансформато- )5 ра 29 модулятора 5 возрастает, вследствие чего выходной сигнал демодулятора 8 возрастет., Если время возникновения и протеКания дополнительного-тока происходит синфаэно со временем включения ключа 28, то величина тока, протекающего через первичную обмотку трансформатора 29модулятора 5, обусловленная величиной сигнала свыхода термо- 25 электрического преобразователя 3, уменьшается, вследствие чего выходной сигнал демодулятора 8 также . уменьшается. Поэтому при известном заранее уровне опорного напряжения вторичной обмотки трансАорматора 21 регистратор 9 зафиксирует пропорционально этому уровню увеличение или уменьшение уровня выходного сигнала демодулятора 8.

Длительность времени выдачи увели35 ченного или уменьшенного выходного сигнала демодулятора 8 определяетея длительностью сигнала с уровнем логической "1", поступающего ка один из

40 входов элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 18 коммутатора 10 Аазы непосредственно с выхода делителя 1? частоты или через инвертор 16 коммутатора 10 фазы блока I контроля.

Например, когда на один из входов

45 элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 18 сигнал с уровнем логической "1" поступает не- . посредственно с вьгхода делителя 12 частоты, то на выходе демодулятора 8 будет увеличенный сигнал, так как в это время вьгходной сигнал коммутато-. ра 10 Аазы Аормируется элементом 2

2-2И-2ИЛИ-HF, 18 из проинвертированного инвертором 17 выходного сигнала генератора 2 частоты. При этом блоком 1 контроля вырабатывается сигнал, приводящий к уменьшению выходного

162

6 сигнала демодулятора 8. Если на выхо де делителя 12 частотыустанавливается. сигнал с уровнем логическсго нуля, то, поступая на один из входов И элемента 2-2И-2ИЛИ-НЕ 18, он запрещает прохождение сигналов с выхода генератора 2 частоты через эти входы. Однако сигнал, проинвертированный инвертором 16 и поданный на один из другой пары входов И элемента 18, разрешает сигналам с выхода генератора 2 . частоты проходить на выход элемента

18, что ведет к увеличению выходного напряжения демодулятора 8. формулаизобретенйя

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, модулятор, усилитель переменного тока, выход которого через демодулятор подключен к регистратору, генератор частоты, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности устройства, в него введены схема термокомпенсации, схема управления, блок контроля, состоящий из последовательно включенных делителя частоты, коммутатора фазы и схемы опорного напряжения, при этом модулятор состоит из двух транзисторных ключей, резистглвного делителя и вы-,. ходного трансформатора, крайние выводы первичной обмотки которого соответственно через транзисторные ключи соединены с крайними выводами резистивного делителя, средняя точка которого соединена с первым выводом термоэлектрического преобразователя, второй вывод которого подключен к среднему выводу первичной обмотки выходного трансАорматора, выводы вторичной обмотки которого подключены соответственно к выходу схемы термокомпенсации и входу усилителя переменного тока, причем крайние выводы резистивного делителя соединены с выходом схемы опорного напряжения блока контроля, а входь: его делителя частоты и второй вход коммутатора фазы соединены с выходом генератора частоты и входом схемы управления выходы которой соединены соответственно с управляющими входами ключей модулятора и управляющим входом демодулятора.