Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к устр-вам для дистанционного измерения температуры с использованием терморезисторов . Цель изобретения - повышение точности измерения. Первый этап работы устр-ва - калибровка - состоит из трех тактов, в которых по команде с блока 22 управления подключается в измерительный мост соответственно резистор 5, 6 и 7 и получается на выходе усилителя 20 разность сопротивлений соответственно резисторов 5 и 3,6 и 3, 7 и 3. На втором этапе измеряют температуру по изменению сопротивления терморезистора 4. Изменение сопротивления последнего не зависит от стабильности источника 19 напряжения, резисторов 1, 2 и 3, коэффициента усиления дифференциального усилителя 20. В устр-в-е скомпенсирована нелинейность несбалансированного измерительного моста путем выполнения математических операций с помощью микроэвм 21. Значение измерений температуры отображается блоком 23 индикации. 4 ил. & , / /3 5 И 1-гсЬ-гС1ьН

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (SD 4 G 01 К 7/16, 7/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4003724/24-10 (22) 08.10.85 (46) 15, 10.87. Бюл, № 38 (71) Отделение Всесоюзного научноисследовательского института электромеханики (72) В. И, Исаев, В. Ф, Башкатов и 3. И. Кочураева (53) 536,53(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1177687, кл. G 01 К 7/16, 1983, "Известия ВУЗов СССР. Приборостроение",1976, ¹ 44,, с, 9-13. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к устр-вам для дистанционного измерения темпера туры с использованием терморезисторов. Цель изобретения — повышение точности измерения. Первый этап работы устр-ва — калибровка — состоит из трех тактов, в которых по команде с блока 22 управления подключается в измерительный мост соответственно резистор 5, 6 и 7 и получается на выходе усилителя 20 разность сопротивлений соответственно резисторов 5 и

3, 6 и 3, 7 и 3. На втором этапе измеряют температуру по изменению сопротивления терморезистора 4. Изменение сопротивления последнего не зависит от стабильности источника 19 напряжения, резисторов 1, 2 и 3, коэффициента усиления дифференциального усилителя 20, В устр-ве скомпенсирована нелинейность несбалансированного измерительного моста путем выполнения математических операций с помощью микроЗВМ 21. Значение измерений температуры отображается блоком 23 индикации, 4 ил.

1 134

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для дистанционного измерения температуры с использованием терморезисторов.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг ° 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2-4 — схемы коммутаторов устройства.

Устройство содержит последователь.но соединенные резисторы 1 — 3, терморезистор 4, образцовые резисторы

5 — 7, линию 8 связи„ содержащую четыре провода 9 — 12, резисторы !3—

15, имитирующую сопротивления прово.дов линии 8 связи, первый 16, второй

17, третий 18 коммутаторы, источник

19 постоянного напряжения, дифференциальный усилитель 20, микроЭВМ 21, блок 22 управления, блок 23 индикации, шину 24 нулевого потенциала, Первые выводы образцовых резисторов 5-

7 объединены, вторые выводы соединены с первым, вторым и третьим входами коммутатора 16. Первые выводы резисторов 13 — 15 соединены между собой, второй вывод резистора 13 соединен с точкой соединения образцовых резисторов 5 — 7, второй вывод резистора 14 — с шиной 24 нулевого потенциала, второй вывод резистора 15— с вторым входом коммутатора 17. Первый вывод терморезистора 4 соединен с четвертым входом коммутатора 16 проводом 9 линии 8 связи и с первым входом коммутатора 18 проводом 12 линии связи. Второй вывод терморезистора 4 соединен с пятым входом коммутатора 16 проводом 10 линии 8 связи и с вторым входом коммутатора !8 проводом 11 линии связи. Четвертый вход коммутатора 16 соединен с первым входом коммутатора 17, а пятый вход коммутатора 16 — с третьим входом коммутатора 17, Выход коммутатора 16 соединен с первым выводом резистора

1, выход коммутатора 17 — с вторым выводом резистора 3, выход коммутатора 18 — с шиной 24 нулевого потенциала. Первый выход источника 19 постоянного напряжения подключен к точке резисторов l и 2, а второй выход соединен с шиной 24 нулевого пот нциала. Первый вход дифференциального усилителя 20 подключен к первому выводу резистора 1, я второй вход — к точке соединения резисторов

2 и 3. Выход дифференциального уси5068 2 лителя 20 подключен к микроЭВМ 21.

Первые пять выходов блока 22 управления соединены соответственно с пятью управляющими входами коммутатора с;

16, шестой, седьмой и восьмой выходы блока 22 управления соединены с первым, вторым и третьим управляющими входами коммутатора 17, девятый и десятый выходы блока управления соединены с первым и вторым управляющими входами коммутатора 18. Блок 22 управления и блок 23 индикации соединены с микроЭВМ 21 Последовательно соединенные резисторы 1 — 3 и подключаемые коммутаторами 16 — 18 терморезистор 4 или образцовые резисторы 5 — 7 образуют измерительный мост.

Работа устройства подразделяется на два этапа: первый — калибровка, второй — измерение температуры.

Целью калибровки является определение коэффициентов А,В.,С функции преобразования измерительного моста

U = AdR +BdR + С, (1) где U — выходное напряжение диффе"

t ренциального усилителя 20;

30 А — коэффициент, характеризующий нелинейность функции преобразования;

 — коэффициент линейного преобразования;

С вЂ” коэффициент, определяющий

35 начальный сдвиг функции преобразования, Процесс калибровки устройства состоит из трех тактов. В первом так40 те коммутаторы 16 и 17 по командам с блока 22 управления подключают в измерительный мост первый образцовый резистор 5, Напряжение на выходе дифференциального усилителя 20 равно !! = АйК„+ ВаК, +С, (2) где ilk, разность сопротивлений резистора 5 и резистора 3 смежного плеча моста.

Во втором такте в измерительный мост подключен второй образцовый резистор 6, На выходе усилителя 20 напряжение U равно

U,= ÀíR, + ВаК, + С, (3) бб где 8 R — разность сопротивлений резисторов 6 и 3.

В третьем такте в измерительный мост подключают третий образцовый

3 13450 резистор 7 и получают на выходе усилителя

U з BnR . 5 где а 1 — разность сопротивлений резисторов 7 и 3.

Сопротивления резисторов 13 — 15 равны между собой и приблизительно равны сопротивлениям проводов 9

11 линии 8 связи. На основе решения системы из трех уравнений (2), (3) и (4) составляют алгоритм функционирования микроЭВМ 21 для определения значений коэффициентов А,В и С. 15

На втором этапе измеряют температуру по изменению сопротивления терморезистора. Процесс измерения сопротивления терморезистора состоит из двух тактов, В первом такте комму- 20 татор 16 подключает терморезистор 4 и провод 9 линии связи с резистору

1 измерительного моста, коммутатор

17 подключает терморезистор 4 и провод 10 линии связи к резистору 3 мос- 25 та, проводом 11 линии связи терморезистор через .коммутатор 18 соединен с шиной 24 нулевого потенциала, При выполнении условия, что сопротивления резисторов 1 и 2 много больше сопро- З0 тивлений терморезистора и резистора

3, напряжение на выходе усилителя 20 равно

КТL (1 с+ т ) (Ro+r )) ° (5) . коэффициент преобразования моста;

R, — сопротивление резистора 3; г, r — сопротивления проводов 9 и

10 линии 8 связи; ток в плечах моста.

Во втором такте коммутатор 16 соединяет терморезистор 4 через провод

10 линии связи с резистором 1 моста,. коммутатор 17 подключает терморезистор с проводом 9 линии связи к ре45 зистору 3 моста, провод 12 линии связи подключен через коммутатор 18 к шине 24 нулевого потенциала. Напряжение на выходе дифференциального усилителя 20 равно

U =KI f(R +г ) — (R,+r, )j, (6) 10

В

ЛК =

2А (8) (9) R= aR+ R, R, =R (!+АЙ С), (10) где R — сопротивление терморезистоСо о ра при 0 С;, — коэффициент преобразования температуры в электрическое сопротивление; о

С вЂ” температура в градусах

Цельсия.

Тогда из (10) и с учетом (9) получают температуру а R,-Кс

С Вс, которая определяется с помощью микроЭВМ в зависимости от типа испольПо результатам двух измерений (5) и (6) микроЭВМ 21 вычисляет среднее значение напряжения на выходе усилителя

U U +U" KI(R,+r -R +r, +R,-r-R.-r )j

2 2

68

= KI (R, -R, ) = К4 К. (7)

Из последнего выражения следует, что среднее арифметическое двух напряжений, полученных соответственно в первом и втором тактах, не зависит от изменения сопрбтивлений проводов линии связи, так как в результате коммутации они оказываются включенными поочередно в смежные плечи моста. Так как коэффициент К преобразования мос- та зависит в небольшой степени от

dR, необходимо для уменьшения линейности от этого влияния определять значение с! R как решение квадратного трехчлена (1) Из анализа выражения (8) с учетом (7) следует, что изменение сопротивления LLR терморезистора 4 не зависит от стабильности источника 19 напряжения, резисторов 1,2 и 3, коэффициента усиления дифференциального усилителя 20, скомпенсирована нелинейность несбалансированного измерительного моста путем выполнения математических операций в (8) с помощью микроЭВМ 21, Точность измерения Д R. определяется в основном точностью нахождения коэффициентов А,В,С с помощью подключения образцовых резисторов 5,6 и 7, значения сопротивлений которых могут быть известны с погрешностью не хуже 0,0l, Значение сопротивления термореэис" тора 4 составляет

Сопротивление R терморезистора 4 связано с измеряемой температурой соотношением

5 134 зуемых терморезисторов. Значение измерений температуры отображается блоком 23 индикации.

5068

Чпр. дкпд1

Юхад1

Улр. Юход2

Ьод2

Упр. дхадЭ пр. Рхо84 пр. &035

Формула изобретения устройство для измерения температуры, содержащее три резистора, причем второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом третьего резистора, источник постоянного напряжения, первый выход которого подключен к точке соединения первого и второго резисторов, а второй — к шине нулевого потенциала, терморезистор, дифференциальный усилитель, первый и второй входы которого соединены с первым выводом первого резистора и точкой соединения второго и третьего резисторов соответственно, блок управления, блок индикации и микроЭВМ, которая соединена с выходом дифференциального усилителя, блоком управления и блоком индикации, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены три образцовых резистора, четвертый, пятый, шестой резисторы, три коммутатора, причем первые выводы образцовых резисторов соединены с вторым выводом четвертого резистора, а вторые выводы образцовых резисторов подключены к первому, второму, третьему входам первого коммутатора соответственно, первые выводы четвертого, пятого, шестого резисторов соединены межцу собой, второй вывод пятого резистора соединен с шиной нулевого потенциала, четвертый

5 вход первого коммутатора соединен с первым входом второго коммутатора и через первый провод линии связи — с первым выводом терморезистора, второй ð вход второго коммутатора соединен с вторым выводом шестого резистора, пятый вход первого коммутатора соединен с третьим входом второго коммутатора и через второй провод линии

15 связи — с вторым выводом термореэис" тора, первый и второй входы третьего коммутатора соединены с первым и вторым выводами терморезистора через четвертый и третий провода линий свя б зи соответственно, выходы первого и второго коммутаторов соединены с первым выводом первого резистора и вторым выводом третьего резистора соответственно, выход третьего коммутато25 ра подключен к шине нулевого потенциала, первые пять выходов блока управления соединены с пятью управляющими входами первого коммутатора соответственно, шестой, седьмой, восьЗд мой выходы блока управления соединены с первым, вторым, третьим управляющими входами второго коммутатора соответственно, девятый, десятый выоды блока управления соединены с, первым и вторым управляющими входа35 ми третьего коммутатора соответственно.

1345068 Ьо01

Ухо02

Составитель В. Журавлев

Редактор M. Петрова Техред Л.Олийнык

Корректор И. Муска

Заказ 4910/41 Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4