Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к температурным измерениям. Цепь изобретения - повьшение точности. При изменении сопротивления термопреобразователя изза понижения или повышения температуры автоматически изменяется ток его запитки с целью обеспечения максимального уровня сигнала при допустимой мощности рассеивания на термопреобразователе , что реализовано с помощью блока стабильных источников тока, содержащего несколько источников тока, каждый из которых настроен на генерацию заданного фиксированного тока. Для устранения погрешностей, возникающих в измерительном тракте, к входу измерительного блока 4 через коммутатор 3 подключен блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений. Цифровой код измеряемых и эталонных величин с выхода измерительного блока 4 поступает в вычислительный блок 7, где осуществляется компенсация аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности. Определяется истинное значение измеряемой температуры, которое вводится в .блок регистрации и индикации. 2 ил. . (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 G 01 К 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ" ) j

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4083692/24-10 (22) 03.07,86 (46) 07.05.88. Бкл. 11р 17 (71) Институт полупроводников

АН УССР (72) В.E. Безвенюк, Г.Е. Богослав . ский, Ю.В. Голубев, В.С. Зеленевский и А.В. Синельников (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11р 838407, кл, G 01 К 7/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 932277, кл. G 01 К 7/02, 1978.

Патент США В 4122719, .кл. G 01 К 7/10, опублик. 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к температурным измерениям. Пель иэобретенияповышение точности. При изменении сопротивления термопреобраэователя изза понижения или повышения температуры автоматически изменяется ток его запитки с целью обеспечения максимального уровня сигнала при допустимой мощности рассеивания на термопреобраэователе, что реализовано с помощью блока стабильных источников тока, содержащего несколько источников тока, каждый иэ которых настроен на генерацию заданного фиксированного тока.

Для устранения погрешностей, возникающих в измерительном тракте, к входу измерительного блока 4 через коммутатор 3 подключен блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений. 11ифровой код измеряемых и эталонных seличин с выхода измерительного блока 4 поступает в вычислительный блок 7, где осуществляется компенсация аддитивной и мультипликативной составляющих погреиности. Определяется истинное значение измеряемой температуры, которое вводится в блок регистрации и индикации. 2 ил..

1394062

Изобретение относится к области тем пературных измерений и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где необходимо производить измерение температуры с высокой точностью, Цель изобретения — повышение точ" ности измерения путем уменьшения погрешностей измерения, вызванных нестабильностью элементов устройства, а также перегревом термопреобразователей.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для измерения темпе- 15 ратуры; на фиг. 2 — схема подключения фотосчитывающего блока и блока параллельного интерфейса посредством информационной шины к вычислительному блоКу, 20

Устройство содержит п термоэлектрических преобразователей 1 и m термопреобразователей 2 сопротивления (преобразователей температуры в сопротивление), количество которых п и m 2э в принципе может быть любым, коммутатор 3, измерительный блок 4, блок 5 источников стабильных токов, информа,ционную шину б, связывающую все бло-! ки устройства, вычислительный блок 7, 30 !

:блок 8 памяти, блок 9 регистрации и

1, вывода информации, бло к 10 пар аллель; ного интерфейса, фотосчитывающий блок

11 и блок 12 образцовых сопротивлений и эталонных напряжений.

Термопреобразователи сопротивления могут быть подключены к входам

1 коммутаторов по трех- или четырехпро. водной схеме, при этом их токовые вы воды соединяются через коммутатор 3 40 . с блоком 5 источников стабильных токов.

Для оптимизации габаритов, уменьшения токов утечки между каналами .коммутатор 3 может быть выполнен по двух-45 ступенчатой схеме. Блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений представляет собой цепочку стабильных сопротивлений, запитываемую от блока источников стабильных токов, нормального элемента или высокостабильного полупроводникового стабилнтрона.

Фотосчитывающий блок 11 включает в себя (фиг. 2) источники 13,, 13 и приемники 141 ..., 14s излучеВ ния, в качестве которых могут быть и споль з о ваны, например, светодиоды инфракрасного диапазона, подключенные к источнику питания (не показан) че" рез токоограничивающие резисторы

К,-К„„и компараторы 15,, ..., 158 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При подключении к входам коммутатора термоэлектрических преобразователей с функциональной зависимостью

U = F(T) где Т вЂ” измеряемая температура, напряжение U, пропорциональное измеряемой температуре, поступает на вход измерительного блока 4, где оно нормируется и преобразуется в цифровой код. Если измерение температуры осуществляется при помощи термопреобразователей сопротивления с функциональной зависимостью R = F(T), то нормированное налряжение выделяется при подаче на них тока, поступающего через коммутатор с. выхода блока 5 источника стабильных токов.

При измерении температуры в широком динамическом диапазоне с помощью термопреобразователей сопротивления, как правило, возникает проблема перегрева термопреобразователя от тока запитки при изменении температуры в широких пределах, что может привести к значительным погрешностям измерения, 11оэтому при изменении сопротивления термопреобразователя из-за понижения или повышения температуры необходимо автоматически изменять ток его запитки с целью обеспечения максимального уровня сигнала при допустимой мощности рассеивания на термопреобразователе, что и реализовано с помощью блока стабильных источников тока, содержащего несколько источников тока, каждый из которых настроен на генерацию заданного фиксированного тока. Источники тока могут быть выполнены по любой схеме, обеспечивающей высокую стабильность тока и нагрузочную способность в широком диапазоне сопротивлений.

Для устранения погрешностей, возникающих в измерительном тракте, к вхо" ду измерительного блока 4 через коммутатор 3 подключен блок образцовых сопротивлений и эталонных напряжений.

Б состав измерительного блока может входить какой-либо стандартный аналого-цифровой преобразователь (АЦИ) и усилитель с управляемым коэффициентом усиления.

Цифровой код измеряемых и эталонных величин с выхода измерительного

1 394082 блока 4 поступает в вычислительный блок 7, выполненный на основе микропроцессорного набора, например серии

К580, в соответствии с рекомендациями по его применению, Основным элементом такого вычислительного блока может являться, например, микропроцессор

КР580ИК80А. Функционирование микропроцессора обеспечивают микросхемы стан- 10 дартного микропроцессорного набора— тактовый генератор, системный контроллер и шинные формирователи. В вычислительном блоке первоначально осуществляется компенсация аддитивной и муль-15 типликативной составляющих погрешности.

При этом истинное значение измеряемых величин может быть определено по формулам:

U„(U,- U.) эт. Uo,20

После определения истинных значе50 ний напряжений термоэлектрических преобразователей или сопротивлений термопреобразователей сопротивления вычислительный блок по аппроксимирующему многочлену и индивидуальным коэффициентам термопреобразователей, хранящимся в оперативной части блока памяти, определяет истинное значение

К (U и) х (2)

Цэ По

25 где U — эталонное напряжение или напряжение на эталонном резисторе блока 12;

U, — напряжение смещения нуля, которое находится путем проведения измерений при закороченном входе измерительного блока;

U — измеряемое напряжение;

U — истинное значение измеряемох 35 го напряжения;

R — значение образцового сопротивления;

К„ - истинное значение измеряемого сопротивления.

Программа функционирования вычислительного блока 7, управляющего также всеми элементами устройства, управляющими словами по информационной шине, Ф находится в блоке 8 памяти. Последний 45 может быть реализован на микросхемах оперативной памяти динамического или статического типа и микросхемах постоянной памяти. измеряемой температуры, которое может быть выведено на блок регистрации и индикации, включающий в себя, например, печатающее устройство и цифровой дисп„;ей.

Индивидуальные коэффициенты термопреобразователей определяются путем математической обработки характеристики каждого индивидуального преобразователя. Так, например, для медных термопреобразователей сопротивления типа TCM-50 или ТСМ-53 аппроксимирующая формула имеет вид .

T„=а+ЬRè (3) где а и Ъ вЂ” коэффициенты аппроксимации; R — значение сопротивления термопреобразователя при температуре

Ти °

Для термопреобразователей типа

ТПК зависимость Т = f(R) имеет вид:

Ти a + ÚR + cR„ + dR„ (4)

В этом случае коэффициенты а, Ь, с и d являются индивидуальными для каждого термопреобразователя и приводятся в его паспорте.

Для обеспечения функциональной гибкости и модифицируемости устройства для измерения температуры к информационной шине подключен блок 10 параллельного интерфейса, на входы которого поступает информация с выходов компараторов 15,-158 приемников излучения фотосчитывающего блока Il.

Достаточную простоту и надежность при подключении фотосчитывающего бло ка к информационной шине может обеспечить интерфейс, выполненный, например, на основе стандартной микросхемы параллельного интерфейса КР580ВВ55.

Наличие блока 1О параллельного интерфейса и фотосчитывающего блока 11 позволяет легко модифицировать оперативную часть блока памяти, обеспечивая тем самым возможность быстрого изменения алгоритма функционирования устройства, изменения типа аппроксимирующего многочлена и значений индивидуальных коэффициентов термопреобразователей, а также позволяет вводить поправочные коэффициенты, учитывающие временную нестабильность эталонных элементов измерительного тракта и до- полнительные программы для диагностики узлов устройства, что ведет к повышению точности измерения.

Все перечисленные коэффициенты за" носятся на перфоленту и вводятся в

1 394062 блок 8 памяти устройства с помощью фотосчитывающего блока 11.

Фотосчитывающий блок 11 работает едующим образом. 11ри вводе перфолен5 ть ее кодовые отверстия периодически пропускают световой поток от свето <ðΠ1 Э ) у ° ° ° ° 1 3 (или иных источ ков излучения) на приемники 14,, 1п

I, вызывая появление на последних тоЭДС, отпирающей соответствующие к мпараторы 15,, ..., 15, выходы кот рых подключены к входам Р, -Рц схемы и раллельного интерфейса 16. Вычисли" 15 т ьный блок 7 в соответствии с прог аммой, хранящейся в блоке памяти, о рашивает линии Р, -Рд интерфейса и з носит полученную информацию в соответствующие ячейки оперативной памяти 2О !

Формула изобретения

1

Устройство для измерения температуры, содержащее коммутатор, входы

1 которого соединены с термопреобраэователями и выходами блока образцовых сопротивлений и эталонных напряжений, а выход подключен к входу измерительного блока, выход которого и управля" ющие входы, а также входы и выходы вычислительного блока, блока памяти и блока регистрации и индикации соединены между собой информационной шиной, соединенной с коммутатором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок источников стабильных токов, блок параллельного интерфейса и фотосчитывающий блок, состоящий из источников и приемников излучения, выходы которых через компараторы соединены с входами блока параллельного интерфейса, выходы которого подключены к информационной шине, соединенной с управляющими входами блока источников стабильных токов, выходы которого соединены с дополнительными входами коммут атора.

1394062

Фиа2

Составитель В. Куликов

Техред Л.Сердюкова

Корректор А. Обручар

Редактор Н, Тупица

Заказ 2209/37 Хирам 607

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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