Преобразователь температуры



Преобразователь температуры
Преобразователь температуры

 


Владельцы патента RU 2461804:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ (RU)

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, в частности, в термометрии. Заявлен преобразователь температуры, включающий в себя генератор с частотно-задающей цепочкой, в состав которой входят включенные электрически последовательно терморезистор и несколько резисторов, а также коммутатор и устройство управления коммутатором. Преобразователь температуры дополнительно снабжен двумя реверсивными счетчиками импульсов, одним суммирующим счетчиком импульсов, четырьмя буферными запоминающими устройствами, генератором опорной частоты и логической схемой «И». Технический результат - расширение арсенала технических средств. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, в частности, в термометрии.

Известен преобразователь температуры с частотным выходом (патент RU №2115896, кл. G01K 7/16), содержащий генератор, выполненный на двух операционных усилителях и снабженный частотно-задающей цепочкой, включающей в себя соединенные электрически последовательно терморезистор и три резистора, а также трехканальный коммутатор, выполненный с возможностью изменения способа подключения частотно-задающей цепочки.

Недостатками данного преобразователя являются использование внешнего устройства для управления коммутатором и наличие дополнительных проводников для подачи управляющего сигнала от такого внешнего устройства.

Известен также преобразователь температуры в частоту (патент RU №2200304, кл. G01K 7/16), принятый за прототип, включающий в себя генератор с частотно-задающей цепочкой, в состав которой входят включенные электрически последовательно терморезистор и несколько резисторов, а также коммутатор с возможностью изменения способа подключения частотно-задающей цепочки, дополнительно снабженный устройством управления коммутатором, выполненным в виде последовательно соединенных первого счетчика и второго счетчика по модулю три, причем вход первого счетчика подключен к выходу преобразователя, а выходы счетчика по модулю три подключены к управляющим входам коммутатора.

Недостатком прототипа является сложность измерения динамических параметров преобразователя температуры, представленных частотами следования импульсов в форме непрерывно следующих пачек импульсов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение измерений путем цифровой индикации контролируемых параметров, необходимых для расчета определяемой температуры.

В предлагаемом преобразователе температуры, содержащем генератор с частотно-задающей цепочкой, в состав которой входят включенные электрически последовательно терморезистор, первый, второй и третий резисторы, а также коммутатор с возможностью изменения способа подключения частотно-задающей цепочки и устройство управления коммутатором, выполненное в виде последовательно соединенных первого счетчика и второго счетчика по модулю три, причем вход первого счетчика подключен к выходу преобразователя, а выходы счетчика по модулю три подключены к управляющим входам коммутатора, дополнительно снабженным двумя реверсивными счетчиками импульсов, одним суммирующим счетчиком импульсов, четырьмя буферными запоминающими устройствами, генератором опорной частоты и логической схемой «И», при этом выходы счетчика по модулю три подключены первым выходом к суммирующему входу первого реверсивного счетчика и установочному входу первого буферного запоминающего устройства, вход которого связан с кодовым выходом этого счетчика, вторым выходом - к вычитающему входу первого реверсивного счетчика и его установочному входу, а также суммирующему входу второго реверсивного счетчика, при этом кодовый вход второго буферного запоминающего устройства связан с выходом первого реверсивного счетчика, а кодовый вход третьего буферного запоминающего устройства - с выходом второго реверсивного счетчика, третьим выходом - к вычитающему входу второго реверсивного счетчика и его установочному входу, а также через второй вход схемы «И» соединен с суммирующим входом второго введенного суммирующего счетчика импульсов и его установочным входом, кодовый выход этого счетчика соединен с входом четвертого буферного запоминающего устройства, причем выход генератора опорной частоты подключен к первому входу схемы «И» и счетным входам первого и второго реверсивных счетчиков импульсов.

На фигуре представлена схема преобразователя температуры.

Преобразователь температуры содержит операционные усилители 1 и 2, резистор 3, соединяющий выход операционного усилителя 1 с инвертирующим входом операционного усилителя 2, конденсатор 4, включенный в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 2, коммутатор 5, терморезистор 6 и резисторы первый 7, второй 8 и третий 9, включенные последовательно, точки соединений А, В, С которых поочередно подключаются с помощью коммутатора 5 к неинвертирующему входу усилителя 1, к выходу которого, являющемуся также контрольным выходом преобразователя температуры, подключен вход счетчика 10, выход которого соединен со счетчиком 11 по модулю три, выходы которого в свою очередь подключены к управляющим входам коммутатора 5, при этом выходы счетчика 11 по модулю три подключены первым выходом к суммирующему входу первого реверсивного счетчика 12 и установочному входу первого буферного запоминающего устройства 13, вход которого связан с кодовым выходом этого счетчика, вторым выходом - к вычитающему входу первого реверсивного счетчика 12 и его установочному входу, а также суммирующему входу второго реверсивного счетчика 14, при этом кодовый вход второго буферного запоминающего устройства 15 связан с выходом первого реверсивного счетчика 12, а кодовый вход третьего буферного запоминающего устройства 16 - с выходом второго реверсивного счетчика 14, третьим выходом - к вычитающему входу второго реверсивного счетчика 14 и его установочному входу, а также через второй вход схемы «И» 17 соединен с суммирующим входом счетчика импульсов 18 и его установочным входом, кодовый выход этого счетчика соединен с входом четвертого буферного запоминающего устройства 19, причем выход генератора опорной частоты 20 подключен к первому входу схемы «И» 17 и счетным входам первого и второго реверсивных счетчиков импульсов 12 и 14.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом.

В положении, когда в коммутаторе 5 включен первый канал, преобразователь генерирует сигнал, частота которого равна:

где а0 - коэффициент, учитывающий неидеальность операционных усилителей, в частности, временные задержки;

а1=1/(4R1C1) - коэффициент чувствительности, зависящий от емкости С1 конденсатора 4 и сопротивления R1 резистора 3;

R2, R4 и R5 - сопротивления резисторов 7, 8 и 9 соответственно;

R3 - сопротивление терморезистора 6.

Через каждые N импульсов, поступающих с выхода операционного усилителя 1 на вход счетчика 10, на выходе данного счетчика генерируется импульс, переключающий положение счетчика 11 по модулю три и, следовательно, коммутатора 5, причем число импульсов N есть коэффициент деления счетчика 10. При включении второго и третьего каналов в коммутаторе 5 преобразователь генерирует сигнал, частота которого соответственно будет равна для второго и третьего положений:

Таким образом, на выходе операционного усилителя 1 генерируется три пачки импульсов с частотами F0, F1, F2, причем в каждой пачке число импульсов строго равно N.

Нестабильность данного датчика можно определить как изменения коэффициентов а0, а1 под действием дестабилизирующих факторов, в качестве которых может выступать долговременная (в течение нескольких лет) нестабильность параметров электрических элементов, влияние изменения напряжения питания, изменение емкости конденсатора 4 под действием температуры и т.д.

Таким образом, точность измерения температуры можно повысить, контролируя и учитывая значения коэффициентов а0, а1.

Сопротивление терморезистора 6 в произвольный момент времени:

где К0 - коэффициент, равный:

При представлении частот соответствующими периодами формула (5) преобразуется к виду:

По значению сопротивления R3 определяют температуру Т по формуле:

где R0 - сопротивление терморезистора при нулевой температуре;

α - температурный коэффициент терморезистора.

В момент появления на выходе счетчика 10 импульса, переключающего счетчик 11 по модулю три в состояние, когда включен первый канал коммутатора 5, фронтом данного импульса происходит переключение реверсивного счетчика 12 в режим счета импульсов опорной частоты в течение времени NT0, а спадом - запись значения на кодовом выходе реверсивного счетчика 12 в буферное запоминающее устройство 13. При переключении счетчика 10 в состояние, в котором включен второй канал коммутатора 5, фронтом импульса со второго выхода счетчика 11 по модулю три происходит переключение реверсивного счетчика 12 в режим вычитания импульсов опорной частоты в течение времени NT1 и одновременно переключение реверсивного счетчика 14 в режим счета импульсов опорной частоты в течение времени NT1, спадом импульса со второго выхода счетчика 11 по модулю три происходит запись в буферное запоминающее устройство 15 значения N(T0-T1) с последующим обнулением реверсивного счетчика 12 (блок задержки на чертеже условно не показан). При переключении счетчика 10 в состояние, в котором включен третий канал коммутатора 5, фронтом импульса с третьего выхода счетчика 11 по модулю три происходит переключение реверсивного счетчика 14 в режим вычитания импульсов опорной частоты в течение времени NT2 и одновременно включение логического элемента «И» 17, с выхода которого происходит подача импульсов опорной частоты на счетный вход счетчика 18 в течение времени NT2. Спадом импульса с третьего выхода счетчика 11 по модулю три происходит запись в буферные запоминающие устройства 16 и 19 значений N(T1-T2) и NT2 соответственно с последующим обнулением реверсивного счетчика 14 и суммирующего счетчика 18 (блоки задержки на чертеже условно не показаны).

Определение коэффициента К0 по формуле (6) может быть осуществлено на основании информации, представленной в цифровом виде и записанной в буферные запоминающие устройства 13, 15, 16, 19.

Рассчитанное значение R3 на основании (4) зависит только от величин сопротивлений R4 и R5, которые следует выбирать прецизионными в отличие от других элементов схемы.

Значение N выбирается из длительности интервалов времени на входах 1, 2, 3 (или 1', 2', 3') коммутатора 5. При этом на значении коэффициента К0 в формуле (6) количество импульсов не отражается. Временные интервалы на входах 1', 2', 3' прямо пропорциональны числу N и в формуле (6) сокращаются.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет производить измерение температуры с цифровой индикацией контролируемых параметров преобразователя, необходимых для выполнения расчетов.

Преобразователь температуры, включающий в себя генератор с частотно-задающей цепочкой, в состав которой входят включенные последовательно терморезистор, первый, второй и третий резисторы, а также коммутатор с возможностью изменения способа подключения частотно-задающей цепочки и устройство управления коммутатором, выполненное в виде последовательно соединенных первого счетчика и второго счетчика по модулю три, причем вход первого счетчика подключен к выходу преобразователя, а выходы счетчика по модулю три подключены к управляющим входам коммутатора, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя реверсивными счетчиками импульсов, одним суммирующим счетчиком импульсов, четырьмя буферными запоминающими устройствами, генератором опорной частоты и логической схемой «И», при этом выходы счетчика по модулю три подключены первым выходом к суммирующему входу первого реверсивного счетчика и установочному входу первого буферного запоминающего устройства, вход которого связан с кодовым выходом этого счетчика, вторым выходом - к вычитающему входу первого реверсивного счетчика и его установочному входу, а также суммирующему входу второго реверсивного счетчика, при этом кодовый вход второго буферного запоминающего устройства связан с выходом первого реверсивного счетчика, а кодовый вход третьего буферного запоминающего устройства - с выходом второго реверсивного счетчика, третьим выходом - к вычитающему входу второго реверсивного счетчика и его установочному входу, а также через второй вход схемы «И» соединен с суммирующим входом второго введенного суммирующего счетчика импульсов и его установочным входом, кодовый выход этого счетчика соединен с входом четвертого буферного запоминающего устройства, причем выход генератора опорной частоты подключен к первому входу схемы «И» и счетным входам первого и второго реверсивных счетчиков импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам для измерения температуры как движущейся среды-теплоносителя в трубопроводах, так и для измерения температуры любой окружающей среды, например воздуха.

Термокоса // 2448335
Изобретение относится к термометрии, а именно к датчикам температуры, и предназначено для одновременного измерения температуры в нескольких точках объекта, расположение которых определяется конструкцией объекта, а также предназначено для полевого определения температуры грунтов, где требуется получить конкретные данные о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрической системе и системе терморегулирования космических аппаратов. .

Изобретение относится к резистивному термометру, состоящему из множества компонентов, по меньшей мере, включающему: по меньшей мере, одну подложку (1), состоящую, в основном, из материала, коэффициент теплового расширения которого, в основном, выше 10.5 ppm/K; по меньшей мере, один резистивный элемент (4), расположенный на подложке (1); и, по меньшей мере, один электроизолирующий разделительный слой (2), расположенный, в основном, между резистивным элементом (4) и подложкой (1).

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах сбора данных в технологических устройствах, а также в медицинской практике. .

Изобретение относится к термометру сопротивления с по меньшей мере одним, зависящим от температуры электрическим элементом (1) сопротивления, который имеет по меньшей мере два соединительных контакта (8), основу (3), на которой элемент сопротивления имеет возможность закрепления таким образом, что он имеет возможность вхождения в хороший термический контакт с предметом, температура которого должна быть измерена, и с электрическими подводящими проводами (2, 5), которые предусмотрены для соединений электрических соединительных контактов (8) элемента сопротивления с измерительным прибором.

Изобретение относится к устройствам для измерения скорости движения потоков флюидов и может быть использовано в трубопроводном транспорте, а также при проведении геофизических и газодинамических исследований скважин.

Изобретение относится к способам определения термофизических величин и может быть использовано для определения температуры и деформации детали при их одновременном воздействии на деталь.

Изобретение относится к термометрии, а именно к контактным датчикам для измерения температуры движущейся среды - теплоносителя, и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической, пищевой промышленности, а также в коммунальном хозяйстве для измерения температуры среды, находящейся в трубопроводах, независимо от диаметра трубы.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для создания устройств точного измерения температуры в различных областях и для построения эквивалента точного образцового резистора в измерительных цепях.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, в частности, в термометрии, особенно в быстротечных технологических процессах, и там, где можно быстро отреагировать на возможную разгерметизацию защитных гильз термопреобразователей путем измерения давления

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях конструкций для определения их поверхностных температурных полей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования космических аппаратов

Изобретение относится к области термометрии может быть использовано для непрерывного измерения и регистрации температуры наружной поверхности труб, расположенных в местах, не позволяющих производить непосредственные замеры, например, в подземных коммуникациях

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного определения температуры сахаросодержащих корнеплодов на двух различных глубинах обрабатываемого материала в процессе инфракрасной сушки. Аналоговые микроамперметры выполнены в виде двух карманных цифровых мультиметров. При этом устройство дополнительно снабжено предохранителем, двумя понижающими трансформаторами, четырьмя однофазными выпрямителями, двумя интегральными стабилизаторами напряжения, двумя операционными усилителями сигнала, шестью резисторами и восемью конденсаторами. Предохранитель установлен на входе цепи, трансформаторы скоммутированы с выпрямителями, выпрямители выполнены с возможностью взаимодействия со стабилизаторами напряжения и мультиметрами, а стабилизаторы напряжения с возможностью взаимодействия с микротерморезисторами и с усилителями, соединенными с мультиметрами, а также с резисторами, конденсаторами и диодами. Технический результат: повышение точности измерения температуры сахаросодержащих корнеплодов. 1 ил.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры газов автотранспортных средств. Заявлен температурный датчик, содержащий термочувствительный элемент (3), периферический кожух (7) с закрытым концом (9), в котором находится термочувствительный элемент (3). Периферический кожух (7) выполнен с возможностью захождения в соответствующую полость (11). Закрытый конец (9) периферического кожуха (7) содержит периферический участок (21), от которого в закрытом конце отходит гибкий сборочный упор (23), расположенный за указанным периферическим участком (21). Указанный упор (23) выполнен с возможностью деформации в направлении периферического участка (21) за счет взаимодействия формы с дном (15) соответствующей полости (11). Изобретение относится также к способу изготовления и способу сборки описанного выше температурного датчика. Технический результат: повышение точности измерения температуры. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным измерителям уровня, и может быть использовано для контроля уровня и массового расхода компонентов топлива при заправке, расходовании и хранении в химической, космической и других областях промышленности. Датчик контроля дискретных уровней жидкости содержит печатную плату с отверстием, на одной стороне которой над отверстием установлен чувствительный элемент, выполненный в виде теплоизоляционной подложки с размещенным на ней пленочным резистором (терморезистором) в «точечном» исполнении для контроля уровня жидкости, и содержит пленочный резистор (терморезистор) в «точечном» исполнении для измерения температуры поверхностного слоя жидкости. Датчик также содержит дополнительный пленочный резистор (терморезистор) в «точечном» исполнении для измерения температуры поверхностного слоя жидкости, при этом чувствительный элемент для измерения температуры жидкости выполнен в виде дополнительной теплоизоляционной подложки шириной не более 2 мм, на которой размещены оба терморезистора для измерения температуры жидкости, и установлен на противоположной стороне печатной платы под отверстием симметрично чувствительному элементу для контроля уровня на расстоянии от 0,5 мм до 1,0 мм от подложки с терморезистором, используемым для контроля уровня. Техническим результатом является повышение точности измерения температуры жидкой среды, в которой контролируется изменение уровня как при погружении датчика (заправке), так и при извлечении датчика из жидкости (расходовании, сливе), и расширение функциональных возможностей устройства, позволяющих производить точное определение массового расхода жидкой среды. 6 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для анализа жидких и газообразных сред. Заявлен способ изготовления термопреобразователя сопротивления, согласно которому после герметизации стеклянного чехла с установленным внутри термочувствительным элементом кассету повторно приближают к нагревателю и после заданной выдержки по времени, обеспечивающей размягчение стекла, удаляют кассету в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух. Под воздействием воздуха размягченное стекло чехла прижимается к контактирующим с ним изнутри виткам термочувствительного элемента и жестко фиксирует их в процессе остывания. Для расширения функциональных возможностей в стеклянном чехле дополнительно с термочувствительным элементом устанавливают элемент косвенного нагрева. Технический результат: повышение надежности и виброустойчивости конструкции термопреобразователя в процессе эксплуатации. 1 з.п. ф-лы.
Наверх