Многоканальное устройство для измерения температуры



Многоканальное устройство для измерения температуры

 


Владельцы патента RU 2526195:

Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования и телеметрии космических аппаратов (КА). Многоканальное устройство для измерения температуры содержит термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), один из выводов которого подключен к общей шине, три усилителя, соединенные последовательно, схему управления (СУ), восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП). Другой вывод ГСТ подключен к полюсному выводу первого МОЭП. Позиционные выводы первого и второго МОЭП объединены попарно и подключены к ТС. Позиционные выводы третьего и четвертого МОЭП объединены попарно и через вновь введенные цепочки из двух последовательно соединенных калибровочных резисторов подключены к общей шине. Полюсные выводы второго, четвертого и пятого МОЭП объединены вместе и подключены к неинвертирующему входу первого усилителя. Также введен дополнительный ГСТ, который включен между общей шиной и полюсным выводом шестого МОЭП. Позиционные выводы шестого и седьмого МОЭП объединены попарно и подключены к ЗР. Полюсной вывод седьмого МОЭП подключен к инвертирующему входу первого усилителя. Второй усилитель выполнен с переключаемым восьмым МОЭП коэффициентом усиления. Выходы СУ соединены входами разрешения и адреса всех МОЭП. Технический результат - повышение точности данных измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования и телеметрии космических аппаратов (КА).

Известно многоканальное устройство для измерения температуры (SU 1229599), содержащее термопреобразователи, опорные резисторы, ключи, источник тока, блок управления, генератор тактовой частоты, блок памяти, цифроаналаговые преобразователи, RS-триггеры, схему задержки, схему ИЛИ, RC-цепочки, диоды.

Однако это устройство недостаточно надежно, так как содержит большое количество элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности (прототипом) является многоканальный вариант одноканального устройства для измерения температуры (RU 2447412), содержащее термометр сопротивления (ТС) и задающий резистор (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), четыре электронных ключа (ЭК), генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), три усилителя, дополнительно введены два ЭК, RC-фильтр, ЭК разбиты на три группы ЭК по два ЭК в каждой группе - первый и второй, входы управления первых ЭК всех групп ЭК подключены к прямому выходу ГПИ, а входы управления вторых ЭК всех групп ЭК подключены к инверсному выходу ГПИ, ГСТ включен между общей шиной устройства и входами ЭК первой группы ЭК, выход первого ЭК первой группы соединен с входом первого ЭК второй группы и ТС, выход второго ЭК первой группы ЭК соединен с входом второго ЭК второй группы ЭК и ЗР, введен запоминающий конденсатор, который одним выводом подключен к объединенным между собой выходам ЭК второй группы ЭК, а другим - к входу первого усилителя на операционном усилителе (ОУ), включенному по схеме повторителя, выход первого ОУ подключен к входу второго усилителя на ОУ, включенному по схеме инвертирующего усилителя, выход второго усилителя подключен к объединенным между собой входам ЭК третьей группы, выход первого ЭК третьей группы ЭК подключен к входу первого усилителя, выход второго ЭК третьей группы ЭК подключен к входу RC-фильтра, выход RC-фильтра подключен к входу третьего усилителя на ОУ, выход которого является выходом устройства.

Недостатками прототипа являются:

- недостаточно высокая надежность из-за большого количества элементов, т.к. количество элементов умножается на число каналов;

- недостаточно высокая долговременная точность из-за неучета изменения параметров элементов при их старении.

Целью изобретения является упрощение устройства, повышение надежности и долговременной точности.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальном устройстве для измерения температуры, содержащем термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной; генератор стабильного тока (ГСТ), один из выводов которого подключен к общей шине; три усилителя, соединенные последовательно, выход последнего усилителя является выходом устройства; схему управления (СУ); дополнительно введены восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП); другой вывод ГСТ подключен к полюсному выводу первого МОЭП; позиционные выводы первого и второго МОЭП объединены попарно и подключены к ТС; полюсной вывод третьего МОЭП подключен к полюсному выводу первого МОЭП; позиционные выводы третьего и четвертого МОЭП объединены попарно и через вновь введенные цепочки из двух последовательно соединенных калибровочных резисторов подключены к общей шине; точки соединения калибровочных резисторов соединены с позиционными выводами пятого МОЭП; полюсные выводы второго, четвертого и пятого МОЭП объединены вместе и подключены к неинвертирующему входу первого усилителя, который выполнен инструментальным; введен дополнительный ГСТ, который включен между общей шиной и полюсным выводом шестого МОЭП; позиционные выводы шестого и седьмого МОЭП объединены попарно и подключены к ЗР; полюсной вывод седьмого МОЭП подключен к инвертирующему входу первого усилителя; второй усилитель выполнен с переключаемым коэффициентом усиления восьмым МОЭП; выходы СУ соединены с входами разрешения и адреса всех МОЭП.

На чертеже изображена функциональная схема многоканального устройства для измерения температуры.

Многоканальное устройство для измерения температуры содержит: восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП) 1-8 (на рисунке для наглядности они изображены как электромеханические переключатели, и, кроме того, чтобы не затенять рисунок, не показано подключение элементов 9-12 по трехпроводной схеме); термометры сопротивлений (ТС) 9, задающие резисторы (ЗР) 10, общая точка которых соединена с общей шиной; генератор стабильного тока (ГСТ) 13, который подключен к общей шине и полюсным выводам МОЭП 1 и 3; позиционные выводы МОЭП 1 и 2 объединены попарно, и каждый МОЭП 1, 2 подключен к соответствующему ТС 9; позиционные выводы МОЭП 3 и 4 объединены попарно и через цепочки из двух последовательно соединенных калибровочных резисторов 11 и 12 подключены к общей шине; точки соединения калибровочных резисторов 11 и 12 соединены с позиционными выводами МОЭП 5; ГСТ 14 включен между общей шиной и полюсным выводом МОЭП 6; позиционные выводы МОЭП 6 и 7 объединены попарно и подключены к ЗР 10; полюсные выводы МОЭП 2, 4, 5 объединены и подключены к неинвертирующему входу инструментального усилителя 15; инвертирующий вход усилителя 15 соединен с полюсным выводом МОЭП 7; выход усилителя 15 соединен со входом усилителя 16, который выполнен с переключаемым МОЭП 8 коэффициентом усиления; выход усилителя 16 подключен ко входу выходного усилителя 17; схему управления (СУ) 18, выходы которой подключены ко входам разрешения и адреса всех 1-8 МОЭП.

Многоканальное устройство для измерения температуры работает следующим образом: при подаче питания и работе устройства в режиме измерения СУ 18 выдает на входы адреса всех МОЭП 1-8 сигналы поочередного опроса всех температурных каналов и сигналы разрешения для всех МОЭП, кроме 3-5, при этом на вход инструментального усилителя будет поступать следующее дифференциальное напряжение при равных токах ГСТ 13 и 14

U в х 15 = ( R т с R з р ) I г с т , ( 1 )

где Rтс - текущее значение сопротивления опрашиваемого ТС;

Rзр - сопротивление опрашиваемого ЗР, которое определяет нижнюю границу измерительного диапазона;

Iгст - ток ГСТ.

Инструментальный усилитель 15 это напряжение усилит в К1 раз и преобразует в однополярное. На выходе устройства будет однополярное напряжение, равное

U в ы х = ( R т с R з р ) K 1 K 2 K 3 , ( 2 )

где K1 - коэффициент усиления инструментального усилителя 15;

К2 - коэффициент усиления усилителя с переключаемым коэффициентом усиления 16;

К3 - коэффициент усиления выходного усилителя 17.

При проведении калибровки СУ 18 снимает сигнал разрешения с МОЭП 1 и 2 и выдает его на МОЭП 3 и 4 или 5, при подаче его на МОЭП 4 происходит замер резисторов нижней калибровочной точки 11, а при подаче его на МОЭП 5 происходит замер резисторов верхней калибровочной точки - последовательное соединение резисторов 11 и 12.

При использовании в устройстве прецизионных резисторов С2-29 В класса точности 0,05% нестабильность, гарантируемая техническими условиями на резисторы (см. ОЖО.467.099 ТУ, л.11, п.2.3.2.1.) при суммарном времени включения менее 2000 ч составляет ±0,05%, при превышении этого времени - возрастает до ±0,5%, т.е. в десять раз, но распределяя эти 2000 ч на весь ресурс равномерно, можно сохранить высокую точность устройства при введении калибровки на весь срок активного существования КА.

Суть калибровки заключается в том, что в момент ее проведения выполняется соотношение

R в R н / U в U н = R t R н / U t U н , ( 3 )

где Rн - калибровочное сопротивление нижней калибровочной точки - резисторы 11;

Rв - калибровочное сопротивление верхней калибровочной точки - суммарное сопротивление резисторов 11 и 12;

Rt - текущее значение ТС 9;

Uв, Uн, Ut - выходные напряжения устройства в верхней и нижней калибровочных точках и текущее значение.

Преобразовав выражение (3) для определения Rt (зная Rt, можно по тарировочной характеристике на конкретный ТС 9 определить температуру), получим:

R t = ( R в R н ) ( U t U н ) / U в + R . ( 4 )

При старении устройства может появиться напряжение смещения ΔU и измениться на α-коэффициент передачи по напряжению. Перепишем выражение (4) с учетом появления ΔU и α:

R t = ( R в R н ) [ ( α U t + Δ U ( α U t + Δ U ) ] / α U н + Δ U ( α U н + Δ U ) + R н . ( 5 )

В выражении (5) при раскрытии скобок ΔU взаимно вычитаются, α выносятся за скобки в числителе и знаменателе и сокращаются, а выражение (5) приобретает вид (4), что говорит о невлиянии процессов деградации на точность устройства при идеальных Rн и Rв. Предложенное устройство проще, так как содержит меньше элементов и, следовательно, его надежность выше; в десять раз повышена долговременная точность устройства за счет введения калибровки.

Было изготовлено более 100 устройств, все они отличались хорошей повторяемостью, точностью, разрешающей способностью ±0,005°С. Устройства собраны на элементах: К10-17С, С2-29 В, 1127КН6, 2С198Е, 2П304А, 140УД1701АСАР, Н5503ХМ5-171.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Многоканальное устройство для измерения температуры, содержащее термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной; генератор стабильного тока (ГСТ), один из выводов которого подключен к общей шине; три усилителя, соединенные последовательно, выход последнего усилителя является выходом устройства; схему управления (СУ), отличающееся тем, что дополнительно введены восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП); другой вывод ГСТ подключен к полюсному выводу первого МОЭП; позиционные выводы первого и второго МОЭП объеденены попарно и подключены к соответствующим ТС; полюсной вывод третьего МОЭП подключен к полюсному выводу первого МОЭП; позиционные выводы третьего и четвертого МОЭП объединены попарно и через вновь введенные цепочки из двух последовательно соединенных калибровочных резисторов подключены к общей шине; точки соединения калибровочных резисторов соединены с позиционными выводами пятого МОЭП; полюсные выводы второго, четвертого и пятого МОЭП объединены вместе и подключены к неинвертирующему входу первого усилителя, который выполнен инструментальным; введен дополнительный ГСТ, который включен между общей шиной и полюсным выводом шестого МОЭП; позиционные выводы шестого и седьмого МОЭП объединены попарно и подключены к соответствующим ЗР; полюсной вывод седьмого МОЭП подключен к инвертирующему входу первого усилителя; второй усилитель выполнен с переключаемым восьмым МОЭП коэффициентом усиления; выходы СУ соединены входами разрешения и адреса всех МОЭП.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерений температуры тела. Датчик температуры изготавливается из нескольких слоев, где первый слой имеет центральный нагревательный элемент, встроенный в него.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры объекта. Заявлен резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры.
Область применения: системы измерительной техники. Сущность изобретения: предлагаются варианты изготовления серии чувствительных элементов из участков моноспирали или прямого термочувствительного провода с заданными параметрами сопротивления, осуществляют подгонку параметра пробной группы из партии готовых чувствительных элементов к номинальному значению, а затем в выбранном режиме осуществляют подгонку всей партии.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении, в технологии изготовления пленочных термометров сопротивления с температурным коэффициентом сопротивления платины.

Изобретение относиться к термометрии и может быть использовано при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике.
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.

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.

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).

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.

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 области измерительной техники и может быть использовано для определения неисправности датчика температуры, используемого в устройстве формирования изображения. Согласно заявленному способу обнаруживают фактическую температуру устройства фиксации и входное напряжение. Вычисляют величину изменения фактической температуры в заданный период времени. Сравнивают обнаруженное входное напряжение и заданное напряжение. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения первой опорной температуры, если входное напряжение больше, чем заданное напряжение. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения первой опорной температуры. Сравнивают вычисленную величину изменения фактической температуры и величину изменения второй опорной температуры, если входное напряжение меньше или равно заданному напряжению. Определяют, что датчик температуры неисправен, если величина изменения фактической температуры меньше, чем величина изменения второй опорной температуры. Технический результат - повышение точности определения неисправности датчика температуры. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры контактными резисторными датчиками в окружающей среде и в технологических процессах. Техническим результатом изобретения является повышение точности за счет уменьшения динамической погрешности измерения, обусловленной тепловой инерцией датчика, снижения случайной и систематической погрешностей вторичного измерительного преобразователя схемно-алгоритмическим способом. Измеритель выполнен в составе измерительного моста 1, блока преобразования и обработки 2 и источника питания 3. Измерительный мост содержит два датчика температуры и четыре образцовых резистора, соединяющих шесть вершин моста в последовательности: первая вершина, первый датчик, третья вершина, первый образцовый резистор; четвертая вершина, второй образцовый резистор, и вторая вершина, второй датчик температуры, пятая вершина, третий образцовый резистор, шестая вершина, четвертый образцовый резистор, первая вершина. Первая и вторая вершины соединены с выходами источника питания 3, а другие четыре вершины поданы на входы блока преобразования и обработки 2. При этом образцовые резисторы могут быть выполнены переменными и программно управляемыми. Блок преобразования и обработки 2 выполнен в составе четырех аналого-цифровых преобразователей 4-7 с дифференциальными входами и микропроцессора 8, входы и выходы которого подключены, соответственно, к цифровым выходам и цифровым входам каждого из аналого-цифровых преобразователей. При этом аналоговые входы аналого-цифровых преобразователей соединены последовательно в кольцо таким образом, что первый вывод входа каждого аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым выводом входа другого аналого-цифрового преобразователя и одним из четырех входов блока преобразования и обработки. Блок преобразования и обработки 2 также может быть выполнен в составе последовательно соединенных коммутатора 9, аналого-цифрового преобразователя 10 и микропроцессора 11. При этом вход и выход микропроцессора подключены, соответственно, к цифровым выходу и входу аналого-цифрового преобразователя, дифференциальный вход которого подключен к дифференциальному выходу коммутатора, четыре дифференциальных входа которого являются входами блока преобразования и обработки. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в многоканальных устройствах для измерения температур с помощью термопреобразователей сопротивления. Интерфейсный модуль контроля температур содержит термопреобразователь сопротивления 1, опорный резистор 2 и эталонные резисторы 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля 5, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу электронных ключей (ЭК) 6 с тремя ключами - А, В, D, вторую группу ЭК 7 с четырьмя ключами - А, В, С, D, первый генератор стабильного тока 8, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей А, В первой группы ЭК 6. Дополнительно введен второй канал контроля 5, представленный термопреобразователями сопротивления 1, опорными резисторами 2 и эталонными резисторами 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока 9, интерфейсная шина обмена 10, контроллер интерфейсов 11, схема управления 12 и последовательно соединенные инструментальный усилитель 13, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей А, В, С второй группы ЭК 7, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК 7, масштабирующий усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и буферное устройство 16. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх