Устройство для регистрации температуры

 

Союз Советских

Сод".,::-листичесиNx

Рв с п, блин

QAf_#_C Н

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-sy (22) За я влено 06.04,78 (21) 2600274/18-10

<ь()м. кл .

G 0l К 7/20 с присоединением заявки.%—

Гасударстаанаыа квинтет (23) Приоритет— по аелап иэавратенаЙ и еткрьпнй

Опубликовано 25.06.80. Бюллетень № 23 (53) уд .531 (088.8) Дата опубликования описания 25.06.80

) ,72) Авторы изобретения

В. И. Скрипник, 10. A. Скрипник и И. Ю. Скрипник

Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия

Вс.тикой Октябрьской социалистической революции и Киевский технологический институт легкой промышленности (7l) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области измерения температуры с помощью термометров сопротивления и может быть использовано для повышения точности регистрации температуры, изменяющейся в широком диапазоне значений.

Известны устройства для измерения и регистрации температуры (1) и (2) .

Однако они не обеспечивают высокой точности из-за наличия в этих схемах усилителей с большим, но нестабильным коэффициентом усиления и неизбежным дрейфом нуля.

Известны также устройства, в которых одновременное питание термометра сопротивления постоянным и переменным токами повышает чувствительность измерительной схемы и облег15 чает задачу регистрации результата измерения с помощью регистрирующего милливольтметра постоянного тока (3) .

Однако нелинейность преобразования температуры в электрическом напряжении при больших изм".""...-ях температуры снижает точность регистрации. :- !яиб-:лсе - =,низким к предлагаемому по техничес-;:ой сущности является устройство, содержащее измерительную схему с термодатчиком> подключенную к выходу генератора импульсов, усилитель, ключи и источник постоянного тока, трансформатор, источник, опорного напряжения, резисторы, диоды и транзисторы, включенные определенным образом, в котором регулирование длительности импульсов в зависимости от измеряемой температуры улучшает линейность выходной характеристтгки устройства (4) .

Недостаток такого устройства — неустраненное влияние нелинейности и нестабильности характеристики самого термодатчика на результат измерения.

Цель изобретения — повышение точности регистрации температуры, изменяющейся в широком диапазоне значений.

Цель достигается тем, что в устройство, содержа-цее термометр сопротивления, включенный.в мостовую измерительную схему, ключи, цепи управления которых подключены к мультивибратору, усилитель, баластный резистор и регистрирующий милливольтметр, подклю. ченнья параллельно термометру сопротивления, введены интегратор, работающий в режиме ана3 . 7 логовой памяти, вход которого через первый ключ соединен с выходом мостовой схемы, его выход — с инвертирующим входом усилителя, делитель напряжения, вход которого через второй ключ соединен с выходом мостовой схемы. его выход — с неинвертирующим входом усилителя, генератор пилообразного напряжения и широтно-импульсный модулятор, первый (управляющий) вход которого соединен с выходом усилителя, ко второму входу подключен генератор пилообразного напряжения, выход через третий ключ и баластный резистор соединен с термометром сопротивления, а цепь управления регистрирующего милливольтметра через введенный ждущий мультивибратор подключена к тому плечу мультивибратора, с которым соединены цепи управления второго и третьего ключей.

На чертеже представлена схема устройства для регистрации температуры.

Устройство содержит термометр 1 сопротивления, выпрямительную мостовую схему 2 переменного тока, ключи 3, 4 и 5, интегратор 6, делитель 7 напряжения, усилитель 8, широтноимпульсный модулятор 9, генератор 10 пилообразного напряжения, мультивибратор 11, резистор 12, регистрирующий милливольтметр 13, ждущий мультивибратор 14.

Устройство работает следующим образом.

Термометр 1 сопротивления включен в плечо моста 2 переменного тока с выпрямителем, выходное постоянное напряжение которого через ключи 3 и 4, интегратор б и делитель 7 напряжения воздействует на прямой и инверсный входы усилителя 8. Выходное напряжение усилителя преобразуется широтно-импульсным модулятором 9 с генератором 10 в последовательность прямоугольных импульсов постоянной амплитуды и регулируемой длительности, Сопротивление резистора 12 выбирается многим болыце сопротивления термометра 1. Поэтому при замкнутом положении ключа 5 через термометр 1 сопротивления протекает импульсный ток, величина которого определяется сопротивлением резистора 12.

Падение напряжения на термометре 1 измеряется милливольтметром 13, цепь регистрации которого включается импульсами от ждущего мультивибратора 14. . Ключ 3 включен в одно плечо мультивибратора, а ключи 4 и 5 — в противоположное.

При замкнутом ключе 3 ключи 4 и 5 разомкнуты, и резистор 12 нагрет до температуры контролируемой среды 9. Выходное напряжение моста 2 пропорционально приращению сопротивления термометра 1:

01 = ВпВо 0 где 8 — чувствительность мостовой схемы;

42724 4 а — температурный коэффициент сопротивления термометра; йо — сопротивление термометра при 0 С;

0 — напряжение питания моста.

Напряжение U поступает через ключ 3 на интегратор 6, работающий в режиме аналоговой памяти, где и запоминается. После переключения мультивибратора 1! замыкается ключ 4, и выходное напряжение моста через делитель 7 напряжения поступает на неинвертирующий вход усилителя 8. К инвертирукяцему входу этого усилителя приложено запомненное напряжение U . Так как выходное напряжение меньпю запомненного в К раэ, то на выходе усилителя 8 появляется напряжение, которое с помощью модулятора 9 и генератора !О преобразуется в длительность прямоугольных импульсов тока.

Под действием импульсного тока термо <> метр дополнительно подогревается, что увеличивает выходное напряжение моста 2. S результате подогрева на прямой вход усилителя воздействует напряжение

0 2 8 ВО (e + ) К з где Ь9 — температура перегрева, определяемая воздействием импульсного тока;

К вЂ” коэффициент деления делителя 7.

При возрастании температуры перегрева ЬО возрастает напряжение U2, стремясь к значению

U> В установившемся режиме, если пренебречь напряжением статизма замкнутой схемы, входные напряжения усилителя уравниваются (02 = О,). Из равенства напряжений следует:

9+Ь9

К

Температура перегрева ЬО определяется коэффициентом теплоотдачи термометра С, квадратом действующего значения импульсного тока

I и его нагретым сопротивлением

Ю вЂ” Ro11 + a (8 + 6)).

Подставляя значение перегрева в условие равенства напряжения, получаем: (2 — +.— Во !! + <2 (+ ®) J

К 1, С откуда квадрат импульсного тока а = о

"о (1 +o (9+ b9) J

Действующее значение тока, состоящего иэ прямоугольных импульсов одной полярности с постоянной амплитудой, длительностью т и периодом повторения Т, определяется выражением

55 —, т .

Учитывая постоянство Т, которое задается генератором 10 фиксированной частоты, регулируемая длительность импульсов тока устанав-, ливается равной

СК вЂ” 1т, Е

R (1 + а (9+Д9)J !э

742724 . 6 вместо термометров сопротивления иэ драгоценнъ х металлов дает значительный экономический эффект.

Милливолътметром 13 измеряется падение напряжения, создаваемое средним значением импульсного тока на нагретом термометре. Поскольку среднее значение однополярного импульсного тока определяется выражением ср = lo / . то соответствующее падение напряжения

С1К вЂ” 1)

U = I RP(1+ a(9+ 59)) = l 9 ср ср о

Установившееся значение падения напряжения 1 регистрируется милливольтметром после импульса разрешения с задержкой, создаваемой ждущим мультивибратором 14. Время задержки выбирается, исходя из тепловой постоянной времени термометра 1 сопротивления.

После переключения мультивибратора 11 по. вторяется цикл запоминания. В это время ключ

4 разомкнут и среднее значение падения напряжения от импульсного тока равно нулю. При последующем замыкании ключей 4 и 5 после соответствующей задержки в 14 фиксируется новое значение напряжения, пропорциональное измеряемой температуре 9.Из выражения для среднего значения напряжения следует, что непостоянство чувствительности моста S, напряжения питания моста О, коэффициента усиления усилителя 8, чувствительности модулятора 9 не влияет на точность измерения.

По сравнению с известным отсутствие в уравнении преобразования температурного коэффициента исключает погрешность,возникающую из-за изменения чувствительности термометра сопротивления, а также погрешность от нелинейности преобразовательной характеристики. Е

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность регистрации температуры различных сред, изменяющихся в широких пределах. Возможность использования дешевых термометров (медных,никелевых и др.) 4 с нестабильным температурным коэффициентом

Формула изобретения

Устройство для регистрации температуры, содержащее термометр сопротивления, включенный в мостовую измерительную схему, ключи, цепи которых подключены к мулыивибратору, усилитель, баласгный резистор и регистрирующий милливольтметр, подключенный параллельно термометру сопротивления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повъппе- . ния точности регистрации температуры, изменяющейся в широком диапазоне значений, в него введены ждущий мультивибратор, интегратор, работающий в режиме аналоговой памяти, вход которого через первый ключ соединен с выходом мостовой схемы, его выход — с инвертирующим входом усилителя, делитель напряжений, вход которого через второй ключ соединен с выходом мостовой схемы, его выход — с неинвертирующим входом усилителя, генератор пилообразного напряжения и широтно-импульсный модулятор, первый (управляющий) вход которого соединен с выходом усилителя, ко второму входу подключен генератор пилообразного напряжения, выход через третий ключ и баластный резистор соединен с термометром сопротивления, а цепь управления регистрирующего милливольтметра через ждущий мультивибратор подключена к плечу мультивибратора, соединенному с цепью управления второго и третьего ключей..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIA Р 3924470, кл. G Ol К 7/24, опублик. 1975.

2. Патент Великобритании по заявке л= 1406770, кл. G 01 К 7/30, опублик. 1975.

3. Патент США Р 3964315, кл. G 01 K 7/20, опублик. 1976.

4. Авторское свидетельство СССР N 407200, кл. G 01 К 7/20, опублик. 1972 (прототип).

Составитель В. Костин

Редактор В. Зарванская Техред О.Андрейко Корректор M. Пожо

Заказ 3602/10 Тираж 713 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раутнская наб.„д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужарод, ул. Проектная, 4