Преобразователь температуры в цифровой код

 

Союз Советских

Соцмалмстмчеснмх

Республик

О П И С А Н И Е 892234

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17. 04. 80 (21) 2910953/18-10 (51)М. Кл.

G 01 К 7/00 с присоединением заявки,%

Госудврствснкый комитет (23) Приоритет оо делом иэооретеиий и открытии

Опубликовано 23.12.81. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 25 . 1 2 . 81 (53) УД К 536. . 532 (088. 8) Ю .В. Поздняков, А.А. Саченко, М.A. Шваенк и Ю.П. Троценко

Тернопольский финансово-зкономический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЦИФРОВОЙ КОД

Изобретение относится к измерениям температуры электрическими методами, а именно к устройствам для цифрового измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики первичного измерительного преобразователя.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее мост с термометром сопротивления, резисторы, источник питания и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный резистор с параллельной цепочкой, состоящей из термопары и последовательно соединенного с ней резистора (1 ).

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения температуры, обусловленная недостаточной линейностью выходного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее мостовую схему, в одно плечо которой введены терморезистор и резис. торы в остальных плечах, источник стабилизированного питания, включенный в диагональ питания моста последовательно с переменным резисто" ром, усилитель постоянного тока и измерительный прибор, последовательно с которым включен дополнительный датчик измеряемой температуры j2 ).

Однако устройство не обеспечивает высокой точности преобразования температуры в линейное напряжение из-за значительной нелинейности характеристики преобразования устройства, 15 что ограничивает область его применения, Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, 20 что в устройство, содержащее мостовую схему с термометром сопротивления в одном из плеч и резисторами в остальных плечах, последовательно

3 8 соединенные стабилизированный источник питания и переменный резистор, включенные в диагональ питания моста, термоэлектрический преобразователь и усилитель постоянного тока, введены образцовый резистор, два ограничительных резистора, два дополнительных стабилизированных источника питания и термометр сопротивления, аналогоцифровой преобразователь и включенный последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста и термоэлектрическим преобразователем делитель напряжения, выход которого сое динен с последовательно включенным термометром сопротивления, образцовым резистором и входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, причем параллельно термометру сопротивления и образцовому резистору включены цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные дополнительный стабилизированный источник питания и ограничительный резистор.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — температурные зависимости параметров, иллюстрирующие принцип работы устройства.

Преобразователь температуры в цифровой код содержит термочувствительный мост, плечи которого образованы термометром 1 сопротивления и резисторами 2-4. В диагональ питания моста включены последовательно соединенные стабилизированный источник 5 пита ния и переменный резистор 6, выполняющий рОль регулятора температурной чувствительности моста. Последовательно с выходной диагональю моста включен термоэлектрический преобразователь 7 и резистивный делитель напряжения, состоящий иэ, резисторов 6 и 8. Выходное плечо делителя 9 соединено с последовательно включенными термометром 10 сопротивления, образцовым резистором 11 и входом усилителя 12 постоянного тока. Параллельно термометру 10 сопротивления и образцовому резистору 11 включены цепочки из последовательно соединенных стабилизированных источников 13 и 14 питания и ограничительных резисторов

15, 16. Источники включены таким образом, что падения напряжения на сопротивлениях 10 и 11 направлены встречно. Термометры 1 и 10 сопро92234

4 тивления и рабочий спай термоэлектрического преобразователя 7 помещены в среду с измеряемой температурой.

К выходу усилителя 12 подключен ана,лого-цифровой преобразователь 13.

Преобразователь температуры в код работает следующим образом.

При нулевой температуре сопротивпения 10 и 11 равны, падения напряже>р ния на этих сопротивлениях также равны, а суммарное напряжение u (t) = 0 (фиг. 2 а).

При повышении температуры напряжение uÄ (t) нелинейно растет, в то время как напряжение U<(t) остается постоянным. Благодарл этому суммарное напряжение u>(t) описывается функцией с отрицательной второй производной по температуре. Для линеариэации такой функции из напряжения g (t) необходимо вычесть корректирующее напряжение, равное по абсолютной величине разности между напряжением u (t) и линейно зависящим от температуры напряжением 0 (t) (фиг. 2 а) .

Для формирования корректирующего напряжения используется напряжение на выходной диагонали термочувствительного моста u (t) с отрицательной второй производной по температуре, из которого вычитается термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя

E(t), описывающался функцией с положительной второй производной по температуре. Полученное в результате разностное напряжение U p(t) заведомо 5 больше au(t) при любом значении температуры (фиг. 2 б).

Чтобы привести напряжение u>(t) к уровню au(t), оно подается на вы40 сокоомный резистивный делитель. Коэффициент деления делителя таков, что корректирующее напряжение u„(t) на его выходе равйо по абсолютной величине напряжению А0(й), по крайней мере, при одном значении температуpei

Корректирующее напряжение, снимаемое с выходного плеча делителя 9 напряжения, вычитается из напряжения

u>(t). Остаточная погрешность линейности, таким образом, равна нулю при трех, как минимум, значениях температуры — в начале, конце и произвольно выбранной средней точке рабочего диапазона. Очевидно, что на участках между точками полной компенсации эначения остаточной погрешности линейносги будут резко снижены (фиг. 2 в).

892234

Линейное напряжение подается на вход усилителя постоянного тока, а с его выхода — на аналого-цифровой преобразователь. Собственная погрешность, вносимая этими блоками в суммарную погрешность преобразования, меньше остаточной погрешности линейности, и его практически можно пренебречь. При наличии блока индикации на выходе аналого-цифрового преобразователя можно легко реализовать индикацию результата измерения температуры непосредственно в градусах Цельсия.

Устройство может быть использовано как для преобразования температуры в цифровой код может быть информационно-измерительных систем, так и самостоятельно для измерения температуры с цифровой индикацией результата .измерения. Преобразователь температуры в цифровой код может быть использован в качестве блока информационно-измерительных систем для многоточечного централизованного контроля технологических параметров в промышленности, например для измерения температуры теплоносителя турбогенератора в электроэнергетике, а также для измерения и контроля температуры в производственных условиях, например в металлообрабатывающей промышленности в процессе термообработки изделий, в полупроводниковой промышленности в технологических процессах выращивания кристаллов и

AP °

Благодаря высокой точности преобразования, а следовательно, высокой точности температурного контроля, предлагаемое устройство при использовачии его в различных отраслях промышленности позволит в ряде случаев увеличить процент выхода годных изделий, повысить качественные характеристики изделий, что обеспечит значительный технико-экономический эффект.

3 Формула изобретения

Преобразователь температуры в цифровой код, содержащий мостовую схему с термометром сопротивления в одном из плеч и резисторами в остальных плечах, последова1ельно соединенные стабилизированный источник питания и переменный резистор, включенные в диагональ питания моста, термоэлектрический преобразователь и усилитель постоянного тока, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в устройство введены образцовый резистор, для ограничительных резистора, два дополнительных стабилизированных источника питания и термометр сопротивления, аналогоцифровой преобразователь и включенный последовательно с выходной диагональю термочувствительного моста и термоэлектрическим преобразователем делитель напряжения, выход которого соединен с последовательно включенным термометром сопротивления, образцовым резистором и входом усилителя постоянного тока, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, причем параллельно термос метру сопротивления и образцовому резистору включены цепочки, каждая из которых содержит последовательно соединенные дополнительный стабилизированный источник питания и orpaip ничительный резистор.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 354287, кл. G Ol К 7/02.

Ф% 2. Авторское свидетельство СССР

М 463007, кл. G О1 К 7/00, 1972.