Устройство для измерения температуры

 

Союз Советсинк

Социалистических

Респубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63 } Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 29.04.81 (2l) 3284026/18-19 (51)N. Кл.

G 0l К 7/30 с присоединением заявки МГввуалрстаеннвй кевитет

ФПСР

«е аман изебуетаей и епрытий (23) Приоритет(53) УДК 536.53 (088.3) Опубликовано 30. 01.83. Бктллетень М 4

Дата опубликовании описания 30 0l 83 "й®Rag ниВЛТЯ тТу

7Я т ЕХй -т :т-т.:., " д (72) Авторы изобретения В И Скурихин В Т Кондратов и Ю А С ь. ь . f pfx g; -,ср — =3

Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕИПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к шумовой термометрии и может быть использовано при измерении температуры труднодоступных объектов, например расплава графита при производстве ал5 мазов в камерах высокого давления, температуры нагрева электрических спиралей, температуры плазмы швов, в процессе электросварки и т.д..

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный резистор, усилители, детекторы, фильтры, переключатели 1).

Недостаток известного устройства состоит в низкой точности измерения температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры по значению теплового шума реэисто- 2« ра, содержащее термочувствительный резистор, трансформатор с первичной, вторичной и дополнительной обмотками последовательно соединенные широкополосный усилитель, квадратор и избирательный усилитель, синхронный детектор, управляющий вход которого соединен с выходом делителя частоты регистратор. Шумовой сигнал усиливается в двух измерительных каналах (2).

Недостатком этого устройства яв ляется низкая точность измерения, обусловленная неидентичностью и не- стабильностью характеристик измери-, тельных каналов. Кроме того, в устройстве не учитывается иэменвние . величины сопротивления термочувствительного резистора, что также ведет к снижению точности измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается темт что в устройство введены дополнительный трансформатор с управляющей, сигнальной, компенсирующей и двумя одновитковыми обмвтками, два BblflpR» мителя, два масштабных преобраэова3 99304 теля, усилитель тока, управляемый источник тока, управляемый усилитель разделительный конденсатор, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь и датчик тока, выход ко- 5 торого через первый выпрямитель и первый масштабный преобразователь подключен к управляющему входу управляемого усилителя, вход которого соединен с выходом избирательного усилителя, а выход через синхронный детектор - с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с регистратором, а опорный вход соединен с выходом второго масштабного преобразователя, вход которого через второй выпрямитель связан с е вторичной обмоткой трансформатора, первичная обмотка которого соединена с источником питающего напряжения> 20 а дополнительная обмотка - с входом ! делителя частоты, выход которого через управляемый источник тока соединен с управляющей обмоткой дополнительного трансформатора, сигналь-,25 ная обмотка которого подключена к входам широкополосного усилителя, выход которого через фильтр нижних частот и усилитель тока соединен с ком пенсирующей обмоткой дополнительного Зо трансформатора, при этом первый вывод термочувствительного резистора связан через первую одновитковую обмотку и датчик тока с первым выводом вторичной обмотки трансформатора, второй вывод которой через.вторую одновитковую обмотку соединен с вторым выводом термочувствительного резис" тора и земляной шиной, а между датчиком тока и земляной шиной вклю- щв чен разделительный конденсатор.

На чертеже показана функциональная схема устройства для измерения температуры.

Устройство содержит трансформатор

1, включающий в себя первичную 2, вторичную 3 и дополнительную 4 обмотки, датчик g тока разделительный конденсатор 6, тевмочувствительный резистор 7, выполняющий одновременно роль нагревателя, дополнительный трансформатор 8 с кольцевым сердечником 9, включающий в себя сигнальную 10, компенсирующую 11, управляющую 12, первую и вторую одновиъковые 13 и 1 4 обмотки, два выпрямите" ля 15 и 16> делитель 17 частоты, усилитель 18 тока, управляемый источник

6 ф

19 тока, широкополосный усилитель 20

У фильтр 21 нижних частот,, квадратор

22, избирательный усилитель 23, два масштабных преобразователя 24 и 25, управляемый усилитель 26, синхронный детектор 27, аналого-цифровой преобразователь 28 и регистратор 29.

Устройство -работает следующим образом.

Через входные клеммы устройства на первичную обмотку 2 трансформатора

1 поступает, напряжение промышленяой или другой частоты от источника питающего напряжения (не показан), Выходное напряжение трансформатора со вторичной обмотки 3 через дат чик 5 тока и одновитковые обмотки

13 и 14 поступает на термочувствительный резистор 7, установленный в камере, обеспечивая нагрев камеры. При этом происходит разогрев .резистора 7 как за счет подводимоto переменного тока, так и за счет эффекта самонагрева содержимого камеры.

Возникающий в резисторе 7 шумовой ток, пропорциональный температуре нагрева резистора, через одновит.ковую обмотку 14 и конденсатор 6 проходит на земляную шину и наводит в сигнальной обмотке 10 шумовое напряжение. Для исключения прохождения в обмотку 10 питающего (паразитносо) напряжения дополнительный трансформатор включен в цепь вторичной обмотки .3 трансформатора 1 таким образом, чтобы переменный ток проходил через обмотки 13 и 14 во встречных направлениях. Этим достигается формирование в магнитопроводе (сердечнике

9)трансформатора 8 двух встречно направленных и компенсирующих друг дру= га магнитных потоков.

Для выделения весьма малых флюктуаций шумового напряжения применен метод периодического преобразования входного шума. Для его реализации, периодически с частотой коммутации

Я, осуществляют изменение магнитной проницаемости сердечника 9 трансформатора 8 переменным током, пос» тупающим в управляющую обмотку 12 .с выхода управляемого источника 19 тока, на управляющий вход которого. поступает переменный сигнал частотыЯ. с выхода делителя 17 частоты.

Делитель 17 частоты формирует управляющий сигнал из сигнала, поступа5 -В%О шаго на его вход с вторичной обмот- . ки трансформатора. При этом с частотой 9- меняется индуктивность сигма нальной обмртки 10, в результате че": го уровень шума на входе широкополос--3 ного усилителя меняется с частотой

Я. . С выхода широкополосного усилителя 2О сигнал через квадратор поступает на вход избирательного усилителя 23, настроенного.на частоту Q,, на-,выходе которого выделяется первая гармоника переменной составляющей шумового напряжения, которая может быть представлена в виде

О =К„(Qo- Е,„м) s tnat>

33

=-К b Ец з!пЯty (1)

:где Г2. и Е - среднеквадратичные щ> ц)м значения измерительного шумового на- пряжения, формируемые на выходе сиг" нальной обмотки и соответствующие 20 двум различным значениям магнитной проницаемости сердечника;

К - постоянный . коэффици-:. ю ент, определяемый параметрами усили".телей. - 25

С выхода усилителя 23 сигнал поступает на вход управляемого усилителя 26, коэффициент передачи кото" рого изменяется пропорционально зна1 чению тока 3, протекающего в цепи .. ЗО вторичной обмотки 3 трансформатора 1.

Для изменения коэффициента передачи усилителя 26 на его управляющий входчерез первый выпрямитель 16 и первый масштабный преобразователь 25.посту-.Зз

-пает сигнал, пропорциональный току с выхода датчика 5 тока. м

После преобразования сигнала аналого-цифровым преобразователем на его выходе формируется код числа И-а4.

М Е,вК 1 (2)

К:а

При выполнении условия K<1 jK>U< r где r - сопротивление термочувствительного резистора 7, что достигает- ся подбором К и К -, коэффициентов масштабных преобразователей 24 и 25 код числа й„г пропорционален температуре резистора 7, поступает на регистратор 29 и индицируется в десятич ной системе счисления.

Для -исключения прохождения паразитного питающего напряжения в сигнальную обмотку трансформатора 8 с помощью фильтра нижних частот 21 из выходного напряжения широкоподосного усилителя выделяется паразитное напряжение, которое усиливается с помощью усилителя 18 тока до необхо димого уровня и подается в компенсирующую обмотку 11. Последняя включена таким образом, чтобы наводимый магнитный поток противодействовал остаточному магнитному потоку, создаваемому переменным напряжением.

Наличие в устройстве дополнительного трансформатора, разделительного конденсатора, датчика тока, выпрямителей, масштабных преобразователей, усилителя тока, управляемого усилителя, фильтра нижних частот, анало"

ro-цифрового преобразователяI по3воляет повысить точность измерения температуры.

С выхода усилителя 26 сигнал

0 K< ЪЕ „поступает на вход синхрон° ао ного детектора 27, на управляющий вход которого поступает напряжение. частоты .коммутациий. Синхронный детектор осуществляет выделение постоянной составляющей сигнала, которая поступает на вход аналого-цифро вого преобразователя 28.-На опор- нйй вход аналого-цифрового преобразователя: поступает. напряжение U> QU пропорциональное действующему значению выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора 1. Оно формируется путем двухнолупериодного выпрямителя 15 последующим масштабным преобразованием результата с поИ мощью второго масштабного преобразователя 2Й с коэффициентом преобразования К .

1 формула изобретения

Устройство для измерения температуры по значению теплового шума резистора, содержащее термочувствительный резистор, трансформатор с первичной, вторичной и дополнительной обмотками, последовательно соединенные широкополосный усилитель, квадратор и избирательный усилитель, синхронный детектор, управляющий вход которого соединен с выходом делителя частоты, регистратор, источник питающего напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения темоературы, в него введены дополнительный трансформатор с управляющей, сигнальной, компенси" рующей и. двумя одновитковыми обмот7 993 04б ками, два выпрямителя, два масштаб- управляющей обмоткой дополнительного ных преобразователя, усилитель тока трансформатора, сигнальная обмотка управляемый источник тока, управ- которого подключена к входу ши коляамый усилитель., разделительный кон- полосного усилителя, выход которого денсатор, фильтр нижних частот, ана" З через фильтр нижних частот и усилилого-цифровой преобразователь и дат- тель тока соединен с компенсирующей чик тока, выход которого через первый обмоткой дополнительного трансфорвыпрямитель я первый масштабный пре- матора, при этом первый вывод теробразователь подключен к управляюще- мочувствительного резистора соединен му входу управляемого усилителя, >В через первую одвовитковую обмотку и вход которого соединен с выходом из- датчик тока с первым выводом вторичбирательного усилителя, а выход через ной обмотки трансформатора, второй синхронный детектор - с входом, ана" вывод которой через вторую одновитлого-цифрового преобразователя, вы" ковую обмотку соединен с вторым выход которого соединен с регистрато- водом термочувствительного резистора ром, а опорный вход соединен с BM" и земляной шиной, а между датчиком тоходом второго масштабного преобразо- ка и земляной шиной включен разделивателя, вход которого через второй тельный конденсатор. выпрямитель соединен с вторичной об- Источники информации моткой трансформатора, первичная об- 2в принятые во внймание при экспертизе мотка которого соединена с источником 1. Авторское свидетельство CCCP питающего напряжения, а дополнитель- Н 475516, кл. 6 01 К 7/30, f73. ная обмотка соединена с входом дели" 2. Авторское свидетельство СССР теля частоты, выход которого через . Р 52й70, кл. G 01 К 7/30, 1972, управляемый источник тока соединен с >> (прототип).,