RU2008633C1

RU2008633C1 - Temperature gage

Info

Publication number: RU2008633C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Москалев; А.А. Леонов
Original assignee: Научно-производственное объединение "Техномаш"
Priority date: 1991-04-04
Filing date: 1991-04-04
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: measurement of gas and liquid temperature. SUBSTANCE: temperature gage has temperature-sensing piezoresonator, two protective bulbs, self-excited oscillator, frequency difference shaper, reference self-excited oscillator, bridge circuit, two thermistors, DC differential amplifier, count time code shaper, count time space shaper, control circuit, counter, display circuit. EFFECT: improved design. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения температуры, в которых в качестве чувствительного элемента используется термочувствительный кварцевый резонатор, и предназначено для измерения температуры жидкостей и газа в трубопроводах гидрогазодинамических систем. The invention relates to measuring equipment, namely to means for measuring temperature, in which a thermosensitive quartz resonator is used as a sensitive element, and is intended to measure the temperature of liquids and gas in pipelines of hydrodynamic systems.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный пьезорезонатор, помещенный в защитную капсулу и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора, формирователь разностной частоты, опорный автогенератор, регистратор, дифференциальный усилитель и электрическую мостовую схему, в смежные плечи которой включены два пленочных терморезистора, один из которых размещен на поверхности термочувствительного резонатора, а другой - на наружной поверхности защитной капсулы пьезорезонатора. A device for measuring temperature is known, comprising a thermosensitive piezoresonator placed in a protective capsule and included in the frequency-setting circuit of the measuring oscillator, a differential frequency driver, a reference oscillator, a recorder, a differential amplifier and an electric bridge circuit, the adjacent shoulders of which include two film thermistors, one of which placed on the surface of the heat-sensitive resonator, and the other on the outer surface of the protective capsule of the piezoresonator.

Устройство позволяет измерять температуру различных объектов в динамическом режиме с малой инерционностью. Однако введение в частотозадающую цепь схемы опорного автогенератора частотоуправляющего элемента снижает добротность кварцевого резонатора и стабильность выходной частоты, приводит к ухудшению точностных характеристик устройства. При этом, значительно усложняется схема опорного автогенератора, что также снижает надежность его работы и точностные параметры. The device allows you to measure the temperature of various objects in a dynamic mode with low inertia. However, the introduction of a frequency-controlling element into the frequency-setting circuit of the reference oscillator reduces the quality factor of the quartz resonator and the stability of the output frequency, leading to a deterioration in the accuracy characteristics of the device. At the same time, the circuit of the reference oscillator is much more complicated, which also reduces its reliability and accuracy parameters.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры. The aim of the invention is to improve the accuracy of temperature measurement.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный пьезорезонатор, помещенный в защитную капсулу и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора, подключенного выходом к первому входу блока формирования разностной частоты, вторым входом подключенного к выходу опорного автогенератора, а также мостовую схему с двумя терморезисторами, включенными в ее смежные плечи, и дифференциальный усилитель постоянного тока, подключенный входом к измерительной диагонали мостовой схемы, введены последовательно соединенные блок управления, счетчик, блок индикации, а также формирователь кода времени счета и программируемый формирователь интервала времени счета. The goal is achieved by the fact that in a temperature measuring device containing a heat-sensitive piezoresonator placed in a protective capsule and included in the frequency-setting circuit of the measuring oscillator, connected to the first input of the differential frequency generating unit, the second input connected to the output of the reference oscillator, as well as a bridge circuit with two thermistors included in its adjacent shoulders, and a differential DC amplifier connected to the input of the measuring diagonal of the bridge circuit s, administered serially connected control unit, a counter, a display unit and the counting time code generator and the programmable time interval generator account.

Вход формирователя кода времени счета подключен к выходу дифференциального усилителя постоянного тока. Программируемый формирователь интервала времени подключен группой входов к соответствующим выходам формирователя кода времени счета, а выходом соединен с первым входом блока управления. Второй и третий входы блока управления подключены соответственно к выходу блока формирования разностной частоты и выходу опорного автогенератора, а второй выход соединен со счетным входом программируемого формирователя интервала времени счета. The input of the time code generator is connected to the output of the differential DC amplifier. The programmable time interval shaper is connected by a group of inputs to the corresponding outputs of the counting time code shaper, and the output is connected to the first input of the control unit. The second and third inputs of the control unit are connected respectively to the output of the differential frequency generating unit and the output of the reference oscillator, and the second output is connected to the counting input of the programmable former of the counting time interval.

Терморезисторы размещены в дополнительной защитной капсуле в центре ее полости и на ее внутренней поверхности. Thermistors are placed in an additional protective capsule in the center of its cavity and on its inner surface.

На чертеже представлена электрическая схема устройства для измерения температуры. The drawing shows an electrical diagram of a device for measuring temperature.

Устройство содержит термочувствительный пьезорезонатор 1, помещенный в защитную капсулу 2 и включенный в частотозадающую цепь измерительного автогенератора 3, подключенного к первому входу блока 4 формирования разностной частоты, второй вход которого соединен с выходом опорного автогенератора 5, мостовую схему 6 с двумя терморезисторами 7 и 8, включенными в ее смежные плечи и размещенными в дополнительной капсуле 9 в центре ее полости и на ее внутренней поверхности, дифференциальный усилитель 10 постоянного тока, входы которого подключены к измерительной диагонали АБ мостовой схемы 6. The device comprises a heat-sensitive piezoresonator 1, placed in a protective capsule 2 and included in the frequency-setting circuit of the measuring oscillator 3, connected to the first input of the differential frequency generating unit 4, the second input of which is connected to the output of the reference oscillator 5, a bridge circuit 6 with two thermistors 7 and 8, included in its adjacent shoulders and placed in an additional capsule 9 in the center of its cavity and on its inner surface, a DC differential amplifier 10, the inputs of which are connected AB measuring diagonal of the bridge circuit 6.

Вход формирователя 11 кода времени счета соединен с выходом дифференциального усилителя 10 постоянного тока, а его выходы подключены к входам программируемого формирователя 12 интервала времени счета, выход которого соединен с первым входом блока 13 управления. Второй и третий входы блока 13 управления подключены соответственно к выходу блока 4 формирования разностной частоты и выходу опорного автогенератора 5. Второй выход блока 13 управления соединен со счетным входом программируемого формирователя 12 интервала времени счета. The input of the shaper 11 of the counting time code is connected to the output of the DC differential amplifier 10, and its outputs are connected to the inputs of the programmable shaper 12 of the counting time interval, the output of which is connected to the first input of the control unit 13. The second and third inputs of the control unit 13 are connected respectively to the output of the differential frequency generating unit 4 and the output of the reference oscillator 5. The second output of the control unit 13 is connected to the counting input of the programmer former 12 of the counting time interval.

Выход блока 4 формирования разностной частоты через блок 13 управления соединен со счетным входом счетчика 14 с предварительной установкой начального состояния. Информационные выходы счетчика 14 соединены с входом блока 15 индикации. The output of the differential frequency generating unit 4 through the control unit 13 is connected to the counting input of the counter 14 with a preset of the initial state. The information outputs of the counter 14 are connected to the input of the display unit 15.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом. A device for measuring temperature operates as follows.

Зависимость выходной частоты блока 4 формирования разностной частоты от температуры среды имеет вид:
Т= А_о+А₁ ˙F, где Т - значение температуры среды, в которую помещен термочувствительный пьезорезонатор, ^оС;
F - значение выходной частоты блока 4 формирования разностной частоты, Гц;
А_о, А₁ - коэффициенты полинома первой степени, которым аппроксимируется температурная зависимость частоты, определяются в процессе индивидуальной градуировки термочувствительного пьезорезонатора.The dependence of the output frequency of the block 4 forming the differential frequency from the temperature of the medium has the form:
T = A _o + A ₁ ˙ F, where T is the temperature of the medium in which the thermosensitive piezoresonator is placed, ^o C;
F is the value of the output frequency of the differential frequency generating unit 4, Hz;
And _about , And ₁ - the coefficients of the polynomial of the first degree, which approximates the temperature dependence of the frequency, are determined in the process of individual calibration of the thermosensitive piezoresonator.

На входы счетчика 14 с предварительной установкой начального состояния подается код числа, соответствующего коэффициенту А_о. На счетный вход счетчика 14 через блок 13 управления в течение интервала времени счета поступает частота F с выхода блока 4 формирования разностной частоты и счетчик 14 подсчитывает количество периодов этой частоты. На выходе программируемого формирователя 12 интервала времени счета формируется временной интервал, образующийся при подсчете определенного количества периодов частотного сигнала опорного автогенератора 5. Количество периодов определяется кодом, формируемым на выходах формирователя 11 кода времени счета и поступающим на входы установки программируемого формирователя 12. Код времени счета соответствует значению коэффициента А₁.At the inputs of the counter 14 with a preliminary setting of the initial state, a code of the number corresponding to the coefficient A _about is supplied. The counting input of the counter 14 through the control unit 13 during the time interval of the counting receives the frequency F from the output of the block 4 forming the differential frequency and the counter 14 counts the number of periods of this frequency. At the output of the programmable shaper 12 of the counting time interval, a time interval is formed that is formed when counting a certain number of periods of the frequency signal of the reference oscillator 5. The number of periods is determined by the code generated at the outputs of the shaper 11 of the counting time code and arriving at the inputs of the setup of the programmable shaper 12. Counting time code corresponds to the value of the coefficient And ₁ .

В результате на информационных выходах счетчика 14 появляется код числа, образующегося при суммировании количества периодов разностной частоты F, поступающих на его счетный вход в течение интервала времени счета, с числом, код которого поступил на установочные входы счетчика 14. С выходов счетчика 14 полученный код поступает в блок 15 индикации, где происходит его преобразование в цифровую форму и индикация полученного значения измеренной температуры на цифровом табло. As a result, the information outputs of the counter 14 receive a code of the number generated by summing the number of periods of the differential frequency F arriving at its counter input during the counting time interval with the number whose code was received at the setting inputs of the counter 14. From the outputs of the counter 14, the received code is received to the display unit 15, where it is converted to digital form and an indication of the obtained value of the measured temperature on a digital display.

В установившемся тепловом режиме температуры контролируемой среды и температура термочувствительного пьезорезонатора 1 равны. Температуры терморезисторов 7 и 8 также равна температуре контролируемой среды, а мостовая схема 6 сбалансирована и управляющее напряжение на выходе дифференциального усилителя 10, поступающее на вход формирователя 11 кода времени счета, устанавливает на его выходах код, соответствующий значению коэффициента А₁.In the steady state thermal regime, the temperatures of the controlled medium and the temperature of the thermosensitive piezoresonator 1 are equal. The temperature of thermistors 7 and 8 is also equal to the temperature of the controlled environment, and the bridge circuit 6 is balanced and the control voltage at the output of the differential amplifier 10, supplied to the input of the shaper 11 of the counting time code, sets a code corresponding to the value of coefficient A ₁ at its outputs.

При скачкообразном изменении температуры контролируемой среды возникает перепад между температурой поверхности защитной капсулы 2 термочувствительного пьезорезонатора 1 и температурой кристалла пьезорезонатора 1. Этот перепад температур приводит к появлению динамической погрешности измерения температуры. With an abrupt change in the temperature of the controlled medium, a difference occurs between the surface temperature of the protective capsule 2 of the thermosensitive piezoresonator 1 and the crystal temperature of the piezoresonator 1. This temperature difference leads to the appearance of a dynamic error in the temperature measurement.

Устранение этой погрешности осуществляется с помощью двух терморезисторов 7 и 8, размещенных в центре полости и на внутренней поверхности дополнительной капсулы 9. The elimination of this error is carried out using two thermistors 7 and 8, located in the center of the cavity and on the inner surface of the additional capsule 9.

Скачок температуры контролируемой среды вызывает перепад температур между терморезисторами 8 и 7, размещенными внутри дополнительной защитной капсулы 9, которая устанавливается в непосредственной близости от защитной капсулы 2 термочувствительного пьезорезонатора 1. A jump in the temperature of the controlled medium causes a temperature difference between the thermistors 8 and 7 located inside the additional protective capsule 9, which is installed in the immediate vicinity of the protective capsule 2 of the thermosensitive piezoresonator 1.

Перепад температур терморезисторов вызовет разбаланс электрического моста 6, в результате чего на выходе дифференциального усилителя 10 появится управляющее напряжение, поступающее на вход формирователя 11 кода времени счета. Код времени счета изменится на величину, пропорциональную перепаду температур между терморезисторами 7 и 8 и соответственно перепаду температур между поверхностью защитной капсулы 2 и пьезорезонатором 1. При этом изменится интервал времени счета, а на вход счетчика 14 поступит количество периодов частоты F, отличающееся на величину, соответствующую возникшему перепаду температур. На выходах счетчика 14 появится код измеренной температуры с учетом коррекции динамической погрешности. (56) Авторское свидетельство СССР N 1610310, кл. G 01 K 7/32, 1991. The temperature difference of the thermistors will cause an imbalance of the electric bridge 6, as a result of which the output voltage of the differential amplifier 10 appears at the input of the shaper 11 of the counting time code. The counting time code will change by a value proportional to the temperature difference between the thermistors 7 and 8 and, accordingly, the temperature difference between the surface of the protective capsule 2 and the piezoresonator 1. In this case, the counting time interval will change, and the number of frequency periods F, differing by corresponding to the resulting temperature difference. The outputs of the counter 14 will display the code of the measured temperature, taking into account the correction of dynamic error. (56) Copyright certificate of the USSR N 1610310, cl. G 01 K 7/32, 1991.

Claims

DEVICE FOR TEMPERATURE MEASUREMENT, containing a thermosensitive piezoresonator, placed in a protective capsule and included in the frequency-setting circuit of the measuring oscillator, connected to the first input of the differential frequency generating unit, the second input connected to the output of the reference oscillator, as well as a bridge circuit with two thermoresistors adjacent shoulders, and a differential DC amplifier connected by an input to the measuring diagonal of the bridge circuit, characterized in that, with In order to increase the accuracy of measurement, a control unit, a counter and a display unit are connected in series, as well as a counting time code generator connected to the output of the differential DC amplifier, and a programmable counting time interval generator connected to the corresponding outputs of the time code generator account, and the output is connected to the first input of the control unit, the second and third inputs of which are connected respectively to the output of the block forming the differential h frequency and the output of the reference oscillator, and the second output is connected to the counting input of the programmable former of the counting time interval, while the thermistors are placed in an additional protective capsule in the center of its cavity and on its inner surface, respectively.