SU1339413A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению . Цель изобретени  - повышение точности измерени  температуры, Устройство осуществл ет двухтактный алгоритм измерени , оно содержит термопару 1, стабилизированный источник 2 напр жени , усилители 3 и 11, мост 4, состо щий из термометра 5 сопротивлени , опорного резистора 6, образцовых резисторов 7 и 8, конденсаторы 9 и 10, ключи 12-19, резисторы 20 и 21, 37 и 38, нуль-орган 22, блок 23 управлени , элементы И-НЕ 28, 29, элементы И 30-33, инвертор 34, RS-триггер 35, регистратор 36 и ключи 39 и 40. Дл  исключени  мультипликативной составл ющей погрешности, вносимой изменением коэффициента передачи измерительного тракта, устройство калибруетс  в четыре такта по командам с блока 23 управлени . 1 ил. С/) J... 00 ;о 4 00 ЩТ

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано в системах измерени  температуры с применением термоэлектрических преобразователей (термопар).

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  температуры.

На чертеже приведена функциональна  схема предлагаемого устройства.

Устройство дл  измерени  температуры содержит термопару 1, стабилизи- рованньй источник 2 напр жени , усилитель 3, компенсатор температуры свободных концов термопары - мост 4., состо щий из термометра 5 сопротивлени , опорного резистора 6 и двух образцовых резисторов 7 и 8, два конденсатора 9 и 10, второй усилитель 11 восемь ключей 12-19, два резистора 20 и 21 в делителе отрицательной обратной св зи, первого усилител  3, нуль- орган 22, блок 23 управлени  с выводами 24-27, два элемента И-НЕ 28 и 29, четыре элемента И 30-33, инвертор 33, RS-триггер 35 и регистратор 3 с четырьм  входами, в качестве которого может быть использован любой записывающий прибор (например, магнитный или фотооптический) с аналоговым входом по напр жению, резисторы 37 и 38, два ключа 39 и 40. Блок 23 управлени  включает генератор тактовой частоты, счетчик импульсов и дешифратор (не показаны).

Устройство осуществл ет двухтактный алгоритм измерени  и работает следующим образом.

По сигналу 24 с блока 23 управлени  в первом такте измерени  преобразовани  включаютс  ключи 12-16, 18, 19 и 40, в результате конденсатор 9 через компенсационный мост 4 подключаетс  к термопаре 1 и зар жаетс  до напр жени 

Ue, и, ЭДС + и,„, , (1) где и - напр жение на конденсаторе 9,

ЭДС - сигнал термопары; напр жение на выходе компенсационного моста. Конденсатор 10 соединен с неинвертированным входом второго усилител  1 1 и подключаетс  при этом через ключ 9 к выходу второго усилител  11 инвертированньй вход которого соединен с выходом усилителей 3 и 11, неинвертированные входы усилителей 3

39413

и 1 подключены через ключи 18 и 40 соответственно к общей точке. В результате конденсатор 10 зар жаетс  до напр жени 

5

0

С2

jpi :

5

0

где и. - напр жение на конденсаторе 10;

U- - напр жение дрейфа О первого усилител ;

Unpj- напр жение дрейфа О второго усилител .

Во втором такте измерени  по сигналу 25 с блока 23 управлени  включаютс  ключи 17 и 39, а все остальные отключаютс , в результате конденсатор 9 через ключ 17 подключаетс  к неинвертированному входу усилител  3, а конденсатор 10 через ключ 39 - к неинвертированному входу усилител  11, инвертированньй вход которого соединен с выходом усилител  3, при . этом на выходе усилител  11 формируетс  напр жение

К,- К, + и.р, +

(3)

соответственно коэффициенты передачи усилителей 3 и 11, которые определ ютс  по формулам

11 Т1 .

ВЫХ С1

+ и

где К

fpi и К

- и

0

К,

/Rii

R

20

R.

К,

5j&

К

(4)

37

где , к, и к, , -ъь сопротив- g лени  в цепи отрицательной обратной св зи усилителей 3 и 11 соответственно .

РМ, К, V.

Подставив значени  U из формул (1) (2) и (4) в формулу (З) получаем соотношение

; (ЭДС + u.,,J(i +n-S

и

вых

R

го

R

(5)

7

В котором отсутствует аддитивна  составл юща  погрешности измерени , вносима  дрейфом усилителей 3 и 11. Результат записи на регистраторе при этом определ етс  соотношением

0

N. К.

и.

К

X ОбШ,

и.

(6)

0&UI, : : обш, где N - показание на регистраторе;

и. - ЭДС + и,,,„;

К, - общий коэффициент передачи ОБЩ

измерительного тракта.

Дл  исключени  мультипликативной составл ющей погрешности, вносимой g изменением коэффициента передачи измерительного тракта, устройство калибруетс  в четыре такта по командам 26 и 27, вьщаваемым с блока 23 управлени . При этом в первом такте

313394

калибро вкн включаютс  ключи 12, 14- 16, 18, 19 и 40, а ключ 13 по сигналу 26 через элемент И 31 отключаетс , в результате конденсатор 9 зар жаетс  до напр жени 

и,,,, ЭДС - и„, (7) где и - напр жение на конденсаторе 9 в первом такте калибРОБКИ;

ЭДС - сигнал термопары; и - напр жение на опорном резисторе компенсационного

моста,

а конденсатор 10 зар жаетс  до на- пр жени , определ емого по формуле (2), Во втором такте калибровки включаютс  ключи 17 и 39, а все остальные отключаютс , и напр жение на выходе усилител  I1, определ емое по формуле (3), имеет значение

и.ь,х (ЭДС-и,)(|-. I). (8}

Одновременно на выходе нуль-органа 22 определ етс  знак выходного напр жени , если на его выходе по вл етс  сигнал логическа  1, что соответствует знаку +, то открываетс  элемент И 33 и триггер 35, сигнал с которого в третьем такте калибровки через элементы 28 и 30 отключаетс  ключ 12, при этом ключи 13-16, 18, 19 и 40 включены, в результате кон-, денсатор 9 зар жаетс  до напр жени 

ис,., ЭДС, (9) где и., j- напр жение на конденсаторе 9 в третьем такте калибровки, а конденсатор 10 при этом зар жаетс  до напр жени , определ емого по формуле (2). В четвертом такте калибровки ключи наход тс  в том же состо нии, как во втором такте, т.е. включены ключи 17 и 39, а все остальные отключены . Тогда напр жение на выходе усилител  11 в четвертом такте калиб- ровки с учетом формулы СЗ) имеет величину

и

R

R8ЫХ

ЭДС.(| + 1).5-. (10)

R

R,

20 3

Разность выходных напр жений, по- лученных во втором и четвертом тактах калибровки и вычисленных по формулам (8) и (10), составл ет величину , определ емую по формуле

аи u.( -ь 1). |- S , (11)

° «го Kji

где и - напр жение на опорном резисторе Rg, определ емое по формуле

3

.1 Е R.

R,,. + R.

(12)

Обр о

где Е - напр жение стабилизированного источника, включенного в диагональ моста; R - сопротивление образцового реQop

зистора, включенного в другое плечо моста, смежное с опорным резистором,

а результат записи на регистраторе при этом определ етс  соотношением

N,

К.

Uo.

(13)

NO

--, подстав ОБЫ , о

откуда определ ем К

л ем его в формулу (6) и получаем значение измер емой величины

(14)

и. о

Если на выходе нуль-органа 22 по вл етс  логический О, то элемент И 33 не открываетс  и триггер 35 остаетс  в закрытом состо нии, а сигнал с его инверсного выхода в третьем такте через элементы 29 и 32 вы рслючает ключ I 4 , при этом ключи I 2, 13, 15, 16, 18, 19 и 40 включены, в результате конденсатор 9 зар жаетс  до напр жени 

и

С KJ

ЭДС -ь и,„„„+ и, , (15)

где и, |., напр жение на конденсаторе 9 в третьем такте калибровки;

UI Q - напр жение на выходе компенсационного моста; Ug - напр жение на втором резисторе .

Напр жение на втором конденсаторе 10 определ етс  по формуле (2), В четвертом такте калибровки ключи I7 и 39 включаютс , все остальные отключаютс  и напр жение на выходе усилител  II в соответствии с форьгулой (З) имеет величину

и„ (ЭДС + и,„„„-ь Uj.( +1

«о

X 5л

R

(16)

37

Разность выходных напр жений, полученных по формулам (16) и (5), составл ет величину, определ емую по формуле (11), т.е. независимо от знака калибровочного напр жени , полученного во втором такте, калибровочный перепад напр жени  остаетс  посто нным в том и другом случа х, определ емом напр жением по формуле .(l2), а результат измерени  определи51

тс  ПО формуле (14) и не зависит от коэффициента передачи измерительного тракта, а следовательно, не имеет мультипликативную составл ющую погрешности . Точность измерени  согласно формуле (14) определ етс  стабильностью опорного напр жени  Ug, а так как эта величина согласно формуле 12)  вл етс  мерой образцовой, то и результат измерени  имеет соответственно высокую точность измерени  .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  температуры , содержащее термоэлектрический преобразователь, измерительный усилитель , компенсатор температуры свободных концов термоэлектрического преобразовател , выполненньш в виде четырехплечего резистивного моста с термометром сопротивлени  в одном из его плеч, включенного последовательно своей измерительной диагональю с термоэлектрическим преобразователем , стабилизированный источник напр жени  , подключенный к питающей диагонали резистивного моста, и регистратор , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены два конденсатора , второй измерительный усилитель , дес ть управл емых электронных ключей, нуль-орган, два логических элемента И-НЕ, четыре логических элемента И, инвертор, RS-триггер и блок управлени , при этом первый электронный ключ включен в диагональ моста последовательно с источником стабилизированного напр жени , второ и третий электронные ключи включены по одному последовательно с резисторами моста в его симметричные относительно питающей диагонали плечи, один из конденсаторов подключен через четвертый и п тый электронные ключи параллельно цепи последовательно соединенных термоэлектрического преобразовател  и компенсатора темпе ратуры его свободных концов и через щестой электронный ключ подключен к неинвертирующему входу первого измерительного усилител , инвертирующий вход которого соединен с его выходом через резистивньш делитель напр жени , а его неинвертирующий вход соединен через седьмой электронный

   136

   ключ с общей шиной устройства, второй измерительный усилитель выполнен по дифференциальной схеме и подключен своим инвертирующим входом через резистор цепи его отрицательной обратной св зи к выходу первого измерительного усилител , второй конденсатор подключен через восьмой электронный ключ к выходу второго измерительного усилител  и через дев тый электронный ключ - к его неинвертирующему входу, который через дес тый электронный ключ соединен с общей шиной устройства, нуль-орган своим входом включен на выходе второго измерительного усилитеш , одни входы первого , второго и третьего логических элементов И подключены к первому выходу блока управлени , соединенному с управл ющими входами четвертого, п того, седьмого, восьмого и дес того электронных ключей, второй выход блока управлени  соединен с управл ющими входами шестого и дев того электронных ключей и первым входом четвертого логического элемента И, выходы первого, второго и третьего логических элементов И соединены соответственно с управл ющими входами первого , второго и третьего электроН11ых ключей, второй вход первого логического элемента И соединен с выходом первого логического элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с выходом RS-триггера, второй вход второго логического элемента И соединен с третьим выходом блока управлени ,второй вход третьего логического элемента И соединен с выходом второго логического элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с инверсным выходом RS-триггера, вторые входы логических элементов И-НЕ соединены с четвертым выходом блока управлени , второй вход четвертого логического элемента И подключен к выходу нуль-органа , а его выход соединен с S-входом RS-триггера, R-вход которого через инвертор подключен к третьег гу выходу блока управлени , первый вход регистратора подключен к выходу второго измерительного усилител , второй вход к второму выходу блока управлени , а третий и четвертый входы регистратора подключены к выходам первого и второго логических элементов И-НЕ соответственно .