RU129229U1

RU129229U1 - DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE OF THE MEDIA

Info

Publication number: RU129229U1
Application number: RU2013113010/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Феликсович Буслаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "МИРОНОМИКА"
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Устройство для измерения температуры, содержащее источник постоянного напряжения и, соединенные входами-выходами, аналого-цифровой преобразователь и контроллер, а также n термопреобразователей сопротивления, эталонный резистор, n-канальный коммутатор постоянного напряжения, где n=1, 2, 3, …, при этом источник постоянного напряжения подключен выходом к n-канальному коммутатору постоянного напряжения, первые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены к соответствующим выходам n-канального коммутатора постоянного напряжения, кроме того, вход управления n-канального коммутатора постоянного напряжения подключен к первому управляющему выходу контроллера, отличающееся тем, что источник постоянного напряжения не стабилизирован, а n термопреобразователей сопротивления вторыми выводами соединены последовательно с эталонным резистором с образованием общей электрической цепи для протекания тока опроса, при этом вход управления коммутатора постоянного напряжения подключен к первому управляющему выходу контроллера с возможностью подачи напряжения от источника постоянного напряжения в виде импульсной последовательности, кроме того введен (n+1) - канальный коммутатор, при этом первые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены, кроме того, к n входам (n+1) - канального коммутатора, а вторые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены, кроме того, к (n+1) входу канального коммутатора, вход управления которого подключен к второму управляющему выходу контроллера, а выход (n+1) - канального коммутатора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя.A device for measuring temperature, containing a constant voltage source and connected by inputs and outputs, an analog-to-digital converter and a controller, as well as n resistance thermal converters, a reference resistor, an n-channel DC voltage switch, where n = 1, 2, 3, ..., wherein the DC voltage source is connected by the output to the n-channel DC voltage switch, the first conclusions of n resistance thermocouples are connected to the corresponding outputs of the n-channel DC voltage switch, In addition, the control input of the n-channel DC voltage switch is connected to the first control output of the controller, characterized in that the DC voltage source is not stabilized, and n resistance thermocouples with the second terminals are connected in series with the reference resistor to form a common electrical circuit for the polling current to flow, at this control input of the DC voltage switch is connected to the first control output of the controller with the possibility of applying voltage from the source a constant voltage in the form of a pulse sequence, in addition, an (n + 1) - channel switch is introduced, while the first conclusions of n resistance thermocouples are connected, in addition, to the n inputs of (n + 1) - channel commutator, and the second conclusions of n resistance thermocouples are connected in addition, to the (n + 1) input of the channel switch, the control input of which is connected to the second control output of the controller, and the output (n + 1) of the channel switch is connected to the input of the analog-to-digital converter.

Description

Полезная модель относится к температурным измерениям, а именно: к устройствам для измерения температуры термопреобразователями сопротивления и может быть использована для измерения температуры окружающей среды.The utility model relates to temperature measurements, namely, to devices for measuring temperature with resistance thermal converters and can be used to measure ambient temperature.

При измерении температуры посредством термопреобразователя сопротивления, как правило, возникает проблема дополнительного нагрева термопреобразователя от тока опроса, протекающего через него при измерении сопротивления. Наличие дополнительного нагрева, обусловленного током опроса, снижает точность измерений, так как приводит к увеличению погрешности измерений температуры, значение которой трудно учесть в виду нестабильного характера. Для минимизации влияния величины тока опроса на точность измерений для термопреобразователей сопротивления, используемых при измерении температуры, допускаемое значение обтекающего их тока составляет единицы миллиампер. Однако при этом, соответственно падение напряжении на термопреобразователе, которое требуется измерять, так же мало и составляет порядка 0,5 В. Возникает проблема обеспечения максимального уровня сигнала, снимаемого с термопреобразователя. Для согласования сигнала термопреобразователя сопротивления и последующих устройств, например аналого-цифрового преобразователя, используют усилители постоянного тока.When measuring temperature with a resistance thermoconverter, as a rule, the problem arises of additional heating of the thermoconverter from the polling current flowing through it when measuring resistance. The presence of additional heating due to the polling current reduces the accuracy of the measurements, since it leads to an increase in the error of temperature measurements, the value of which is difficult to take into account in view of the unstable nature. To minimize the effect of the magnitude of the polling current on the measurement accuracy for resistance thermocouples used in temperature measurement, the permissible value of the current flowing around them is units of milliamps. However, in this case, accordingly, the voltage drop across the thermocouple, which you want to measure, is also small and amounts to about 0.5 V. There is a problem of ensuring the maximum level of the signal recorded from the thermocouple. To match the signal of the resistance thermoconverter and subsequent devices, such as an analog-to-digital converter, DC amplifiers are used.

Известно устройство для измерения температуры, в котором при изменении сопротивления термопреобразователя вследствие изменения температуры контролируемой среды, добиваются максимального уровня сигнала с термопреобразователя при допустимой мощности рассеивания, автоматически регулируя величину тока опроса, а затем полученный сигнал усиливают. Для этого устройство содержит блок стабильных источников тока, в котором каждый источник тока настроен на генерацию заданного фиксированного тока опроса для конкретного диапазона значений сопротивлений термопреобразователя. Источники тока выполнены по схеме, обеспечивающей высокую стабильность тока и нагрузочную способность в широком диапазоне сопротивлений. Для усиления сигнала в составе измерительного блока входит усилитель с управляемым коэффициентом усиления (СССР, авт. свид. №1394062, G01K 7/00, 07.05.88).A device for measuring temperature is known, in which, when the resistance of the thermocouple changes due to changes in the temperature of the medium being monitored, the maximum signal level from the thermocouple is achieved at an acceptable dissipation power, automatically adjusting the magnitude of the polling current, and then the received signal is amplified. For this, the device contains a block of stable current sources in which each current source is configured to generate a given fixed polling current for a specific range of resistance values of the thermal converter. The current sources are made according to the scheme, providing high current stability and load capacity in a wide range of resistances. To amplify the signal, the measuring unit includes an amplifier with a controlled gain (USSR, author certificate. No. 1394062, G01K 7/00, 05/07/08).

Известное устройство позволяет формировать оптимальный режим работы термопреобразователя, получая с него максимально возможный сигнал при сохранении максимально допустимой мощности рассеивания. Однако сигнал с термопреобразователя по-прежнему остается мал (доли ватта) и для обеспечения работоспособности устройства требуется дополнительное усиление сигнала, что вносит дополнительную погрешность в результаты измерений температуры, так как выходные параметры усилителей зависят от многих факторов: стабильность источника питания, характеристики окружающей среды. При этом погрешность, обусловленную использованием усилителей сигналов трудно учесть, так как она имеет нестабильный характер. Минимизация погрешности, вносимой усилителем, приводит к усложнению устройства. Кроме того, и схема регулирования величины тока опроса и известное устройство в целом сложны в реализации.The known device allows you to form the optimal operating mode of the thermal converter, receiving from it the maximum possible signal while maintaining the maximum allowable power dissipation. However, the signal from the thermal converter still remains small (a fraction of a watt) and to ensure the operability of the device, additional signal amplification is required, which introduces an additional error in the temperature measurement results, since the output parameters of the amplifiers depend on many factors: stability of the power source, environmental characteristics. In this case, the error due to the use of signal amplifiers is difficult to take into account, since it is unstable. Minimizing the error introduced by the amplifier leads to a complication of the device. In addition, both the control circuit of the magnitude of the polling current and the known device as a whole are difficult to implement.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры, реализующее способ определения температуры (РФ, патент №2229692, G01K 7/18, 27.05.2004). Устройство содержит стабилизатор напряжения, резистор установки тока, источник тока, коммутатор тока, платиновые термопреобразователи сопротивления, дифференциальные коммутаторы сигналов термопреобразователей сопротивления, дифференциальный усилитель, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер, эталонный резистор.Closest to the proposed is a device for measuring temperature, which implements a method for determining the temperature (RF Patent No. 2229692, G01K 7/18, 05/27/2004). The device contains a voltage stabilizer, a current setting resistor, a current source, a current switch, platinum resistance thermoconverters, differential resistance thermoconverter signal switches, a differential amplifier, an analog-to-digital converter (ADC), a microcontroller, a reference resistor.

Стабилизатор напряжения, резистор установки тока, источник тока, коммутатор тока образуют вместе стабилизированный коммутируемый источник тока для питания термопреобразователей сопротивления (ток опроса). Измерение температуры выполняется программно под управлением микроконтроллера. Микроконтроллер управляет работой стабилизированного коммутируемого источника тока опроса и коммутаторами. При измерении температуры источник тока опроса сигналом с выхода микроконтроллера поочередно подключают к эталонному резистору и термопреобразователям сопротивления. Цикл измерения начинают с измерения падения напряжения на эталонном резисторе, которое усиливают, преобразуют АЦП в цифровой код и запоминают в памяти контроллера. Аналогично поочередно измеряют падение напряжения на термопреобразователях сопротивления, при этом коммутаторы поочередно подключают термопреобразователи к источнику тока опроса и к усилителю. После поступления информации со всех термопреобразователей сопротивления в память микроконтроллера, микроконтроллер выключает стабилизатор напряжения и последовательно производит вычисление температуры каждой исследуемой среды по заданному ранее алгоритму.A voltage stabilizer, a current setting resistor, a current source, and a current commutator form together a stabilized switched current source for supplying resistance thermal converters (polling current). Temperature measurement is performed programmatically under the control of a microcontroller. The microcontroller controls the operation of a stabilized switched polling current source and switches. When measuring temperature, the source of the polling current signal from the output of the microcontroller is alternately connected to a reference resistor and resistance thermoconverters. The measurement cycle begins with measuring the voltage drop across the reference resistor, which is amplified, the ADC is converted into a digital code and stored in the controller memory. Similarly, the voltage drop across the resistance thermocouples is alternately measured, while the switches alternately connect the thermocouples to the polling current source and to the amplifier. After the information from all resistance thermoconverters arrives in the memory of the microcontroller, the microcontroller turns off the voltage regulator and sequentially calculates the temperature of each medium under study according to a previously defined algorithm.

Недостаток известного устройства прежде всего состоит в том, что в нем, как и в предыдущем аналоге, сигнал с термопреобразователя по-прежнему остается мал (доли ватта), что для обеспечения работоспособности устройства требует дополнительного усиления сигнала. Использование в измерительной цепи усилителя сигнала вносит дополнительную погрешность в результаты измерений температуры, так как выходные параметры усилителя зависят от многих факторов: стабильность источника питания, характеристики окружающей среды. При этом погрешность, обусловленную использованием усилителей сигналов трудно учесть, так как она имеет нестабильный характер. Минимизация погрешности, вносимой усилителем, приводит к усложнению устройства. Кроме того, известное устройство требует стабилизированного источника тока опроса, что усложняет как само устройство, так и его реализацию.The disadvantage of the known device is primarily that in it, as in the previous analogue, the signal from the thermal converter remains small (fractions of a watt), which requires additional signal amplification to ensure the operability of the device. The use of a signal amplifier in the measuring circuit introduces an additional error in the temperature measurement results, since the output parameters of the amplifier depend on many factors: the stability of the power source, and environmental characteristics. In this case, the error due to the use of signal amplifiers is difficult to take into account, since it is unstable. Minimizing the error introduced by the amplifier leads to a complication of the device. In addition, the known device requires a stabilized source of polling current, which complicates both the device itself and its implementation.

Кроме того, известное устройство измеряет падения напряжения на эталонном резисторе и термопреобразователях сопротивления поочередным подключением к ним источника тока опроса, т.е. при измерении падения напряжения ток опроса протекает или только через эталонный резистор, или только через термопреобразователь сопротивления, т.е. в известном устройстве эти цепи электрически не связаны. При этом равенство, величины тока опроса для эталонного резистора и для термопреобразователей обеспечивается специальными аппаратурными средствами. Это объясняет необходимость использования стабилизированного источника постоянного напряжения. Необходимость использования стабилизированного источника постоянного напряжения, формирующего ток опроса, усложняет реализацию устройства.In addition, the known device measures voltage drops on a reference resistor and resistance thermocouples by alternately connecting a polling current source to them, i.e. when measuring the voltage drop, the interrogation current flows either only through the reference resistor, or only through the resistance thermal converter, i.e. in a known device, these circuits are not electrically connected. In this case, the equality, the magnitude of the polling current for the reference resistor and for thermal converters is provided by special hardware. This explains the need to use a stabilized constant voltage source. The need to use a stabilized source of constant voltage, forming the polling current, complicates the implementation of the device.

Предлагаемая полезная модель решает задачу создания устройства для измерения температуры среды, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в возможности увеличения уровня сигнала, снимаемого с термопреобразователя сопротивления без превышения допустимого тока опроса, а также в повышении точности измерения и в упрощении устройства.The proposed utility model solves the problem of creating a device for measuring the temperature of the medium, the implementation of which allows to achieve a technical result, consisting in the possibility of increasing the level of the signal taken from the resistance thermocouple without exceeding the permissible interrogation current, as well as in improving the measurement accuracy and simplifying the device.

Сущность заявленной полезной модели заключается в том, что в устройстве для измерения температуры, содержащем источник постоянного напряжения и, соединенные входами-выходами, аналого-цифровой преобразователь и контроллер, а также n термопреобразователей сопротивления, эталонный резистор, n-канальный коммутатор постоянного напряжения, где n=1, 2, 3, …, при этом источник постоянного напряжения подключен выходом к n-канальному коммутатору постоянного напряжения, первые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены к соответствующим выходам n-канального коммутатора постоянного напряжения, кроме того, вход управления n-канального коммутатора постоянного напряжения подключен к первому управляющему выходу контроллера, новым является то, что источник постоянного напряжения не стабилизирован, а n термопреобразователей сопротивления вторыми выводами соединены последовательно с эталонным резистором с образованием общей электрической цепи для протекания тока опроса, при этом вход управления коммутатора постоянного напряжения подключен к первому управляющему выходу контроллера с возможностью подачи напряжения от источника постоянного напряжения в виде импульсной последовательности, кроме того введен (n+1) - канальный коммутатор, при этом первые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены, кроме того, к n входам (n+1) - канального коммутатора, а вторые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены, кроме того, к (n+1) входу канального коммутатора, вход управления которого подключен к второму управляющему выходу контроллера, а выход (n+1) - канального коммутатора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя.The essence of the claimed utility model lies in the fact that in a temperature measuring device containing a constant voltage source and connected by inputs and outputs, an analog-to-digital converter and a controller, as well as n resistance thermal converters, a reference resistor, an n-channel constant voltage switch, where n = 1, 2, 3, ..., while the constant voltage source is connected by the output to the n-channel constant voltage switch, the first conclusions of the resistance thermocouples n are connected to the corresponding the outputs of the n-channel DC switch, in addition, the control input of the n-channel DC switch is connected to the first control output of the controller, the new one is that the DC voltage source is not stabilized, and n resistance thermocouples with the second terminals are connected in series with the reference resistor with the formation of a common electrical circuit for the flow of polling current, while the control input of the DC switch connected to the first control output a controller with the ability to supply voltage from a constant voltage source in the form of a pulse sequence, in addition, an (n + 1) - channel switch is introduced, while the first conclusions of n resistance thermocouples are connected, in addition, to n inputs of (n + 1) - channel switch, and the second conclusions n of resistance thermocouples are connected, in addition, to the (n + 1) input of the channel switch, the control input of which is connected to the second control output of the controller, and the output (n + 1) of the channel switch is connected to the analog input go-to-digital converter.

Технический результат достигается следующим образом. Существенные признаки формулы заявленной полезной модели:The technical result is achieved as follows. The essential features of the formula of the claimed utility model:

«Устройство для измерения температуры, содержащее источник постоянного напряжения и, соединенные входами-выходами, аналого-цифровой преобразователь и контроллер, а также n термопреобразователей сопротивления, эталонный резистор, n-канальный коммутатор постоянного напряжения, где n=1, 2, 3, …, при этом источник постоянного напряжения подключен выходом к n-канальному коммутатору постоянного напряжения, первые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены к соответствующим выходам n-канального коммутатора постоянного напряжения, кроме того, вход управления n-канального коммутатора постоянного напряжения подключен к первому управляющему выходу контроллера,…» являются неотъемлемой частью заявленного устройства и, в совокупности с оставшимися существенными признаками, обеспечивают его осуществление, а, следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.“A device for measuring temperature, containing a constant voltage source and connected by inputs and outputs, an analog-to-digital converter and a controller, as well as n resistance thermal converters, a reference resistor, an n-channel constant voltage switch, where n = 1, 2, 3, ... wherein the constant voltage source is connected by the output to the n-channel constant voltage switch, the first terminals of the n resistance thermocouples are connected to the corresponding outputs of the n-channel constant voltage switch, in addition, the control input of the n-channel DC switch is connected to the first control output of the controller, ... "are an integral part of the claimed device and, together with the remaining essential features, ensure its implementation, and, therefore, ensure the achievement of the claimed technical result.

Источник постоянного напряжения обеспечивает возможность формирования тока опроса через измерительную цепь «термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор. Коммутатор постоянного напряжения выполнен n-канальным и обеспечивает поочередное подключение измерительных цепей к источнику тока опроса. Наличие в устройстве n термопреобразователей сопротивления, которые вторыми выводами соединены последовательно с эталонным резистором, образует многоканальное устройство для измерения температуры среды с широким диапазоном измеряемых температур. Аналого-цифровой преобразователь преобразует в цифровой код измеренное падение напряжение на термопреобразователях и на эталонном резисторе, обеспечивая возможность использования для обработки полученной информации контроллером, программно.The DC voltage source provides the ability to generate a polling current through the measuring circuit "resistance thermoconverter, reference resistor. The DC voltage switch is made n-channel and provides alternate connection of the measuring circuits to the source of the polling current. The presence in the device n of resistance thermocouples, which are connected in series with the second terminals in series with a reference resistor, forms a multichannel device for measuring the temperature of a medium with a wide range of measured temperatures. An analog-to-digital converter converts the measured voltage drop across the thermal converters and the reference resistor into a digital code, providing the ability to use the controller to process the information received, programmatically.

В заявленном устройстве n термопреобразователей сопротивления вторыми выводами соединены последовательно с эталонным резистором с образованием общей электрической цепи для протекания тока опроса, в отличие от прототипа, где эти цепи электрически не связаны. Для этого источник постоянного напряжения подключен выходом к n-канальному коммутатору постоянного, напряжения, первые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены к соответствующим выходам n-канального коммутатора постоянного напряжения и к соответствующим n входам канального коммутатора, а вторые выводы подключены к эталонному резистору и к (n+1) - входу канального коммутатора.In the claimed device, n resistance thermocouples by the second terminals are connected in series with a reference resistor to form a common electrical circuit for the polling current to flow, unlike the prototype, where these circuits are not electrically connected. For this, the DC voltage source is connected by the output to the n-channel constant voltage switch, the first conclusions of n resistance thermocouples are connected to the corresponding outputs of the n-channel DC voltage switch and to the corresponding n inputs of the channel switch, and the second conclusions are connected to the reference resistor and to (n +1) - to the input of the channel switch.

В результате в измерительной цепи термопреобразователь и эталонное сопротивление обтекаются одним током, параметры которого и для эталонного резистора и для термопреобразователя сопротивления не отличаются, что исключает необходимость использования стабилизированного источника постоянного напряжения.As a result, in the measuring circuit, the thermal converter and the reference resistance flow around the same current, the parameters of which for the reference resistor and for the resistance thermal converter are not different, which eliminates the need for a stabilized constant voltage source.

Кроме того, управляемый вход коммутатора постоянного напряжения подключен к первому управляющему выходу контроллера с возможностью подачи напряжения от источника постоянного напряжения на термопреобразователи сопротивления и эталонный резистор в виде импульсной последовательности. В результате, на термопреобразователь сопротивления и на эталонный резистор на короткий промежуток времени подают напряжение, при котором значение обтекающего их тока позволяет повысить контролируемое падение напряжения на термопреобразователе и эталонном резисторе до величины, не требующей дополнительного усиления. Кроме того, при управляющих импульсах прямоугольной формы значение снимаемого падения напряжения будет постоянным в течение длительности импульса. При этом подбором величины скважности импульсов можно установить средний ток через термопреобразователь сопротивления не превышающий допустимой величины тока опроса для данного термопреобразователя. В совокупности это позволяет исключить из схемы устройства усилители электрического сигнала, снимаемого с термопреобразователя и эталонного резистора.In addition, the controlled input of the constant voltage switch is connected to the first control output of the controller with the ability to supply voltage from a constant voltage source to resistance thermocouples and a reference resistor in the form of a pulse sequence. As a result, a voltage is applied to the resistance thermoconverter and to the reference resistor for a short period of time, at which the value of the current flowing through them increases the controlled voltage drop across the thermocouple and the reference resistor to a value that does not require additional amplification. In addition, when the control pulses are rectangular in shape, the value of the removed voltage drop will be constant during the duration of the pulse. In this case, by selecting the pulse duty cycle, the average current through the resistance thermoconverter can be set that does not exceed the permissible value of the interrogation current for this thermoconverter. In aggregate, this makes it possible to exclude from the device circuit the amplifiers of an electric signal taken from a thermal converter and a reference resistor.

В результате возможность подачи напряжения источника постоянного напряжения на термопреобразователи сопротивления и эталонный резистор в виде импульсной последовательности позволяет увеличить уровень сигнала, снимаемого с термопреобразователя, без дополнительного разогрева термопреобразователя, обусловленного протеканием через него тока опроса, и в пределах допустимого электрического режима использования термопреобразователя.As a result, the possibility of supplying the voltage of a constant voltage source to resistance thermocouples and a reference resistor in the form of a pulse sequence allows you to increase the level of the signal taken from the thermoconverter without additional heating of the thermoconverter due to the flow of polling current through it, and within the allowable electrical mode of using the thermocouple.

Обтекание током опроса одновременно термопреобразователя и эталонного резистора позволяет отказаться от стабилизированного источника постоянного напряжения для формирования тока опроса.The flow of polling current at the same time as the thermal converter and the reference resistor allows you to abandon the stabilized source of constant voltage to form the polling current.

Возможность подбора скважности управляющих импульсов позволяет формировать от одного источника постоянного напряжения ток опроса для отличных друг от друга термопреобразователей с учетом допустимого для каждого из них режима применения, а также позволяет формировать многоканальные устройства для измерения температуры с широким диапазоном измеряемых температур.The possibility of selecting the duty cycle of the control pulses makes it possible to generate a polling current from a single DC voltage source for thermocouples that are different from each other, taking into account the permissible application mode for each of them, and also allows the formation of multichannel devices for measuring temperature with a wide range of measured temperatures.

Как было показано выше, параметры усилителей электрических сигналов зависят от многих факторов: стабильность источника питания, характеристики окружающей среды, что вносит в результаты измерений погрешность, которую трудно учесть, так как она имеет нестабильный характер. Минимизация аппаратными средствами погрешности, вносимой усилителем, приводит к усложнению как устройства, реализующего способ, так и усложняет сам способ измерения температуры среды.As shown above, the parameters of electric signal amplifiers depend on many factors: the stability of the power source, environmental characteristics, which introduces an error in the measurement results, which is difficult to take into account, since it is unstable. Minimization of the hardware error introduced by the amplifier, complicates the device that implements the method, and complicates the method of measuring the temperature of the medium.

Исключение из устройства усилителей измеряемого сигнала с термопреобразователя и эталонного резистора позволяет упростить устройство, а также повысить точность измерения температуры, полностью исключив аналоговую обработку измеряемого сигнала и исключив погрешность, вносимую усилителем сигнала.The elimination of the measured signal amplifiers from the thermal converter and the reference resistor from the device allows to simplify the device and also increase the accuracy of temperature measurement by completely eliminating the analog processing of the measured signal and eliminating the error introduced by the signal amplifier.

Кроме того, возможность исключения из заявленного способа усилителей измеряемого сигнала, позволяет непосредственно преобразовывать измеряемый сигнал в цифровой код. Для этого первые выводы n термопреобразователей сопротивления подключены к соответствующим n входам канального коммутатора, а вторые выводы подключены к эталонному резистору и к (n+1) - входу канального коммутатора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя. При этом введение (n+1)-канального коммутатора и связи с его (n+1) входом вторых выводов термопреобразователей обеспечивает возможность измерения падения напряжения на эталонном резисторе, сформированного током опроса, протекающим одновременно через соответствующий термопреобразователь сопротивления и эталонный резистор.In addition, the possibility of exclusion from the claimed method of amplifiers of the measured signal, allows you to directly convert the measured signal into a digital code. For this, the first conclusions of n resistance thermocouples are connected to the corresponding n inputs of the channel switch, and the second conclusions are connected to the reference resistor and to (n + 1) the input of the channel switch, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter. At the same time, the introduction of an (n + 1) -channel switch and communication with its (n + 1) input of the second terminals of the thermal converters provides the ability to measure the voltage drop across the reference resistor formed by the interrogation current flowing simultaneously through the corresponding resistance thermal converter and the reference resistor.

В настоящее время элементная база позволяет реализовать в одной микросхеме и контролер, и аналого-цифровой преобразователь, что еще более упрощает реализацию устройства.Currently, the element base allows you to implement in one chip both the controller and the analog-to-digital converter, which further simplifies the implementation of the device.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленное устройство для измерения температуры среды при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в возможности увеличения уровня сигнала, снимаемого с термопреобразователя сопротивления без превышения допустимого тока опроса, а также в повышении точности измерения и в упрощении устройства.Thus, from the foregoing, it follows that the claimed device for measuring the temperature of the medium during the implementation ensures the achievement of a technical result consisting in the possibility of increasing the level of the signal taken from the resistance thermocouple without exceeding the permissible interrogation current, as well as in improving the measurement accuracy and simplifying the device.

На фиг.1 изображено заявленное устройство для измерения температуры среды. Устройство содержит источник постоянного напряжения 1, аналого-цифровой преобразователь 2 и контроллер 3, соединенные входами-выходами, n термопреобразователей сопротивления 4₁-4_n, эталонный резистор 5, n-канальный коммутатор постоянного напряжения 6, (n+1) - канальный коммутатор 7 (далее - канальный коммутатор), где n=1, 2, 3, … Источник постоянного напряжения 1 подключен выходом к n-канальному коммутатору постоянного напряжения 6, первые выводы n термопреобразователей сопротивления 4₁-4_n подключены к соответствующим выходам n-канального коммутатора постоянного напряжения 6 и к соответствующим n входам канального коммутатора 7, а вторые выводы подключены к эталонному резистору 5 и к (n+1) - входу канального коммутатора 7. Выход канального коммутатора 7 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 2. Входы управления соответственно 8, 9 коммутатора постоянного напряжения 6 и канального коммутатора 7 подключены соответственно к первому 10 и второму 11 управляющим выходам контроллера 3.Figure 1 shows the claimed device for measuring the temperature of the medium. The device contains a constant voltage source 1, an analog-to-digital converter 2 and a controller 3 connected by inputs and outputs, n resistance thermal converters 4 ₁ -4 _n , a reference resistor 5, an n-channel constant voltage switch 6, (n + 1) - channel switch 7 (hereinafter referred to as a channel switch), where n = 1, 2, 3, ... A constant voltage source 1 is connected by an output to an n-channel constant voltage switch 6, the first leads n of resistance thermal converters 4 ₁ -4 _{n are} connected to the corresponding outputs of an n-channel commutatively dc voltage 6 and to the corresponding n inputs of the channel switch 7, and the second conclusions are connected to the reference resistor 5 and to (n + 1) the input of the channel switch 7. The output of the channel switch 7 is connected to the input of the analog-to-digital converter 2. Control inputs, respectively 8, 9 of the DC switch 6 and the channel switch 7 are connected respectively to the first 10 and second 11 control outputs of the controller 3.

Особых требований к реализации контроллера и АЦП, а также к другим элементам схемы, не предъявляется. Коммутатор постоянного напряжения n-канальный может быть выполнен, например, на биполярных транзисторах; (n+1)-канальный коммутатор может быть выполнен, например, на микросхеме типа 4051; термопреобразователь сопротивления, например, ТПТ-3-1; эталонный резистор - прецизионный резистор, например, С2-29Н.There are no special requirements for the implementation of the controller and ADC, as well as for other circuit elements. The n-channel constant voltage switch can be made, for example, on bipolar transistors; (n + 1) -channel switch can be performed, for example, on a chip type 4051; resistance thermoconverter, for example, TPT-3-1; reference resistor - a precision resistor, for example, C2-29N.

Устройство работает следующим образом. Управление работой устройства выполняют программно с помощью контроллера 3. Снятие информации с датчиков температуры - термопреобразователей сопротивления 4₁-4_n и эталонного резистора 5 выполняют поочередно под управлением контроллера 3. После включения напряжения питания на вход управления 8 n-канального коммутатора постоянного напряжения 6 поступает управляющий код отправляющего выхода 10 контроллера 3, который подключает к источнику постоянного напряжения 1 конкретную измерительную цепь «термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор», например, 4₁, 5. Одновременно на вход управления 9 канального коммутатора 7 поступает код управления с управляющего выхода 11 контроллера 3 и подключает к входу аналого-цифрового преобразователя 2 сигнал с эталонного резистора 5. Управляющий код присутствует на входе управления 9 канального коммутатора 7 в течение времени измерения падения напряжения на эталонном резисторе 5. Падение напряжения на эталонном резисторе 5 измеряют для каждого термопреобразователя сопротивления. После измерения падения напряжения на эталонном резисторе 5 код на входе управления 9 канального коммутатора 7 изменяют таким образом, что на вход аналого-цифрового преобразователя 2 поступает сигнал с контролируемого термопреобразователя сопротивления 4₁. По окончании измерения коды с входа управления 8 коммутатора постоянного напряжения 6 и входа управления 9 канального коммутатора 7 снимают.The device operates as follows. The operation of the device is controlled programmatically using the controller 3. The information is removed from the temperature sensors - resistance thermocouples 4 ₁ -4 _n and the reference resistor 5 in turn under the control of the controller 3. After turning on the supply voltage, the control input 8 of the n-channel DC voltage switch 6 receives the control code of the sending output 10 of the controller 3, which connects to the constant voltage source 1 a specific measuring circuit "resistance thermocouple, reference second resistor ", e.g., 4 ₁ 5. Simultaneously, the channel switch control input 9 7 Control code supplied from the control output 11 of the controller 3 and connects to the input of analog-to-digital converter 2 with a signal reference resistor 5. The control code present on control input 9 channel switch 7 during the time of measuring the voltage drop across the reference resistor 5. The voltage drop across the reference resistor 5 is measured for each resistance thermoconverter. After measuring the voltage drop across the reference resistor 5, the code at the control input 9 of the channel switch 7 is changed so that the signal from the controlled resistance temperature converter 4 _{1 is} input to the analog-to-digital converter 2. At the end of the measurement, the codes from the control input 8 of the DC switch 6 and the control input 9 of the channel switch 7 are removed.

Управляющий сигнал (код) с выходов 10 и 11 контроллера 3 представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с заданной скважностью.The control signal (code) from the outputs 10 and 11 of the controller 3 is a sequence of rectangular pulses with a given duty cycle.

Для каждого термопреобразователя сопротивления скважность импульсов заранее определяют по формуле:For each resistance thermoconverter, the duty cycle of pulses is pre-determined by the formula:

где

Where

Q - требуемая скважность последовательности импульсов, Uи - значение постоянного напряжения источника питания, формирующего ток опроса термопреобразователя сопротивления и эталонного резистора, Rt - значение сопротивления термопреобразователя при минимальной измеряемой температуре, Rэт - номинал сопротивления эталонного резистора, Iдоп - максимально-допустимый ток опроса термопреобразователя.Q is the required duty cycle of the pulse sequence, Uand is the constant voltage value of the power source that forms the polling current of the resistance thermoconverter and the reference resistor, Rt is the resistance value of the thermocouple at the minimum measured temperature, Ret is the nominal resistance of the reference resistor, Idop is the maximum allowable polling current of the thermocouple.

Скважность управляющих импульсов рассчитывают таким образом, чтобы при подключении источника питания средний ток через термопреобразователь сопротивления не превышал допустимой величины.The duty cycle of the control pulses is calculated so that when the power source is connected, the average current through the resistance temperature converter does not exceed the permissible value.

Ниже приведен пример расчета величины скважности для терморезистора типа ТПТ-3-1 с величиной сопротивления Rt=80 Ом при минимальной измеряемой температуре (-50°С), при Iдоп=1 мА.The following is an example of calculating the duty cycle for a TPT-3-1 type thermistor with a resistance value of Rt = 80 Ohms at the minimum measured temperature (-50 ° C), with Idop = 1 mA.

Для Uи=5 В, Rэт=100 Ом имеем:For U = 5 V, Ret = 100 Ohms we have:

Измерение падения напряжения на термопреобразователе и эталонном резисторе выполняют в течение времени, равном длительности управляющего импульса. Например, для скважности Q=28 и периоде следования импульсов Т=2,8 с, длительность импульса т составит 0,1 с (Q=T/τ).The measurement of the voltage drop across the thermal converter and the reference resistor is performed over a period of time equal to the duration of the control pulse. For example, for a duty cycle of Q = 28 and a pulse repetition period of T = 2.8 s, the pulse duration m will be 0.1 s (Q = T / τ).

При этом через измерительную цепь «термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор» протекает импульсный ток опроса, который в короткий промежуток времени, равный длительности импульса, превышает рекомендованное значение тока опроса. Для упрощения расчета допустим Icp=Iдоп=1х10^-3 А;In this case, the pulse current of the interrogation flows through the measuring circuit "resistance thermoconverter, reference resistor", which in a short period of time equal to the pulse duration exceeds the recommended value of the interrogation current. To simplify the calculation, let Icp = Idop = 1x10 ^-3 A;

Iимп=Icp x Q=lx10^-3x28=28 мА.Iimp = Icp x Q = lx10 ^-3 x28 = 28 mA.

В результате повышается падение напряжения на термопреобразователе сопротивления и эталонном резисторе до величины, не требующей дополнительного усиления. При этом среднее значение тока опроса через термопреобразователи не превышает допустимого.As a result, the voltage drop across the resistance thermal converter and the reference resistor increases to a value that does not require additional amplification. In this case, the average value of the interrogation current through thermal converters does not exceed the permissible value.

После поступления в память контроллера информации с термопреобразователя сопротивления и с эталонного резистора, производят вычисление температуры каждой исследуемой среды по заранее заданному алгоритму. Например, перевод сопротивления в градусы выполняют одновременно с линеаризацией характеристики термопреобразователя сопротивления по таблице, заложенной в память контроллера.After the controller receives information from the resistance thermal converter and from the reference resistor, the temperature of each medium under study is calculated according to a predetermined algorithm. For example, the conversion of resistance into degrees is performed simultaneously with the linearization of the characteristics of the resistance thermal converter according to the table stored in the controller memory.

Claims

A device for measuring temperature, containing a constant voltage source and connected by inputs and outputs, an analog-to-digital converter and a controller, as well as n resistance thermal converters, a reference resistor, an n-channel DC voltage switch, where n = 1, 2, 3, ..., wherein the DC voltage source is connected by the output to the n-channel DC voltage switch, the first conclusions of n resistance thermocouples are connected to the corresponding outputs of the n-channel DC voltage switch, In addition, the control input of the n-channel DC voltage switch is connected to the first control output of the controller, characterized in that the DC voltage source is not stabilized, and n resistance thermocouples with the second terminals are connected in series with the reference resistor to form a common electrical circuit for the polling current to flow, at this control input of the DC voltage switch is connected to the first control output of the controller with the possibility of applying voltage from the source a constant voltage in the form of a pulse sequence, in addition, an (n + 1) - channel switch is introduced, while the first conclusions of n resistance thermocouples are connected, in addition, to the n inputs of (n + 1) - channel commutator, and the second conclusions of n resistance thermocouples are connected in addition, to the (n + 1) input of the channel switch, the control input of which is connected to the second control output of the controller, and the output (n + 1) of the channel switch is connected to the input of the analog-to-digital converter.