RU2025675C1 - Device for measuring temperature and temperature difference - Google Patents

Device for measuring temperature and temperature difference Download PDF

Info

Publication number
RU2025675C1
RU2025675C1 SU5057900A RU2025675C1 RU 2025675 C1 RU2025675 C1 RU 2025675C1 SU 5057900 A SU5057900 A SU 5057900A RU 2025675 C1 RU2025675 C1 RU 2025675C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
code
converter
voltage
output
temperature
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Д. Смирнов
В.Г. Матвеев
Original Assignee
Научно-производственный концерн "Синтез"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственный концерн "Синтез" filed Critical Научно-производственный концерн "Синтез"
Priority to SU5057900 priority Critical patent/RU2025675C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2025675C1 publication Critical patent/RU2025675C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

FIELD: automatically measuring temperature. SUBSTANCE: device has thermal elements, standard resistors, groups of switches, first and second current sources, voltage-to-code converter, operational amplifier, computing unit, indication unit. Temperature measuring process involves six cycles. In each cycle terminals of the thermal elements and standard resistors sequentially and pairwise alternatively are connected respectively to the first and second current sources and input of voltage-to-code converter and operational amplifier with the aid of groups of switches. Code values from the converter output are applied to the computer unit for processing measurement results according to predetermined relationships. The results of measuring temperature and temperature difference are represented on the indication unit, the switches being switched in response to control commands. EFFECT: enhanced accuracy and reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к температурным измерениям, в частности к автоматическому измерению разности температур с использованием термопреобразователей сопротивления, и может быть использовано, например, в геометрических исследованиях. The invention relates to temperature measurements, in particular to automatic measurement of a temperature difference using resistance thermocouples, and can be used, for example, in geometric studies.

Известно устройство для измерения разности температур, включающее два термопреобразователя сопротивления, два образцовых резистора, источник питания, измерительный прибор, а также корректирующий терморезистор [1]. A device for measuring a temperature difference, including two resistance thermocouples, two reference resistors, a power source, a measuring device, and also a correction thermistor [1].

Недостатком устройства являются необходимость использования идентичных термопреобразователей сопротивления и неполная компенсация погрешности, вызванной зависимостью чувствительности устройства от температуры среды. The disadvantage of this device is the need to use identical resistance thermocouples and incomplete compensation of the error caused by the dependence of the sensitivity of the device on the ambient temperature.

Известно устройство для измерения температуры и разности температур, включающее два термопреобразователя сопротивления, два образцовых резистора, первый блок ключей, второй блок ключей, последовательно соединенный с преобразователем напряжения в код, вычислительным блоком и индикатором, и блок управления, подключенный к управляющим входам блоков ключей и преобразователя напряжения в код [2]. A device for measuring temperature and temperature difference, including two resistance thermocouples, two reference resistors, a first key block, a second key block connected in series with a voltage to code converter, a computing unit and an indicator, and a control unit connected to the control inputs of the key blocks and voltage to code converter [2].

Недостатком данного устройства является существенная погрешность определения разности температур при дистанционных измерениях, обусловленная неконтролируемыми температурными изменениями сопротивления проводников, соединяющих термопреобразователи сопротивления с блоком ключей и преобразователем напряжения в код. Кроме того, недостатком является необходимость использования контактных ключей, сопротивление которых также вносит погрешность. The disadvantage of this device is the significant error in determining the temperature difference during remote measurements, due to uncontrolled temperature changes in the resistance of the conductors connecting the resistance thermocouples to the key block and the voltage to code converter. In addition, the disadvantage is the need to use contact keys, the resistance of which also introduces an error.

Целью изобретения является повышение точности измерения разности температур при дистанционных измерениях за счет исключения погрешности, обусловленной неконтролируемыми температурными изменениями сопротивления проводников, соединяющих термопреобразователи сопротивления с блоком ключей и преобразователем напряжения в код, а также сопротивлением ключей. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the temperature difference during remote measurements by eliminating the error due to uncontrolled temperature changes in the resistance of the conductors connecting the resistance thermocouples to the key block and the voltage to code converter, as well as the resistance of the keys.

Цель - повышение точности достигается тем, что устройство для измерения температуры и разности температур, включающее два термопреобразователя сопротивления, два образцовых резистора, первый блок ключей, второй блок ключей, последовательно соединенный с преобразователем напряжения в код, вычислительным блоком и индикатором, и блок управления, подключенный к управляющим входам блоков ключей и преобразователя напряжения в код, снабжено двумя источниками постоянного тока, подключенными к выходам первого блока ключей, и операционным усилителем, одни выводы термопреобразователей сопротивления и образцовых резисторов соединены между собой, а другие подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам первого блока ключей и к соответствующим входам второго блока ключей, при этом первый выход второго блока ключей соединен с первым входом преобразователя напряжения в код, второй выход второго блока ключей соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к точке соединения термопреобразователей сопротивления, а второй вход преобразователя напряжения в код и неинвертирующий вход операционного усилителя заземлены. The goal is to increase accuracy by the fact that a device for measuring temperature and temperature difference, including two resistance thermocouples, two reference resistors, a first key block, a second key block connected in series with a voltage to code converter, a computing unit and an indicator, and a control unit, connected to the control inputs of the key blocks and the voltage-to-code converter, it is equipped with two direct current sources connected to the outputs of the first key block and an operational amplifier Itel, one of the conclusions of resistance thermocouples and reference resistors are interconnected, while others are connected to the first, second, third and fourth inputs of the first key block and to the corresponding inputs of the second key block, while the first output of the second block of keys is connected to the first input of the voltage converter code, the second output of the second block of keys is connected to the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the connection point of the resistance thermal converters, and the second input The voltage generator into the code and the non-inverting input of the operational amplifier are grounded.

Указанная совокупность признаков позволяет путем поочередного подключения термопреобразователей сопротивления и образцовых резисторов к первому и второму источникам постоянного тока с помощью первого и второго блоков ключей и их поочередного подключения к входу преобразователя напряжения в код и операционному усилителю определять только изменение разности сопротивлений термопреобразователей, которое вызвано измеряемой разностью температур и не зависит от изменения сопротивления соединительных проводников и ключей. Тем самым обеспечивается достижение требуемого результата - повышение точности измерения разности температур. This set of features allows, by alternately connecting resistance thermocouples and reference resistors to the first and second DC sources using the first and second blocks of keys and connecting them alternately to the input of the voltage converter into the code and the operational amplifier, only the change in the difference of the resistance of the thermocouples, which is caused by the measured difference, can be determined temperatures and does not depend on changes in the resistance of the connecting conductors and keys. This ensures the achievement of the desired result - improving the accuracy of measuring the temperature difference.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. The drawing shows a functional diagram of the device.

Устройство для измерения температуры и разности температур содержит первый 1 и второй 2 термопреобразователи сопротивления, первый 3 и второй 4 образцовые резисторы, первый 5 и второй 6 источники постоянного тока, первый 7 и второй 8 блоки ключей, операционный усилитель 9, преобразователь 10 напряжения в код, вычислительный блок 11, блок 12 индикации, блок 13 управления. The device for measuring temperature and temperature difference contains the first 1 and second 2 resistance thermal converters, the first 3 and second 4 reference resistors, the first 5 and second 6 DC sources, the first 7 and second 8 blocks of keys, operational amplifier 9, voltage to code converter 10 , a computing unit 11, an indication unit 12, a control unit 13.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Процесс измерения состоит из шести тактов. В первом такте вывод первого термопреобразователя 1 сопротивления (точка а) подключен к первому источнику 5 тока и входу преобразователя 10 напряжения в код, вывод второго термопреобразователя 2 сопротивления (точка b) - к второму источнику 6 тока и входу операционного усилителя 9. За счет отрицательной обратной связи на выходе усилителя устанавливается такое напряжение, что потенциал точки b становится равным нулю, и на вход преобразователя 10 поступает напряжение U1 = I1˙R1 - I2˙R2, (1) где I1, I2 - токи первого и второго источников;
R1, R2 - сопротивления первого и второго термопреобразователей.The measurement process consists of six measures. In the first cycle, the output of the first resistance thermoconverter 1 (point a) is connected to the first current source 5 and the input of the voltage converter 10 to the code, the output of the second resistance thermoconverter 2 (point b) is connected to the second current source 6 and the input of the operational amplifier 9. Due to the negative feedback at the output of the amplifier is set such a voltage that the potential of point b becomes equal to zero, and the voltage U 1 = I 1 ˙ R 1 - I 2 ˙ R 2 , (1) where I 1 , I 2 are the currents first and second sources;
R 1 , R 2 - resistance of the first and second thermal converters.

Код на выходе преобразователя 10, поступающий в вычислительный блок 11, равен N1 = A1(I1˙R1 - I2˙R2) + A0, (2) где А1, А0 - коэффициент преобразования и смещение нуля преобразователя напряжения в код.The code at the output of the converter 10 entering the computing unit 11 is N 1 = A 1 (I 1 ˙ R 1 - I 2 ˙ R 2 ) + A 0 , (2) where A 1 , A 0 is the conversion coefficient and zero offset voltage to code converter.

Во втором такте блоки ключей 7 и 8 подключают вывод второго термопреобразователя 2 (точка b) к выходу первого источника тока 5 и входу преобразователя 10, а вывод первого термопреобразователя 1 (точка а) - к выходу второго источника 6 тока и входу усилителя 9. В результате потенциал точки а становится равным нулю, и на выходе преобразователя 10 появляется код N2 = A1(I1˙R2 - I2˙R2) + A0 (3)
В третьем такте измерения по командам, поступающим с блока 13 управления, блоки ключей 7 и 8 подключают вывод резистора 3 (точка с) к выходу первого источника 5 тока и входу преобразователя 10, а вывод резистора 4 (точка а) - к выходу второго источника 6 тока и входу усилителя 9. Потенциал точки d становится равным нулю, и на выходе преобразователя 10 появляется код N3 = A1(I1˙R3 - I2˙R4) + A0 (4)
В четвертом такте блоки ключей 7 и 8 подсоединяют точку d к выходу первого источника 5 тока и входу преобразователя 10, а точку с - к выходу второго источника 6 тока и входу усилителя 9. Код на входе вычислительного блока 11 N4 = A1(I1˙R4 - I2˙R3) + A0 (5)
В пятом такте блоки ключей 7 и 8 подключают вывод первого термопреобразователя (точка а) к выходу первого источника 5 тока и входу преобразователя 10, а вывод резистора 3 (точка с - к выходу второго источника 6 тока и входу усилителя 9. Потенциал точки с становится равным нулю, и на выходе преобразователя 10 появляется код N5 = A1(I1˙R1 - I2˙R3) + A0 (6)
В шестом такте аналогично предыдущим блоки ключей 7 и 8 меняют местами в измерительной схеме резисторы 1 и 3. В результате в вычислительный блок поступает код N6 = A1(I1˙R3 - I2˙R1) + A0 (7)
По окончании процесса измерения по команде блока 13 управления вычислительный блок 11 обрабатывает результаты измерения, решая совместно уравнения (2), (3), (4), (5) и (4), (5), (6), (7) с учетом функции преобразования термопреобразователей 1 и 2. R1 = R01(1 + a˙T1); (8) R2 = R02(1 + a˙T2); (9) где R01, R02 - сопротивление термопреобразователей при 0оС;
а - температурный коэффициент сопротивления;
Т1, Т2 - температуры, при которых находятся термопреобразователи 1 и 2 соответственно.In the second cycle, the key blocks 7 and 8 connect the output of the second thermal converter 2 (point b) to the output of the first current source 5 and the input of the converter 10, and the output of the first thermal converter 1 (point a) to the output of the second current source 6 and the input of amplifier 9. V As a result, the potential of the point a becomes equal to zero, and at the output of the converter 10, the code N 2 = A 1 (I 1 ˙ R 2 - I 2 ˙ R 2 ) + A 0 (3) appears
In the third measurement step according to the commands received from the control unit 13, the key blocks 7 and 8 connect the output of the resistor 3 (point c) to the output of the first current source 5 and the input of the converter 10, and the output of the resistor 4 (point a) to the output of the second source 6 of the current and the input of amplifier 9. The potential of point d becomes zero, and at the output of converter 10, the code N 3 = A 1 (I 1 ˙ R 3 - I 2 ˙ R 4 ) + A 0 (4) appears
In the fourth step, the key blocks 7 and 8 connect the point d to the output of the first current source 5 and the input of the converter 10, and the point c to the output of the second current source 6 and the input of the amplifier 9. Code at the input of the computing unit 11 N 4 = A 1 (I 1 ˙R 4 - I 2 ˙R 3 ) + A 0 (5)
In the fifth step, the key blocks 7 and 8 connect the output of the first thermal converter (point a) to the output of the first current source 5 and the input of the converter 10, and the output of the resistor 3 (point c to the output of the second current source 6 and the input of amplifier 9. The potential of point c becomes equal to zero, and at the output of the converter 10, the code N 5 = A 1 (I 1 ˙ R 1 - I 2 ˙ R 3 ) + A 0 (6) appears
In the sixth step, similarly to the previous ones, the key blocks 7 and 8 interchange the resistors 1 and 3 in the measuring circuit. As a result, the code block receives the code N 6 = A 1 (I 1 ˙ R 3 - I 2 ˙ R 1 ) + A 0 (7 )
At the end of the measurement process at the command of the control unit 13, the computing unit 11 processes the measurement results, solving equations (2), (3), (4), (5) and (4), (5), (6), (7) together taking into account the conversion function of thermal converters 1 and 2. R 1 = R 01 (1 + a˙T 1 ); (8) R 2 = R 02 (1 + a˙T 2 ); (9) where R 01 , R 02 - resistance of thermal converters at 0 о С;
a - temperature coefficient of resistance;
T 1 , T 2 are the temperatures at which the thermal converters 1 and 2 are located, respectively.

Значения температуры и разности температур вычисляются по формулам T1 =

Figure 00000001
Figure 00000002
R3-R01+(R3-R4)·
Figure 00000003
(10) T1-T2=
Figure 00000004
Figure 00000005
(R3-R4)·
Figure 00000006
- (R01-R02)·(1+aT1)
Figure 00000007
(11)
Результаты измерения индицируются блоком 12 индикации.The values of temperature and temperature difference are calculated by the formulas T 1 =
Figure 00000001
Figure 00000002
R 3 -R 01 + (R 3 -R 4 )
Figure 00000003
(10) T 1 -T 2 =
Figure 00000004
Figure 00000005
(R 3 -R 4 )
Figure 00000006
- (R 01 -R 02 ) · (1 + aT 1 )
Figure 00000007
(eleven)
The measurement results are indicated by the display unit 12.

Вычислительный блок представляет собой специализированное вычислительное устройство, реализованное на базе однокристальной ЭВМ (например К1816ВЕ51) или любой стандартной микроЭВМ. Блок 13 управления, синхронизирующий работу остальных блоков, реализован на той же ЭВМ. Источники тока выполнены по стандартной схеме на операционных усилителях. Термопреобразователи сопротивления - стандартные медные типа ТСМ. Резисторы 3 и 4 представляют собой прецизионные резисторы с малым ТКС, например С5-60. Блоки ключей 7 и 8 бесконтактные, выполнены на интегральных переключателях К561КТ3, в качестве усилителя используется стандартный операционный усилитель (например К140УД17А). Преобразователь напряжения в код также стандартный с высоким входным сопротивлением (К572ПВ1). A computing unit is a specialized computing device implemented on the basis of a single-chip computer (for example, K1816BE51) or any standard microcomputer. The control unit 13, synchronizing the operation of the remaining blocks, is implemented on the same computer. Current sources are made according to the standard scheme on operational amplifiers. Resistance thermoconverters - standard copper type TCM. Resistors 3 and 4 are precision resistors with a small TCS, for example, C5-60. The key blocks 7 and 8 are non-contact, made on K561KT3 integrated switches, a standard operational amplifier (for example, K140UD17A) is used as an amplifier. The voltage to code converter is also standard with a high input resistance (K572PV1).

Из выражений (10) и (11) следует, что результат измерения не зависит от значений токов источников 5 и 6, сопротивлений ключей блоков 7 и 8 и сопротивлений проводов, соединяющих термопреобразователи с другими элементами измерительной схемы. От параметров этих элементов требуется только кратковременная стабильность в течение цикла измерения. Кроме того, на результат измерения не влияют смещение и дрейф нуля усилителя и изменение коэффициентов преобразования преобразователя напряжения в код. From the expressions (10) and (11) it follows that the measurement result does not depend on the values of the currents of sources 5 and 6, the resistances of the keys of blocks 7 and 8 and the resistances of the wires connecting the thermocouples to other elements of the measuring circuit. The parameters of these elements require only short-term stability during the measurement cycle. In addition, the bias and zero drift of the amplifier and the change in the conversion coefficients of the voltage converter to code are not affected by the measurement result.

Точность измерения определяется главным образом стабильностью образцовых резисторов и точностью градуировки термопреобразователей сопротивления. The measurement accuracy is determined mainly by the stability of the model resistors and the accuracy of the calibration of resistance thermal converters.

Данное устройство используется в качестве канала измерения термоградиента и температуры зонда для геотермических исследований в океане. This device is used as a channel for measuring the thermal gradient and probe temperature for geothermal research in the ocean.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР, содержащее первый источник питания, два термопреобразователя сопротивления, первый образцовый резистор, первый блок ключей и блок управления, подключенный к управляющим входам блоков ключей и преобразователя напряжения в код, последовательно соединенные второй блок ключей, преобразователь напряжения в код, вычислительный блок и индикатор, отличающееся тем, что оно снабжено вторым истчником питания, вторым образцовым резистором и операционным усилителем, а источники питания подключены к выходам первого блока ключей, одни выводы термопреобразователей сопротивления и образцовых резисторов соединены между собой, а другие подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам первого и второго блоков ключей, при этом первый выход второго блока ключей соединен с первым входом преобразователя напряжения в код, второй выход - с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к точке соединения термопреобразователей сопротивления, а второй вход преобразователя напряжения в код и неинвертирующий вход операционного усилителя заземлены. DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE AND TEMPERATURE DIFFERENCE, containing a first power source, two resistance thermocouples, a first model resistor, a first key block and a control unit connected to the control inputs of the key blocks and a voltage to code converter, the second key block connected in series, the voltage to code converter , a computing unit and an indicator, characterized in that it is equipped with a second power source, a second exemplary resistor and an operational amplifier, and power sources connected to the outputs of the first block of switches, some terminals of resistance thermocouples and model resistors are interconnected, while others are connected to the first, second, third and fourth inputs of the first and second blocks of keys, while the first output of the second block of keys is connected to the first input of the voltage converter code, the second output is with the inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the connection point of the resistance thermal converters, and the second input of the voltage converter to code and non- ertiruyuschy input of the operational amplifier is grounded.
SU5057900 1992-08-06 1992-08-06 Device for measuring temperature and temperature difference RU2025675C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5057900 RU2025675C1 (en) 1992-08-06 1992-08-06 Device for measuring temperature and temperature difference

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5057900 RU2025675C1 (en) 1992-08-06 1992-08-06 Device for measuring temperature and temperature difference

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2025675C1 true RU2025675C1 (en) 1994-12-30

Family

ID=21611181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5057900 RU2025675C1 (en) 1992-08-06 1992-08-06 Device for measuring temperature and temperature difference

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2025675C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008048136A1 (en) * 2006-10-18 2008-04-24 Federalnoe Gosudarstvennoe Obrazovatelnoe Uchrezhdenie Vyschego Professionalnogo Obrazovaniya 'rossysky Gosudarstvenny Universitet Im. I. Kanta' Method for checking a film thickness during the application thereof by evaporating in a vacuum chamber

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 356483, кл. G 01K 3/00, 1971. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1089432, кл. G 01K 3/08, 1983. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008048136A1 (en) * 2006-10-18 2008-04-24 Federalnoe Gosudarstvennoe Obrazovatelnoe Uchrezhdenie Vyschego Professionalnogo Obrazovaniya 'rossysky Gosudarstvenny Universitet Im. I. Kanta' Method for checking a film thickness during the application thereof by evaporating in a vacuum chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS645360B2 (en)
RU2025675C1 (en) Device for measuring temperature and temperature difference
JPH102807A (en) Thermocouple measuring device
RU2082129C1 (en) Converter of pressure to electric signal
SU849085A1 (en) Linear converter of ac voltage effective value to dc voltage
SU1370583A1 (en) A.c.-to-d.c.voltage instrument transducer
SU838419A1 (en) Time-to-pulse converter for resistive temperature gages
SU968633A1 (en) Device for measuring temperature difference
SU1384963A1 (en) Digital thermometer
JP2595858B2 (en) Temperature measurement circuit
SU1622779A1 (en) Digital temperature meter
SU1597602A1 (en) Digital meter of temperature
SU789836A1 (en) A.c. voltage to d.c. voltage measuring converter
SU1016696A1 (en) Device for measuring temperature having frequency output
SU758022A1 (en) Device for temperature compensation of hall sensors
SU647553A1 (en) Temperature measuring device
SU1458720A1 (en) Device for measuring temperature
SU872982A1 (en) Device for measuring temperature
SU1193472A1 (en) Temperature meter
JPS61294321A (en) Temperature detecting circuit
KR910000688Y1 (en) Thermal compensation circuit of electronic range
SU830224A1 (en) Method of analysis of gases by thermal conductance
SU1177688A1 (en) Digital thermometer
SU1728678A1 (en) Digital temperature meter
SU1000875A1 (en) Conductometer