RU2562002C2

RU2562002C2 - Temperature meter

Info

Publication number: RU2562002C2
Application number: RU2012124451/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Фесенко; Владимир Михайлович Строев; Павел Александрович Федюнин
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2015-09-10
Also published as: RU2012124451A

Abstract

FIELD: instrumentation.

SUBSTANCE: invention relates to measurement of temperature. Proposed device comprises two opposed measuring and extra thermocouples. Extra thermocouple is equipped with stabilized voltage source and voltage divider composed of resistor and slide-wire connected in series. Both thermocouples are connected to bridge-type potentiometric circuit with error amplifier its first and second outputs being connected with voltage divider slide-wire and bridge-type potentiometric circuit measuring slide-wire. Besides, this device comprises frequency divider, binary frequency multiplier and reversing pulse counter, controlled frequency oscillator and four digital controlled resistors, all being connected in series. First and second digital controlled resistors are connected in series in second thermocouple voltage divider while thirds and fourth are connected in series with bridge-type potentiometric circuit measuring slide-wire. Code inputs of the first and third digital controlled resistors and second and fourth digital controlled resistors are integrated with forward and inverse outputs of reversing pulse counter with subtracting input connected with the device frequency-pulse output of the device and frequency binary multiplier.

EFFECT: accelerated response, higher reliability.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области измерения температур.The present invention relates to the field of temperature measurement.

Известны устройства для измерения температуры с термопарами, присоединенными к мостовой потенциометрической схеме с усилителем разбаланса и следящим электродвигателем (М.В. Кулаков. Технологические измерения и приборы. - М.: Машиностроение, 1974, 464 с.).Known devices for measuring temperature with thermocouples attached to a bridge potentiometric circuit with an imbalance amplifier and a tracking electric motor (MV Kulakov. Technological measurements and instruments. - M .: Mashinostroenie, 1974, 464 p.).

Недостатком этих устройств является отсутствие компенсации погрешности от нелинейности характеристик термопар во всем диапазоне температур и низкое быстродействие.The disadvantage of these devices is the lack of compensation for errors from nonlinearity of the characteristics of thermocouples in the entire temperature range and low speed.

Известно также устройство для измерения температуры - наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому изобретению, содержащее две встречно включенные термопары, одна из которых снабжена дополнительным делителем напряжения, обе термопары присоединены к мостовой потенциометрической схеме с усилителем разбаланса и следящим электродвигателем, а также источник стабилизированного напряжения, включенный в цепь делителя напряжения встречно термопаре (Авт.свид. СССР №498512, G01K 7/02, Бюл. №1 от 05.01.76).There is also known a device for measuring temperature - the closest in technical essence to the proposed invention, containing two counterclockwise thermocouples, one of which is equipped with an additional voltage divider, both thermocouples are connected to a bridge potentiometric circuit with an unbalance amplifier and a tracking motor, as well as a stabilized voltage source, included in the circuit of the voltage divider counter to the thermocouple (Autosvid. USSR No. 498512, G01K 7/02, Bull. No. 1 from 05.01.76).

Недостатком этого устройства является также низкое быстродействие работы из-за инерционности электродвигателя.The disadvantage of this device is also the low speed due to the inertia of the electric motor.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение быстродействия и надежности устройства.The technical result of the invention is to increase the speed and reliability of the device.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения температуры, содержащее две встречно включенные измерительную и дополнительную термопары, при этом дополнительная термопара снабжена последовательно включенными источником стабилизированного напряжения и делителем напряжения, образованным сопротивлением и реохордом, обе термопары присоединены к мостовой потенциометрической схеме с усилителем разбаланса, первый и второй выходы которого соединены соответственно с реохордом делителя напряжения и измерительным реохордом мостовой потенциометрической схемы, дополнительно содержит последовательно соединенные делитель частоты, двоичный умножитель частоты и реверсивный счетчик импульсов, а также генератор управляемой частоты, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика импульсов, а вход - с выходом усилителя разбаланса, четыре цифровых управляемых сопротивления (ЦУС), причем первое и второе ЦУС включены последовательно в цепь делителя напряжения второй термопары, а третье и четвертое ЦУС - последовательно с измерительным реохордом мостовой потенциометрической схемы, при этом кодовые входы первого и третьего ЦУС, а также второго и четвертого ЦУС объединены и соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами реверсивного счетчика импульсов, вычитающий вход которого связан с частотно-импульсным выходом устройства и двоичным умножителем частоты, на первую группу входов которого поступает сигнал с делителя частоты, а вторая группа входов двоичного умножителя частоты подключена к прямым выходам реверсивного счетчика и к кодовому выходу устройства.The technical result is achieved in that a temperature measuring device containing two counter-connected measuring and additional thermocouples, while the additional thermocouple is equipped with a stabilized voltage source and a voltage divider formed by a resistance and a re-chord, both thermocouples are connected to a bridge potentiometric circuit with an unbalance amplifier, the first and second outputs of which are connected respectively to the reochord of the voltage divider and measuring a chord of a bridge potentiometric circuit, additionally contains a series-connected frequency divider, a binary frequency multiplier and a reversible pulse counter, as well as a controlled frequency generator, the output of which is connected to the summing input of a reversible pulse counter, and the input is connected to the output of an unbalance amplifier, four digital controlled resistances ), and the first and second control centers are connected in series to the voltage divider circuit of the second thermocouple, and the third and fourth control centers are connected in series with the measuring p a chord of a bridge potentiometric circuit, while the code inputs of the first and third control centers, as well as the second and fourth control centers, are combined and connected respectively to the direct and inverse outputs of the reversible pulse counter, the subtracting input of which is connected to the pulse-frequency output of the device and the binary frequency multiplier, to the first the group of inputs of which a signal is received from the frequency divider, and the second group of inputs of the binary frequency multiplier is connected to the direct outputs of the reversible counter and to the code output of the device.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device.

Устройство содержит измерительную термопару 1, дополнительную термопару 2, постоянный резистор 3, реохорд 4, источник стабилизированного напряжения 5, цифровые управляемые сопротивления (ЦУС) 6, 7, 8 и 9, мостовую потенциометрическую схему 10, усилитель разбаланса 11, генератор управляемой частоты (ГУЧ) 12, реверсивный счетчик импульсов (PC) 13, двоичный умножитель частоты 14, делитель частоты 15.The device contains a measuring thermocouple 1, an additional thermocouple 2, a constant resistor 3, a reochord 4, a stabilized voltage source 5, digital controlled resistances (DCC) 6, 7, 8 and 9, a bridge potentiometric circuit 10, an imbalance amplifier 11, a controlled frequency generator (GUCH ) 12, a reverse pulse counter (PC) 13, a binary frequency multiplier 14, a frequency divider 15.

Назначение цифровых управляемых сопротивлений 6, 7, 8 и 9, генератора управляемой частоты 12, реверсивного счетчика импульсов 13, двоичного умножителя частоты 14 и делителя частоты 15 понятны из их названий. The purpose of digital controlled resistances 6, 7, 8 and 9, a controlled frequency generator 12, a reversible pulse counter 13, a binary frequency multiplier 14 and a frequency divider 15 are clear from their names.

К измерительной термопаре 1 встречно подключена дополнительная термопара 2 с делителем напряжения, образованным сопротивлением 3, реохордом 4 и ЦУС 6 и 7. Между дополнительной термопарой 2 и сопротивлением 3 включен источник стабилизированного напряжения 5 встречно термопаре 2. В измерительную диагональ мостовой потенциометрической схемы 10 последовательно с измерительным реохордом включены ЦУС 8 и 9. Измерительный реохорд схемы 10 и реохорд 4 подключены к усилителю разбаланса 11, выход которого через последовательно соединенный ГУЧ 12 соединен с суммирующим входом PC 13, вычитающий вход которого связан через последовательно соединенные двоичный умножитель частоты 14 и делитель частоты 15 с опорной частотой F₀, при этом прямые выходы PC 13 подключены к входам ЦУС 9 и 6 и ко второй группе входов двоичного умножителя частоты 14, а инверсные выходы PC 13 связаны с входами ЦУС 7 и 8. Выходы делителя частоты 15 соединены с первой группой входов двоичного умножителя частоты 14.An additional thermocouple 2 is counter-connected to the measuring thermocouple 1 with a voltage divider formed by resistance 3, reochord 4, and the central control center 6 and 7. A stabilized voltage source 5 is connected between the additional thermocouple 2 and resistance 3, and the thermocouple 2 is opposite. The measuring diagonal of the bridge potentiometric circuit 10 is connected in series with the measuring reo chord includes the central control center 8 and 9. The measuring reo chord of circuit 10 and reo chord 4 are connected to an unbalance amplifier 11, the output of which through a series-connected guch 12 a summing input of PC 13, the subtracting input of which is connected via series connected binary frequency multiplier 14 and a frequency divider 15 with the reference frequency F _0, the direct outputs PC 13 are connected to the inputs of the network control center 9 and 6 and to the second group of binary multiplier input frequency 14 and the inverse outputs of PC 13 are connected to the inputs of the central control center 7 and 8. The outputs of the frequency divider 15 are connected to the first group of inputs of the binary frequency multiplier 14.

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

Усилитель разбаланса 11 сравнивает напряжение измерительного реохорда 4 с разностью термо-э.д.с. измерительной термопары 1 и части термо-э.д.с. дополнительной термопары 2. Усиленное напряжение разбаланса подается на ГУЧ 12, подключенный к суммирующему входу PC 13. PC 13 двоичным кодом со своих прямых выходов управляет частотой двоичного умножителя 14, на первую группу входов которого поступают импульсы от делителя частоты 15. PC 13 также двоичным кодом со своих прямых выходов изменяет сопротивление ЦУС 6 и 9 в одном направлении, а обратным двоичным кодом с инверсных выходов - ЦУС 7 и 8 в обратном направлении. В результате сумма сопротивлений ЦУС 8 и 9, а также ЦУС 6 и 7 остается постоянной, но потенциалы ползунков реохорда 4 и измерительной диагонали мостовой потенциометрической схемы 10 изменяются.The unbalance amplifier 11 compares the voltage of the measuring reochord 4 with the difference in thermo-emf. measuring thermocouple 1 and parts of thermo-emf. additional thermocouple 2. An amplified unbalance voltage is supplied to the GUCH 12 connected to the summing input of PC 13. PC 13 controls the frequency of the binary multiplier 14 from its direct outputs, the pulses from the frequency divider 15 are sent to the first group of inputs. PC 13 is also a binary code from its direct outputs it changes the resistance of the central control center 6 and 9 in one direction, and with the reverse binary code from the inverse outputs it changes the resistance of the central control center 7 and 8 in the opposite direction. As a result, the sum of the resistances of the NCC 8 and 9, as well as the NCC 6 and 7, remains constant, but the potentials of the sliders of the reochord 4 and the measuring diagonal of the bridge potentiometric circuit 10 change.

Таким образом, частота следования импульсов на выходе двоичного умножителя частоты 14 прямо пропорциональна прямому коду PC 13, что позволяет получать выходной сигнал устройства для измерения температуры в цифровом виде N_вых (прямой код со счетчика 13) или в частотно-импульсной форме F_вых.Thus, the pulse repetition rate at the output of the binary frequency multiplier 14 is directly proportional to the direct code PC 13, which allows you to receive the output signal of the device for measuring temperature in digital form N _o (direct code from counter 13) or in a pulse-frequency form F _o .

Выходной код устройства имеет разрядность n, такой же разрядности должны быть выходы PC, входы умножителя частоты, выходы делителя частоты, кодовые входы цифровых управляемых сопротивлений. Разрядность n определяет точность измерения температуры.The output code of the device has a capacity of n, the same capacity should be PC outputs, inputs of the frequency multiplier, outputs of the frequency divider, code inputs of digital controlled resistances. Bit n determines the accuracy of temperature measurement.

Следящая система автоматического регулирования с высокими точностью и быстродействием обеспечивает измерение температуры, при этом значительно увеличивается надежность работы устройства по сравнению с прототипом в связи с исключением электромеханических преобразователей в устройстве (реверсивного электродвигателя, реохордов с перемещающимися трущимися ползунками и их приводов).The tracking automatic control system with high accuracy and speed provides temperature measurement, while the reliability of the device significantly increases compared to the prototype due to the exclusion of electromechanical converters in the device (reversible electric motor, rechords with moving rubbing sliders and their drives).

Claims

A device for measuring temperature, containing two counter-connected measuring and additional thermocouples, while the additional thermocouple is equipped with a stabilized voltage source and a voltage divider formed by a resistance and a rheochord in series, both thermocouples are connected to a bridge potentiometric circuit with an unbalance amplifier, the first and second outputs of which are connected respectively with the rechord of the voltage divider and the measuring reochord of the bridge potentiometric circuit , characterized in that it further comprises a series-connected frequency divider, a binary frequency multiplier and a reversible pulse counter, as well as a controlled frequency generator, the output of which is connected to the summing input of a reversible pulse counter, and the input - with the output of an unbalance amplifier, four digital controlled resistances ( NCC), with the first and second NCCs connected in series to the voltage divider circuit of the second thermocouple, and the third and fourth NCCs in series with the measuring rechord of the bridge aententiometric circuit, while the code inputs of the first and third control centers, as well as the second and fourth control centers, are combined and connected respectively to direct and inverse outputs of a reversible pulse counter, the subtracting input of which is connected to the pulse-frequency output of the device and the binary frequency multiplier, to the first group of inputs which receives a signal from the frequency divider, and the second group of inputs of the binary frequency multiplier is connected to the direct outputs of the reversible counter and to the code output of the device.