RU2677786C1 - Temperature meter and method of measurement - Google Patents
Temperature meter and method of measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677786C1 RU2677786C1 RU2017146150A RU2017146150A RU2677786C1 RU 2677786 C1 RU2677786 C1 RU 2677786C1 RU 2017146150 A RU2017146150 A RU 2017146150A RU 2017146150 A RU2017146150 A RU 2017146150A RU 2677786 C1 RU2677786 C1 RU 2677786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- measurement
- resistance
- outputs
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области измерительной техники, а именно, к измерительным преобразователям температуры с алгоритмической коррекцией погрешности измерений. Изобретения могут быть использованы для преобразования текущего значения температуры в цифровой код и передачи его во внешнее устройство при испытаниях изделий (при некачественном питании и повышенных эксплуатационных нагрузках, таких как температура и вибрация).The group of inventions relates to the field of measurement technology, namely, to temperature measuring transducers with algorithmic correction of measurement error. The inventions can be used to convert the current temperature value into a digital code and transfer it to an external device during product testing (with poor-quality power and high operating loads, such as temperature and vibration).
Известен прибор для измерения температуры (п.Японии №3432920, МПК G01К 1/08, 1/14, опубл. 04.08.2003 г. ). содержащий: аналого-цифровой преобразователь (АЦП), генератор тока, два эталонных резистора, сопротивления которых равны сопротивлениям датчика при заданных температурах, которые подсоединяются вместо датчика непосредственно перед процессом измерений.A known device for measuring temperature (item Japan No. 3432920, IPC G01K 1/08, 1/14, publ. 04.08.2003). comprising: an analog-to-digital converter (ADC), a current generator, two reference resistors, the resistances of which are equal to the resistance of the sensor at given temperatures, which are connected instead of the sensor immediately before the measurement process.
Два напряжения, которые формируются при подсоединении эталонных резисторов, используются для расчета смешения и усиления вместе с двумя теоретическими значениями напряжений при отсутствии флуктуаций. После определения смещения датчик подсоединяется для измерения фактической температуры. Напряжение, полученное в результате коррекции смещения, рассчитывается согласно формуле Vsn 1=Vsn - Od для напряжения Vsn, которое фиксируется в данный момент. Напряжение Vsn 1, рассчитанное согласно данной формуле, выражается через соответствующее значение температуры. Поскольку расчет и коррекция смещения выполняются автоматически, регулировка для уменьшения погрешности измерений выполняется в короткий период времени.The two voltages that are formed when the reference resistors are connected are used to calculate the mixing and amplification along with two theoretical values of the voltages in the absence of fluctuations. After determining the offset, the sensor is connected to measure the actual temperature. The voltage obtained as a result of the offset correction is calculated according to the formula V sn 1 = V sn - Od for the voltage V sn , which is currently fixed. The voltage V sn 1 calculated according to this formula is expressed in terms of the corresponding temperature value. Since the calculation and correction of the displacement is performed automatically, the adjustment to reduce the measurement error is performed in a short period of time.
Недостатками данною прибора является:The disadvantages of this device are:
- подключение генератора тока к эталонным резисторам и термометру сопротивления (датчику) проводится но двухпроводной схеме, что вносит дополнительную погрешность в процесс измерения;- connection of the current generator to the reference resistors and a resistance thermometer (sensor) is carried out using a two-wire circuit, which introduces an additional error in the measurement process;
- отсутствует метрологический самоконтроль, что ведет к уменьшению достоверности полученной измерительной информации;- there is no metrological self-control, which leads to a decrease in the reliability of the received measurement information;
- невозможно использование всего динамического диапазона АЦП, что может вносить дополнительную погрешность в процесс измерения;- it is impossible to use the entire dynamic range of the ADC, which may introduce additional error into the measurement process;
- алгоритм работы применим только для одного термометра сопротивления.- the operation algorithm is applicable only for one resistance thermometer.
Наиболее близким аналогом измерителя температуры в группе изобретений, который принят за прототин, является устройство для измерения температуры, содержащее формирователь тестовых сигналов, состоящий из двух эталонных резисторов, источник тока, мультиплексор, АЦП. который подключен к блоку управления, выход источника тока подключен к выходу мультиплексора (п. РФ №2253846. МПК G01K 7/16. опубл. 10.06.2005 г. ). Устройство для измерения температуры также содержит счетчик, регистр, ключ, процессор, многофункциональный генератор сигналов, сдвоенный ключ, терморезистор, подключенный к первому входу мультиплексора.The closest analogue to the temperature meter in the group of inventions, which is adopted for prototin, is a temperature measuring device containing a test signal generator, consisting of two reference resistors, a current source, a multiplexer, an ADC. which is connected to the control unit, the output of the current source is connected to the output of the multiplexer (p. RF №2253846. IPC G01K 7/16. publ. 10.06.2005). The device for measuring temperature also contains a counter, a register, a key, a processor, a multifunctional signal generator, a dual key, a thermistor connected to the first input of the multiplexer.
Сопротивление второго эталонного резистора составляет 40-60% от сопротивления первого эталонного резистора. Первый эталонный резистор подключен к входу замыкающего контакта сдвоенного ключа, второй эталонный резистор подключен к входу размыкающего контакта сдвоенного ключа. Выходы замыкающего и размыкающего контактов сдвоенного ключа соединены и подключены ко второму входу мультиплексора. В источнике тока нагрузка выполнена из последовательно соединенных первого и второю резисторов, сопротивление первого резистора выполнено с отношением 4-10% к сопротивлению второю резистора. Вход ключа подключен к первому выводу первого резистора, выход ключа подключен ко второму выводу первого резистора. Ко второму входу блока управления подключен первый выход многофункционального генератора сигналов с первой частотой, более чем в два раза большей максимальной частоты преобразования АЦП. К третьему входу блока управления подключен второй выход многофункционального генератора сигналов со второй частотой, более чем на два порядка меньшей первой частоты.The resistance of the second reference resistor is 40-60% of the resistance of the first reference resistor. The first reference resistor is connected to the input of the NO contact of the dual key, the second reference resistor is connected to the input of the NO contact of the dual key. The outputs of the make and break contacts of the double key are connected and connected to the second input of the multiplexer. In the current source, the load is made of series-connected first and second resistors, the resistance of the first resistor is made with a ratio of 4-10% to the resistance of the second resistor. The key input is connected to the first terminal of the first resistor, the key output is connected to the second terminal of the first resistor. The first output of the multifunctional signal generator is connected to the second input of the control unit with a first frequency that is more than twice the maximum ADC conversion frequency. The second output of the multifunction signal generator is connected to the third input of the control unit with a second frequency more than two orders of magnitude lower than the first frequency.
Первый выход блока управления подключен к входу счета счетчика, к входу обнуления которого подключен второй выход блока управления. Выход счетчика подключен к входу данных регистра, к входу разрешения записи которого подключен третий выход блока управления. Первый выход процессора подключен к управляющему входу сдвоенного ключа, второй выход процессора подключен к входу управления ключа, третий выход процессора подключен к входу разрешения чтения регистра, еще два выхода процессора подключены к входам селекции мультиплексора. Выход регистра соединен шиной данных с входом процессора.The first output of the control unit is connected to the input of the counter account, to the input of zeroing of which the second output of the control unit is connected. The counter output is connected to the input of the register data, the third output of the control unit is connected to the recording permission input of which. The first output of the processor is connected to the control input of the dual key, the second output of the processor is connected to the control input of the key, the third output of the processor is connected to the input of read permission of the register, two more outputs of the processor are connected to the selection inputs of the multiplexer. The output of the register is connected by a data bus to the input of the processor.
Данное устройство обладает достаточно высокой точностью измерения температуры, однако высокие точностные характеристики не обеспечиваются в широком диапазоне внешних климатических воздействий. К недостаткам такого устройства можно отнести:This device has a sufficiently high accuracy of temperature measurement, however, high accuracy characteristics are not provided in a wide range of external climatic influences. The disadvantages of such a device include:
- подключение генератора тока к эталонным резисторам и терморезистору проводится по двухпроводной схеме, что вносит дополнительную погрешность в процесс измерения;- the connection of the current generator to the reference resistors and the thermistor is carried out according to a two-wire circuit, which introduces an additional error in the measurement process;
- отсутствие входного усилителя не позволяет использовать весь диапазон входных напряжений АЦП;- the lack of an input amplifier does not allow the use of the entire range of input voltage of the ADC;
- не проводится определение передаточной характеристики измерительного тракта.- no determination of the transfer characteristic of the measuring path.
Известно многоканальное устройство для измерения температуры (п. РФ №2526195, МПК G01K 7/16, опубл. 2014 г. ). в котором описан способ измерения температуры, заключающийся в измерении калибровочного сопротивления в нижней калибровочной точке, измерении калибровочного сопротивления в верхней калибровочной точке, измерении текущего значения сопротивления термометров сопротивления и проведении коррекции результатов измерения.Known multi-channel device for measuring temperature (p. RF No. 2526195, IPC G01K 7/16, publ. 2014). which describes a method of measuring temperature, which consists in measuring the calibration resistance at the lower calibration point, measuring the calibration resistance at the upper calibration point, measuring the current value of the resistance of the resistance thermometers and correcting the measurement results.
Недостатком данного способа является, то что необходимо распределить количество калибровок на весь период эксплуатации прибора, так же в процессе калибровки не участвует выходной усилитель, как следствие - в распределенной по времени калибровке не учитывается дрейф характеристик усилителя, связанных с температурной флуктуацией и старением прибора. Наличие же двух генераторов тока не позволяет учитывать уход их индивидуальных характеристик при калибровке.The disadvantage of this method is that it is necessary to distribute the number of calibrations for the entire period of operation of the device, as well as the output amplifier is not involved in the calibration process, as a result - the drift of the amplifier characteristics associated with temperature fluctuation and aging of the device is not taken into account in the calibration time. The presence of two current generators does not allow taking into account the departure of their individual characteristics during calibration.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений является способ измерения температуры, описанный в изобретении под названием «Интерфейсный модуль контроля температур» (п. РФ №2562749, МПК G01K 7/16. опубл. 2015 г. ). Способ основан на коррекции измерительного тракта, которая включает в себя: измерение падения напряжения на нервом эталонном сопротивлении нижняя калибровочная точка (минимум), измерение падения напряжения на втором эталонном сопротивлении - верхняя калибровочная точка (максимум), измерение падения напряжения на термометрах сопротивления, коррекцию результатов измерения.The closest method of the same purpose to the claimed method in the group of inventions is the method of measuring temperature described in the invention under the name "Interface module for temperature control" (p. RF No. 2562749, IPC G01K 7/16. Publ. 2015). The method is based on the correction of the measuring path, which includes: measuring the voltage drop on the nerve reference resistance, the lower calibration point (minimum), measuring the voltage drop on the second reference resistance - the upper calibration point (upper), measuring the voltage drop on the resistance thermometers, correction of results measurements.
Интерфейсный модуль контроля температур содержит термопреобразователь сопротивления, опорный резистор и эталонные резисторы нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля, общая точка которых соединена с общей шиной питания, несколько групп электронных коммутаторов.The temperature control interface module contains a resistance thermal converter, a reference resistor, and reference resistors of the lower and upper calibration points of the first control channel, the common point of which is connected to a common power bus, several groups of electronic switches.
После начальной инициализации центральный процессорный модуль начинает взаимодействовать по шине обмена с контроллером интерфейсов и формировать диаграмму циклического опроса каналов контроля интерфейсного модуля. Эта диаграмма предполагает фиксацию в памяти схемы управления режимов работы интерфейсного модуля, чтение через буферное устройство данных о результатах измерения сопротивлений термопреобразователей сопротивления в каналах контроля и обработку результатов измерения в центральном процессорном модуле. Процесс формирования диаграммы опроса в одном цикле включает в себя следующую последовательность действий:After initial initialization, the central processor module begins to interact via the exchange bus with the interface controller and form a cyclic interrogation diagram for the control channels of the interface module. This diagram involves fixing in memory the control circuit of the operating modes of the interface module, reading through the buffer device data on the results of measuring the resistance of resistance thermal converters in the control channels and processing the measurement results in the central processor module. The process of generating a survey chart in one cycle includes the following sequence of actions:
- в схему управления производится запись номера опрашиваемого капала и требуемой точки контроля;- in the control circuit, the number of the interrogated drop is recorded and the required control point;
- после установления переходных процессов в масштабирующем усилителе через схему управления производится запуск АЦП для начала преобразования напряжения, полученного при усилении одного из трех дифференциальных напряжений текущего. на ладонном резисторе верхней калибровочной точки, на эталонном резисторе нижней калибровочной точки);- after the establishment of transients in the scaling amplifier through the control circuit, the ADC is launched to start the voltage conversion obtained by amplifying one of the three differential current voltages. on the palm resistor of the upper calibration point, on the reference resistor of the lower calibration point);
- в следующий момент времени после завершения процесса преобразования в АЦП производится через буферное устройство чтение цифрового эквивалента напряжения па шипу приема данных контроллера интерфейсов и передача его через контроллер интерфейсов по шине обмена в нейтральный процессорный модуль для обработки результатов измерения.- at the next time after the conversion to the ADC is completed, the digital equivalent of the voltage is read through the buffer device to the interface controller data receiving spike and transmitted through the interface controller via the exchange bus to the neutral processor module to process the measurement results.
После завершения цикла опроса предыдущею канала контроля начинается новый цикл опроса следующего канала контроля и процесс формирования диаграммы опроса в новом цикле повторяется.After the polling cycle of the previous control channel is completed, a new polling cycle of the next monitoring channel begins and the process of generating the polling diagram in a new cycle is repeated.
Поскольку результат измерения текущего дифференциального напряжения может содержать систематическую погрешность измерения, то ее вычисляют с помощью программных средств центрального процессорного модуля путем определения констант уравнения передаточной характеристики усилительной части измерительного тракта по результатам измерения дифференциальных напряжений в верхней и нижней калибровочных точках, а результат измерения калибруют.Since the result of measuring the current differential voltage may contain a systematic measurement error, it is calculated using the software of the central processor module by determining the constants of the equation of the transfer characteristic of the amplifying part of the measuring path from the results of measuring the differential voltages at the upper and lower calibration points, and the measurement result is calibrated.
В общем случае цифровой эквивалент напряжения, полученного после усиления измеряемого напряжения, определяется отклонением реальной передаточной характеристики усилительной части измерительного тракта от идеальной и может быть получен с погрешностью из-за наличия начального смещения (аддитивная составляющая), отличия коэффициента передачи от номинального (мультипликативная составляющая) и нелиненности передаточной характеристики (нелинейная составляющая). Если пренебречь последней из составляющих (линейность измерительного тракта обеспечивают выбором элементной базы), то получение результата, свободного от погрешностей, предполагает проведение трех измерений: текущего дифференциального напряжения на термопреобразователе сопротивления, дифференциального напряжения на эталонных резисторах верхней калибровочной точки и дифференциального напряжения на эталонном резисторе нижней калибровочной точки.In the general case, the digital equivalent of the voltage obtained after amplification of the measured voltage is determined by the deviation of the real transfer characteristic of the amplifying part of the measuring path from the ideal one and can be obtained with an error due to the presence of the initial bias (additive component), differences in the transmission coefficient from the nominal one (multiplicative component) and non-linearity of the transfer characteristic (non-linear component). If we neglect the last of the components (the linearity of the measuring path is ensured by the choice of the element base), then obtaining an error-free result involves three measurements: the current differential voltage at the resistance temperature transducer, the differential voltage at the reference resistors of the upper calibration point and the differential voltage at the reference resistor of the lower calibration point.
Недостатками прототипа являются необходимость применения эталонных и опорных резисторов в каждом измерительном канале. Учитывая размеры прецизионных резисторов, это в значительной мере влияет на габариты устройства для осуществления описанного способа, а также требует проведения расчетов для нивелирования погрешностей для каждого канала в отдельности; наличие двух генераторов тока требует предварительной точной настройки каждого генератора, а при изменении индивидуальных характеристик, в силу действия внешних воздействующих факторов либо старения, приведет к возникновению дополнительной погрешности.The disadvantages of the prototype are the need for reference and reference resistors in each measuring channel. Given the size of precision resistors, this greatly affects the dimensions of the device for the implementation of the described method, and also requires calculations to level the errors for each channel separately; the presence of two current generators requires preliminary fine-tuning of each generator, and when individual characteristics change, due to the action of external factors or aging, it will lead to an additional error.
Единая задача, решаемая данными изобретениями, - высокая точность измерений при повышенных эксплуатационных нагрузках (при механических, тепловых, ударных и вибрационных нагрузках).The single task solved by these inventions is the high accuracy of measurements at high operational loads (with mechanical, thermal, shock and vibration loads).
Единый технический результат, получаемый при использовании предлагаемого техническою решения, - адаптация измерительною тракта (ИТ) к внешним условиям эксплуатации.The only technical result obtained by using the proposed technical solution is the adaptation of the measuring path (IT) to external operating conditions.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - измеритель температуры достигается тем, что его измерительный тракт, содержащий формирователь тестовых сигналов с эталонными сопротивлениями, источник тока, выход которого подключен к мультиплексору, и аналого-цифровой преобразователь-, который подключен к блоку управления, согласно изобретению снабжен устройством защиты, дополнительным мультиплексором, устройством фильтрации помех, дифференциальным усилителем, источником опорного напряжения, сумматором, приемопередающим устройством, термометрами сопротивления, размещенными на объекте измерения, и вторичным источником питания, соединенным со всеми вышеупомянутыми элементами, кроме термометров сопротивления и формирователя тестовых сигналов, который снабжен дополнительным эталонным сопротивлением, выходы устройства зашиты подсоединены к входам дополнительного мультиплексора, выходы которого подсоединены к входам устройства фильтрации, выходы которого подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу сумматора, выход сумматора подключен к аналого-цифровому преобразователю, выходы мультиплексора подключены к термометрам сопротивления и входам формирователя тестовых сигналов, выходы которого подключены к входам дополнительного мультиплексора, приемопередающее устройство подключено к блоку управления, выходы которого подключены к входам мультиплексоров, источник опорного напряжения подключен к входу сумматора, выходы термометров сопротивления подключены к входам устройства защиты.The specified technical result in the implementation of the group of inventions on the object - the temperature meter is achieved by the fact that its measuring path, comprising a test signal generator with reference resistances, a current source, the output of which is connected to the multiplexer, and an analog-to-digital converter, which is connected to the control unit, according to the invention is equipped with a protection device, an additional multiplexer, an interference filtering device, a differential amplifier, a reference voltage source, total an ohm, a transceiver, resistance thermometers located on the measuring object, and a secondary power source connected to all of the above elements, except for resistance thermometers and a test signal generator, which is equipped with an additional reference resistance, the outputs of the device are wired connected to the inputs of an additional multiplexer, the outputs of which are connected to the inputs of the filtering device, the outputs of which are connected to the inputs of a differential amplifier, the output of which is connected to the input of the adder, the output of the adder is connected to an analog-to-digital converter, the multiplexer outputs are connected to resistance thermometers and the inputs of the test signal generator, the outputs of which are connected to the inputs of an additional multiplexer, the transceiver is connected to the control unit, the outputs of which are connected to the inputs of the multiplexers, the reference voltage source connected to the input of the adder, the outputs of the resistance thermometers are connected to the inputs of the protection device.
Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - способ измерения достигается тем, что в способе измерения температуры, включающем коррекцию измерительного тракта, заключающуюся в измерении падения напряжения па первом эталонном сопротивлении - минимуме, измерении падения напряжения на втором эталонном сопротивлении - максимуме, измерение падения напряжения на термометрах сопротивления и коррекцию результатов измерения, особенность заключается в том, что измерение проводят циклами, перед каждым из которых проводится коррекция измерительного тракта, при этом значение первого эталонного сопротивления принимается за «0 шкалы», а второго за «максимум шкалы», после чего дополнительно проводится измерение падения напряжения на контрольном сопротивлении, вычисление отклонения измерительного тракта от установленной нормы и оценка полученной погрешности, а при необходимости корректировка устройства фильтрации.The specified technical result in the implementation of the group of inventions on the object - the measurement method is achieved by the fact that in the temperature measurement method, including the correction of the measuring path, which consists in measuring the voltage drop at the first reference resistance - minimum, measuring the voltage drop at the second reference resistance - maximum, measuring the drop voltage on resistance thermometers and correction of measurement results, the peculiarity is that the measurement is carried out in cycles, before each of correction of the measuring path is carried out, while the value of the first reference resistance is taken as “0 scale”, and the second as “maximum of the scale”, after which the voltage drop at the control resistance is additionally measured, the deviation of the measuring path from the established norm is calculated and the error obtained is estimated, and, if necessary, adjusting the filtering device.
Создание измерителя указанным выше образом обеспечило введение алгоритма адаптации измерительного тракта (ИТ) к внешним условиям эксплуатации, заключающегося в применении метола калибровки ИТ с помощью двух тестовых сигналов с известными параметрами, заданными с высокой точностью и соответствующими крайним значениям параметров для заданного динамического диапазона входных сигналов. Передаточная характеристика ИТ при этом рассматривается как линейная функция.The creation of the meter in the above manner ensured the introduction of an algorithm for adapting the measuring path (IT) to external operating conditions, which consists in applying the IT calibration metol using two test signals with known parameters specified with high accuracy and corresponding to the extreme values of the parameters for a given dynamic range of input signals. The transfer characteristic of IT is considered as a linear function.
Учитывая инерционность температурного и временного дрейфа передаточной характеристики ИТ, добавление функции (проведение коррекции ИТ.непосредственно перед каждым краткосрочным циклом измерения) в работу измерителя позволяет существенно уменьшить мультипликативную и аддитивную составляющие погрешности преобразования (погрешность измерения температуры с помощью измерителя практически полностью определяется погрешностью термометров сопротивления, непосредственно устанавливаемых на объект контроля) и существенно повысить достоверность результатов, что является несомненным достоинством предлагаемого изобретения. Подключение источника тока к термометрам сопротивления и эталонным сопротивлениям, а также измерение падения напряжения на них происходит по четырехпроводной схеме, что также обеспечивает большую точность измерения и упрощает алгоритм считывания сигнала.Given the inertia of the temperature and time drift of the IT transfer characteristic, the addition of a function (performing IT correction immediately before each short-term measurement cycle) to the meter can significantly reduce the multiplicative and additive components of the conversion error (the temperature measurement error using the meter is almost completely determined by the error of resistance thermometers, directly installed on the control object) and significantly increase the dignity the fidelity of the results, which is the undoubted advantage of the invention. The current source is connected to resistance thermometers and reference resistances, and the voltage drop across them is measured using a four-wire circuit, which also provides greater measurement accuracy and simplifies the signal reading algorithm.
Дополнительный эффект, выходящий за рамки прямых результатов использования предложенного изобретения, состоит в повышении помехоустойчивости во всех условиях эксплуатации за счет применения собственного вторичного источника питания, который обеспечивает стабильным напряжением питания измерительную часть измерителя температуры даже при низком качестве входного электропитания (с выбросами и провалами напряжения). Это в свою очередь значительно сокращает погрешность измерения.An additional effect that goes beyond the direct results of using the proposed invention is to increase the noise immunity in all operating conditions through the use of its own secondary power source, which provides a stable voltage supply to the measuring part of the temperature meter even with low quality input power (with surges and voltage dips) . This in turn significantly reduces the measurement error.
Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, при создании способа измерения температуры было изобретено повое устройство - измеритель температуры. Использование данного устройства позволяет решить поставленную задачу с получением требуемого технического результата адаптации ИТ к внешним условиям эксплуатации.The claimed inventions are so interconnected that they form a single inventive concept. Indeed, when creating a method for measuring temperature, a new device was invented - a temperature meter. Using this device allows you to solve the problem with obtaining the required technical result of adapting IT to external operating conditions.
При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».When analyzing the prior art, no analogues were found that are characterized by features identical to all the essential features of this invention. And also not revealed the fact of the fame of the influence of the signs included in the formula on the technical result of the claimed technical solution. Therefore, the claimed invention meets the conditions of "novelty" and "inventive step".
На чертеже представлена электрическая функциональная схема измерителя температуры.The drawing shows an electrical functional diagram of a temperature meter.
Измеритель температуры, реализующий заявляемый способ, состоит из измерительного тракта (ИТ), который включает в себя источник тока 1, устройство защиты 2. формирователь тестовых сигналов 3, мультиплексоры 4, 5, устройство фильтрации помех 6, дифференциальный усилитель 7. источник опорного напряжения 8. сумматор 9, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10, блок управления 11, приемопередающее устройство 12, вторичный источник питания 13 и термометры сопротивления 14l - 14n.The temperature meter that implements the inventive method consists of a measuring path (IT), which includes a
Выходы устройства защиты 2 подсоединены к входам второго (дополнительного) мультиплексора 5, выходы которого подсоединены к входам устройства фильтрации 6, выходы которою подключены к входам дифференциального усилителя 7. Выход усилителя 7 подключен к входу сумматора 9, выход которого подключен к АЦП 10. Выход источника тока 1 подключен к входу первого мультиплексора 4, выход которого подключен к входу формирователя тестовых сигналов 3, выходы которого подключены к входам дополнительного мультиплексора 5. Приемопередающее устройство 12 и АЦП 10 подключены к блоку управления 11, выходы которого подключены к входу второю мультиплексора 5. Источник опорного напряжения 8 подключен к входу сумматора 9. Выходы первого мультиплексора 4 подключены к входу блока управления 11 и к термометрам сопротивления 14l-n, которые подключены к устройству защиты 2 и источнику тока 1. Измеритель температуры также снабжен вторичным источником питания 13, обеспечивающим стабилизированным электропитанием все его функциональные узлы. Таким образом, вторичный источник питания 13 соединен со всеми вышеупомянутыми элементами измерителя, кроме формирователя тестовых сигналов и термометров сопротивления.The outputs of the
Формирователь тестовых сигналов 3 включает в себя три эталонных сопротивления, одно из которых выполняет функцию контрольного. Таким образом, формирователь тестовых сигналов 3 предназначен для формирования двух тестовых и одною контрольною сигналов. Первый мультиплексор 4 обеспечивает поочередное подключение источника тока 1 к термометрам сопротивления и к эталонным сопротивлениям. Второй мультиплексор 5 обеспечивает поочередное подключение термометров сопротивления и эталонных сопротивлений к входу дифференциального усилителя 7. Дифференциальный усилитель 7 предназначен для усиления сигналов и дополнительной фильтрации помех симметричного вида. Источник опорного напряжения 8 вырабатывает постоянное напряжение, противоположной с напряжением на выходе дифференциального усилителя полярности. Сумматор 9 объединяет сигналы с выходов дифференциального усилителя 7 и источника опорного напряжения 8, который предназначен для компенсации постоянной составляющей измеренного сигнала.Shaper test signals 3 includes three reference impedance, one of which serves as a control. Thus, the shaper of
Блок управления 11 обеспечивает переключение мультиплексоров 4, 5, запуск АЦП 10, считывание и хранение кодов АЦП, преобразование кодов в последовательный вид и передачу их по стандартному интерфейсу во внешнее устройство. Приемопередающее устройство 12 обеспечивает согласование сигналов по току и напряжению.The
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Измеритель температуры имеет три режима работы: ожидание команды, измерение, передача данных. Работа начинается с подачи на измеритель напряжения питания и начальной инициализацией блока управления 11 и АЦП 10.The temperature meter has three operating modes: waiting for a command, measuring, transmitting data. Work begins with the supply voltage to the meter and the initial initialization of the
Измерение проводят циклами, перед каждым из которых проводится коррекция измерительного тракта, т.е. коррекция передаточной характеристики, при этом измеряют падение напряжения на первом эталонном сопротивлении (значение которого принимается за «0 шкалы»), втором эталонном сопротивлении (его значение принимается за «максимум шкалы»). После коррекции проводится параметрический (метрологический) и функциональный контроль - подключается контрольное сопротивление и измеряется падение напряжения, соответственно, вычисление погрешности ИТ (отклонение ИТ от установлен пой нормы), а результаты измерения сохраняются для подтверждения метрологической надежности измерителя. При соответствии погрешности заданному допуску измеритель температуры переходит в режим проведения цикла измерений, если же погрешность измерения не соответствует заданному допуску происходит подстройка (корректировка) устройства фильтрации по алгоритму Кифера, далее проводится повторная калибровка. Блок управления 11 выставляет адреса для мультиплексоров 4 и 5, ток от источника тока 1 поступает на первый термометр сопротивления 14l, а сигнал с него в виде напряжения постоянного тока, равный по величине произведению данного тока на значение сопротивления, через устройство защиты 2, второй мультиплексор 5 и устройство фильтрации 6 - на дифференциальный усилитель 7. Усиленный, отфильтрованный и скорректированный на постоянное значение сигнал приходит на вход АЦП 10. Через интервал времени, необходимый для завершения переходных процессов в измерительном тракте, выполняется запуск АЦП, после преобразования сигнала оцифрованный сигнал записывается в оперативную память блока управления 11. Далее, адреса для мультиплексоров 4 и 5 инкрементируются, и выполняется считывание информации со следующего термометра сопротивления, коррекция результатов измерения проводится непосредственно в процессе измерения.The measurement is carried out in cycles, before each of which the correction of the measuring path, i.e. correction of the transfer characteristic, while measuring the voltage drop at the first reference resistance (the value of which is taken as "0 scale"), the second reference resistance (its value is taken as "maximum of the scale"). After correction, a parametric (metrological) and functional control is carried out - the control resistance is connected and the voltage drop is measured, accordingly, the calculation of the IT error (IT deviation from the established norm), and the measurement results are saved to confirm the metrological reliability of the meter. If the error corresponds to the specified tolerance, the temperature meter enters the measurement cycle mode, if the measurement error does not correspond to the specified tolerance, the filtering device is adjusted (adjusted) according to the Kiefer algorithm, and then recalibrated. The
По завершении цикла измерения измеритель температуры переходит в режим ожидания внешней команды на передачу данных. При поступлении соответствующей команды измеритель температуры переходит в режим передачи данных, при этом блок управления 11 через приемопередающее устройство 12 выдает данные во внешнее устройство и переходит в режим ожидания команды на следующий цикл измерения. Вторичный источник питания 13 обеспечивает стабильным напряжением питания все элементы измерителя температуры даже при низком качестве входного электропитания (с выбросами и провалами напряжения).At the end of the measurement cycle, the temperature meter enters the standby mode of the external data transfer command. Upon receipt of the appropriate command, the temperature meter enters data transfer mode, while the
Таким образом, измеритель температуры обеспечивает преобразование сигналов с выходов термометров сопротивления в сигнал с информационной составляющей в виде напряжения постоянного тока, его последующее усиление, фильтрацию высокочастотной составляющей сигналов и последующее преобразование сигналов в цифровой код. Описанный способ работы и схемотехнические решения, заложенные в измеритель температуры (вследствие гибкости ИТ к внешним условиям за счет адаптации), позволяют измерять температуру с повышенной точностью и сохранять эту точность при внешней температуре среды от минус 40°С до плюс 60°С.Thus, the temperature meter provides the conversion of signals from the outputs of resistance thermometers into a signal with an information component in the form of a DC voltage, its subsequent amplification, filtering of the high-frequency component of the signals and subsequent conversion of the signals into a digital code. The described method of operation and circuitry solutions embedded in the temperature meter (due to the IT flexibility to external conditions due to adaptation) make it possible to measure the temperature with increased accuracy and maintain this accuracy at an external temperature of the environment from minus 40 ° С to plus 60 ° С.
В заключение можно сказать, что характерной особенностью измерителя температуры также является возможность программного управления характеристиками ИТ (величиной запитывающего тока, коэффициентом усиления сигнала и параметрами цифрового фильтра), что позволяет оперативно адаптировать измеритель температуры к различным задачам, типам термометров сопротивления и условиям эксплуатации. По совокупности характеристик данный измеритель температуры относится к интеллектуальным средствам измерений.In conclusion, we can say that a characteristic feature of the temperature meter is also the ability to programmatically control IT characteristics (supply current, signal gain and digital filter parameters), which allows you to quickly adapt the temperature meter to various tasks, types of resistance thermometers and operating conditions. By the totality of characteristics, this temperature meter belongs to intelligent measuring instruments.
Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой группы изобретений следующей совокупности условий:Thus, the presented information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed group of inventions:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, воспроизводит заявленный способ, предназначенный для использования в измерительной технике для определения (контроля) температуры в телеметрических системах и системах терморегулирования в процессе их эксплуатации;- the tool embodying the claimed device in its implementation, reproduces the claimed method, intended for use in measuring equipment for determining (controlling) the temperature in telemetry systems and thermal control systems during their operation;
- для заявляемой группы изобретений в том виде, в котором она охарактеризована в формуле изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета устройств.- for the claimed group of inventions in the form in which it is described in the claims, the possibility of its implementation using the devices described in the application and known prior to the priority date is confirmed.
Следовательно, заявляемая группа изобретений соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed group of inventions meets the condition of "industrial applicability".
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146150A RU2677786C1 (en) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Temperature meter and method of measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146150A RU2677786C1 (en) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Temperature meter and method of measurement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677786C1 true RU2677786C1 (en) | 2019-01-21 |
Family
ID=65085224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146150A RU2677786C1 (en) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Temperature meter and method of measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677786C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109991295A (en) * | 2019-04-29 | 2019-07-09 | 福建海纳欣生物科技有限公司 | A kind of intelligent pH combination electrode and its implementation with temperature drift self-regulation |
| RU2722084C1 (en) * | 2019-08-22 | 2020-05-26 | Александр Александрович Рабочий | Method for remote conversion of resistor resistance into dc voltage and device for its implementation |
| RU225346U1 (en) * | 2024-02-12 | 2024-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное Учреждение высшего образования "Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I" (ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ) | Thermometer for incubator |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0120102A1 (en) * | 1983-03-23 | 1984-10-03 | Firma Carl Zeiss | Temperature measuring device |
| SU1589080A1 (en) * | 1988-06-20 | 1990-08-30 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро По Криогенной Технике С Опытным Производством Физико-Технического Института Низких Температур Ан Усср | Device for measuring temperature |
| JPH08101074A (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Temperature measuring circuit |
| RU2245557C1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-27 | Шустров Владимир Александрович | Method and device for resistance measurements |
| RU2253846C1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Temperature measuring device |
| RU2492436C1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Temperature measurement device |
| RU2562749C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Temperature control interface module |
-
2017
- 2017-12-26 RU RU2017146150A patent/RU2677786C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0120102A1 (en) * | 1983-03-23 | 1984-10-03 | Firma Carl Zeiss | Temperature measuring device |
| SU1589080A1 (en) * | 1988-06-20 | 1990-08-30 | Специальное Конструкторско-Технологическое Бюро По Криогенной Технике С Опытным Производством Физико-Технического Института Низких Температур Ан Усср | Device for measuring temperature |
| JPH08101074A (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-16 | Sanyo Electric Co Ltd | Temperature measuring circuit |
| RU2245557C1 (en) * | 2003-07-14 | 2005-01-27 | Шустров Владимир Александрович | Method and device for resistance measurements |
| RU2253846C1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-10 | Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" (ОАО "РПКБ") | Temperature measuring device |
| RU2492436C1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Temperature measurement device |
| RU2562749C2 (en) * | 2014-01-09 | 2015-09-10 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Temperature control interface module |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109991295A (en) * | 2019-04-29 | 2019-07-09 | 福建海纳欣生物科技有限公司 | A kind of intelligent pH combination electrode and its implementation with temperature drift self-regulation |
| CN109991295B (en) * | 2019-04-29 | 2023-12-08 | 福建海纳欣生物科技有限公司 | Intelligent pH composite electrode with temperature drift self-adjustment function and implementation method thereof |
| RU2722084C1 (en) * | 2019-08-22 | 2020-05-26 | Александр Александрович Рабочий | Method for remote conversion of resistor resistance into dc voltage and device for its implementation |
| RU225346U1 (en) * | 2024-02-12 | 2024-04-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное Учреждение высшего образования "Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I" (ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ) | Thermometer for incubator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2014529075A (en) | Differential current sensor | |
| US20130022075A1 (en) | Temperature sensor having means for in-situ calibration | |
| RU2677786C1 (en) | Temperature meter and method of measurement | |
| KR101375363B1 (en) | Apparatus for measuring temperature using thermistor | |
| CN101828100B (en) | Temperature measurement circuit in flowmeter | |
| US20100061422A1 (en) | Apparauts and Method for Determining and /or Monitoring Temperature | |
| CN105092095A (en) | Temperature calibrating method and device | |
| RU2562749C2 (en) | Temperature control interface module | |
| KR100909660B1 (en) | Error compensator of sensor measurement circuit and its method | |
| RU2417349C1 (en) | Procedure for measurement of relative deformations of structures with multi-pointed tensometric measuring system | |
| RU2389984C2 (en) | Thermometric cable and calibration method thereof | |
| JP5437654B2 (en) | Temperature measuring device | |
| WO2011147273A1 (en) | Method for measuring resistance value of conversion resistance of current mode analog /digital converter | |
| Miczulski et al. | A new autocalibration procedure in intelligent temperature transducer | |
| KR101074599B1 (en) | Temperature Detector and Measurement Method Of The Same | |
| RU2395060C1 (en) | Frequency converter for disbalance signal of strain gauge bridge with low temperature error | |
| EP3052910B1 (en) | Infrared sensor | |
| CN104913859A (en) | Temperature/depth detection device based on 485 bus, system and method | |
| RU2549255C1 (en) | Digital temperature meter | |
| RU2696945C1 (en) | Multichannel pressure converter | |
| CN204694368U (en) | A kind of warm depth finding Apparatus and system based on 485 buses | |
| RU67725U1 (en) | MULTI-CHANNEL DEVICE FOR MEASURING SIGNAL PARAMETERS | |
| CN215893819U (en) | Multi-channel temperature detection circuit and device | |
| JP2013024808A (en) | Measuring apparatus and measuring method | |
| KR100213941B1 (en) | Digital-type thermo couple signal converter amplifying error compensating method |