RU2807963C1 - Multichannel temperature measuring device - Google Patents
Multichannel temperature measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807963C1 RU2807963C1 RU2023126066A RU2023126066A RU2807963C1 RU 2807963 C1 RU2807963 C1 RU 2807963C1 RU 2023126066 A RU2023126066 A RU 2023126066A RU 2023126066 A RU2023126066 A RU 2023126066A RU 2807963 C1 RU2807963 C1 RU 2807963C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- multiplexers
- connecting wires
- analog
- outputs
- inputs
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры многих объектов или на многих участках одного объекта.The invention relates to measuring technology and can be used to measure the temperature of many objects or in many areas of one object.
Известна многоканальная измерительная система, включающая набор терминальных блоков для подсоединения датчиков измерения температуры, которые связаны с модулями согласования сигналов, объединенными в шасси согласования сигналов, которое связано с платой сбора данных, взаимосвязанной, в свою очередь, через шасси управления с контроллером управления (см. патент на полезную модель № 90556,МПК (2006.01) G01K 19/00, опубл.10.01.2010 г.) A multi-channel measuring system is known, including a set of terminal blocks for connecting temperature measurement sensors, which are connected to signal matching modules combined in a signal matching chassis, which is connected to a data acquisition board, interconnected, in turn, through a control chassis with a control controller (see. utility model patent No. 90556, MPK (2006.01) G01K 19/00, publ. 01/10/2010)
Недостатками данного устройства является недостаточная надежность и точность измерения температуры, сложность реализации в связи с применением большого числа терминальных блоков и модулей согласования.The disadvantages of this device are the lack of reliability and accuracy of temperature measurement, the complexity of implementation due to the use of a large number of terminal blocks and matching modules.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является многоканальное устройство для измерения температуры, включающее n термометров сопротивления (см. патент РФ на изобретение №2526195, МПК (2006.01) G01K 7/16, опубл. 27.03.2014 г.).The closest to the proposed technical solution is a multi-channel device for measuring temperature, including n resistance thermometers (see RF patent for invention No. 2526195, IPC (2006.01) G01K 7/16, published 03.27.2014).
Недостатками прототипа являются недостаточная надежность устройства, определяемая применением до восьми многопозиционных однополюсных электронных переключателей, а также использование трех проводного соединения датчиков температуры, что существенно усложняет реализацию многоканального устройства при длинных соединительных проводах датчиков температуры.The disadvantages of the prototype are the insufficient reliability of the device, determined by the use of up to eight multi-position single-pole electronic switches, as well as the use of three-wire connections of temperature sensors, which significantly complicates the implementation of a multi-channel device with long connecting wires of temperature sensors.
Технический результат предложенного технического решения заключается в упрощении и повышение надежности устройства, а также повышении достоверности и точности измерения температуры на многих участках объекта или температуры самих объектов.The technical result of the proposed technical solution is to simplify and increase the reliability of the device, as well as increase the reliability and accuracy of temperature measurements in many areas of the object or the temperature of the objects themselves.
Технический результат достигается тем, что многоканальное устройство для измерения температуры, включающее n термометров сопротивления, согласно изобретению, устройство дополнительно снабжено 2 n соединительными проводами, платой сбора данных измерения, состоящей из разъёма, четырёх аналоговых мультиплексоров с информационными и управляющими входами, генератором измерительного тока, дифференциальным усилителем, аналогово-цифровым преобразователем, блоком с функциями фильтрации управления, обработки данных измерения и их отображения, при этом каждый термометр сопротивления соединён с двумя контактами разъема платы соединительными проводами, а информационные входы первого и третьего мультиплексоров соединены с первыми соединительными проводами датчиков, а информационные входы второго и четвертого мультиплексоров соединены со вторыми соединительными проводами датчиков, причём выводы генератора измерительного тока подключены к выходам первого и второго мультиплексоров, входы дифференциального усилителя соединены с выходами третьего и четвертого мультиплексоров, вход аналогово-цифрового преобразователя соединён с выходом дифференциального усилителя, вход блока фильтрации, управления, обработки данных измерения и их отображения соединен с выходом аналогово-цифрового преобразователя, а выходы блока фильтрации, управления, обработки данных измерения и их отображения соединены с управляющими входами четырех мультиплексоров. The technical result is achieved by the fact that a multi-channel device for measuring temperature, including n resistance thermometers, according to the invention, the device is additionally equipped with 2 n connecting wires, a measurement data collection board consisting of a connector, four analog multiplexers with information and control inputs, a measuring current generator, a differential amplifier, an analog-to-digital converter, a block with the functions of filtering control, processing measurement data and displaying them, while each resistance thermometer is connected to two contacts of the board connector by connecting wires, and the information inputs of the first and third multiplexers are connected to the first connecting wires of the sensors, and the information inputs of the second and fourth multiplexers are connected to the second connecting wires of the sensors, and the outputs of the measuring current generator are connected to the outputs of the first and second multiplexers, the inputs of the differential amplifier are connected to the outputs of the third and fourth multiplexers, the input of the analog-to-digital converter is connected to the output of the differential amplifier, the input of the block filtering, control, processing of measurement data and their display is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the outputs of the block for filtering, control, processing of measurement data and their display are connected to the control inputs of four multiplexers.
Данное многоканальное устройство для измерения температуры позволит значительно упростить и повысить надёжность устройства, а также повысить достоверность и точность измерения температуры. This multi-channel temperature measurement device will significantly simplify and increase the reliability of the device, as well as increase the reliability and accuracy of temperature measurement.
Сущность многоканального устройства поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена его структурная схема.The essence of the multi-channel device is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows its block diagram.
Структурная схема состоит из n датчиков температуры, а именно, термометров сопротивления Rt1… Rtn, соединительных проводов R1… 2Rn, разъёма 1 с числом контактов 2n, четырех аналоговых мультиплексоров 2, 3, 4, 5; генератора измерительного тока 6, дифференциального усилителя 7, аналого-цифрового преобразователя 8 и блока с функциями фильтрации, управления, обработки данных измерения и их отображения 9. Функционально датчики температуры и соединительные провода представляют одну часть устройства, а разъём 1 с контактами, четыре аналоговых мультиплексора 2, 3, 4, 5, генератор измерительного тока 6, дифференциальный усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, блок с функциями фильтрации, управления, обработки данных измерения и их отображения 9 – другую часть, представляющую плату сбора данных измерения. При этом каждый датчик п температуры соединен с двумя контактами разъёма 1 двумя соединительными проводами, так датчик Rt1 с первой парой контактов разъёма 1 соединен проводами R1 и R2, датчик Rt2 – проводами R3 и R4 со второй парой контактов разъёма 1 и т.д., последний датчик Rtn соединен с последней парой контактов разъёма 1 проводами, обозначенными 2R(n-1) и 2Rn. Контакты разъёма с нечетными номерами, а именно 1, 3, …, 2R(n-1) проводами 1', 3',…,2R(n-1) соединены с информационными входами аналоговых мультиплексоров 2 и 4, контакты разъёма с чётными номерами, а именно, 2, 4, …, 2Rn проводами 1', 3'..., 2Rn соединены с информационными входами аналоговых мультиплексоров 3 и 5. Выводы генератора измерительного тока 6 соединены с выходами аналоговых мультиплексоров 2 и 3, а выходы аналоговых мультиплексоров 4 и 5 соединены со входами дифференциального усилителя 7, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 8. Выход аналого-цифрового преобразователя 8 соединен с входом блока фильтрации, управления, обработки данных измерения и их отображения 9, выходы которого от 1'' до к соединены с управляющими входами всех мультиплексоров 2, 3, 4, 5. Число управляющих входов аналоговых мультиплексоров 2, 3, 4, 5 равно числу выходов от 1'' до к блока 9. Число к определяется двоичным логарифмом от числа используемых датчиков температуры (термометров сопротивления), к примеру, если число датчиков температуры, используемых в устройстве равно 16 (n=16), то к=4 и т.д. The block diagram consists of n temperature sensors, namely, resistance thermometers Rt1... Rtn , connecting wires R1... 2Rn , connector 1 with the number of contacts 2n , four analog multiplexers 2, 3, 4, 5; measuring current generator 6, differential amplifier 7, analog-to-digital converter 8 and a block with functions of filtering, control, processing of measurement data and their display 9. Functionally, temperature sensors and connecting wires represent one part of the device, and connector 1 with contacts, four analog multiplexers 2, 3, 4, 5, measuring current generator 6, differential amplifier 7, analog-to-digital converter 8, block with functions of filtering, control, processing of measurement data and their display 9 - another part representing the measurement data acquisition board. In this case, each temperature sensor n is connected to two contacts of connector 1 by two connecting wires, so sensor Rt1 is connected to the first pair of contacts of connector 1 by wires R1 and R2 , sensor Rt2 is connected by wires R3 and R4 to the second pair of contacts of connector 1, etc., The last Rtn sensor is connected to the last pair of pins of connector 1 by wires designated 2R(n-1) and 2Rn . Connector contacts with odd numbers, namely 1, 3, …, 2R(n-1) wires 1', 3',…, 2R(n-1) are connected to the information inputs of analog multiplexers 2 and 4, connector contacts with even numbers , namely, 2, 4, …, 2Rn by wires 1', 3'..., 2Rn are connected to the information inputs of analog multiplexers 3 and 5. The outputs of the measuring current generator 6 are connected to the outputs of analog multiplexers 2 and 3, and the outputs of analog multiplexers 4 and 5 are connected to the inputs of the differential amplifier 7, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 8. The output of the analog-to-digital converter 8 is connected to the input of the filtering, control, measurement data processing and display unit 9, the outputs of which are from 1'' to k are connected to the control inputs of all multiplexers 2, 3, 4, 5. The number of control inputs of analog multiplexers 2, 3, 4, 5 is equal to the number of outputs from 1'' to k of block 9. The number k is determined by the binary logarithm of the number of temperature sensors used ( resistance thermometers), for example, if the number of temperature sensors used in the device is 16 (n=16), then k = 4, etc.
Многоканальное устройство для измерения температуры работает следующим образом.A multichannel temperature measuring device operates as follows.
По цифровым сигналам, подаваемым с выходов от 1'' до к блока 9, происходит последовательное подключение во времени к датчикам Rt1-Rtn выводов генератора измерительного тока 2, как с помощью мультиплексоров 2 и 3, так и с помощью контактов разъёма 1 платы и соединительных проводов. К контактам разъёма 1 платы в то же время подключены входы дифференциального усилителя 7 с помощью мультиплексоров 4 и 5. На выходе дифференциального усилителя 7 формируется аналоговый сигнал, пропорциональный с определенной точностью измеряемой датчиком температуре и, тем самым, обеспечивается раздельное измерение падения напряжения на каждом из n термометров сопротивления. Аналоговый сигнал с выхода дифференциального усилителя 7 преобразуется в цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя 8. Раздельно во времени цифровые сигналы, соответствующие измеряемым температурам по всем датчикам n, с выхода аналого-цифрового преобразователя 8 подаются на блок 9, в котором эти сигналы обрабатываются, отображаются и хранятся. По числу информационных входов, а значит и по управляющим входам, все четыре мультиплексоры одинаковы, что дополнительно упрощает реализацию устройства. According to the digital signals supplied from the outputs from 1 '' to block 9, there is a serial connection in time to the Rt1-Rtn sensors of the measuring current generator 2, both using multiplexers 2 and 3, and using the contacts of connector 1 of the board and connecting wires At the same time, the inputs of the differential amplifier 7 are connected to the contacts of connector 1 of the board using multiplexers 4 and 5. At the output of the differential amplifier 7, an analog signal is generated that is proportional with a certain accuracy to the temperature measured by the sensor and, thus, provides separate measurement of the voltage drop on each of n resistance thermometers. The analog signal from the output of the differential amplifier 7 is converted into a digital signal using an analog-to-digital converter 8. Separately in time, digital signals corresponding to the measured temperatures for all sensors n from the output of the analog-to-digital converter 8 are fed to block 9, in which these signals are processed , are displayed and stored. In terms of the number of information inputs, and therefore control inputs, all four multiplexers are the same, which further simplifies the implementation of the device.
Результат каждого измерения или измеренное падение напряжения на термометре сопротивления и на соединительных проводах, полученный блоком 9, соответствует формуле:The result of each measurement or the measured voltage drop on the resistance thermometer and on the connecting wires obtained by block 9 corresponds to the formula:
Uti=Iизм(Rti+Ri1+Ri2),Uti=Imeas(Rti+Ri1+Ri2),
где: Uti - измеренное суммарное падение напряжения на i-том термометре сопротивления и на его соединительных проводах; Iизм - измерительный ток, подаваемый генератором тока на термометр сопротивления; Rti - сопротивление i-того термометра сопротивления; Ri1, Ri2 – сопротивления первого и второго соединительных проводов i-того термометра сопротивления.where: Uti is the measured total voltage drop on the i-th resistance thermometer and on its connecting wires; Imeas is the measuring current supplied by the current generator to the resistance thermometer; Rti is the resistance of the i resistance thermometer; Ri1, Ri2 – resistances of the first and second connecting wires of the ith resistance thermometer.
Как видно из приведенной формулы, величины сопротивлений соединительных проводов Ri1+Ri2 датчика вносят погрешности в измерение, поэтому важно применение соединительных проводов с минимальными сопротивлениями и с мало изменяющимися сопротивлениями. As can be seen from the above formula, the resistance values of the connecting wires Ri1 + Ri2 of the sensor introduce errors in the measurement, therefore it is important to use connecting wires with minimal resistance and with little changing resistance.
Зная величины измерительных токов и, определив заранее зависимость сопротивлений соединительных проводов от протекания через них измерительного тока, что способствует разогреву соединительных проводов, приводящего к увеличению сопротивлений проводов, при обработке данных измерения вносят поправку на увеличение сопротивлений соединительных проводов от разогрева.Knowing the magnitude of the measuring currents and having determined in advance the dependence of the resistances of the connecting wires on the flow of the measuring current through them, which contributes to the heating of the connecting wires, leading to an increase in the resistance of the wires, when processing the measurement data, a correction is made for the increase in the resistance of the connecting wires due to heating.
Определив длину, толщину и материал соединительных проводов, а также зависимость сопротивления этих проводов от температуры, корректируют результаты измерения и сводят к минимуму зависимость погрешности измерения от сопротивлений соединительных проводов. Практическую реализацию этих двух процедур по корректировке результата измерения производят на основе программного обеспечения, закладываемого в блок 9 предлагаемого устройства. Having determined the length, thickness and material of the connecting wires, as well as the dependence of the resistance of these wires on temperature, the measurement results are corrected and the dependence of the measurement error on the resistance of the connecting wires is minimized. The practical implementation of these two procedures for correcting the measurement result is carried out on the basis of software installed in block 9 of the proposed device.
После измерения в первом такте падения напряжения на первом термометре сопротивления во втором такте блок 9 формирует новый цифровой сигнал, который подается на все управляющие входы мультиплексоров 2, 3, 4, 5 и, тем самым, обеспечивают соединение второго датчика Rt2 через соединительные провода R3 и R4, два контакта разъёма 1 платы и проводами 3' и 4' со вторыми информационными входами мультиплексоров 2 и 3 к выводам генератора измерительного тока 5. Одновременно вторые информационные входы мультиплексоров 4 и 5 также подключены к этим же контактам разъёма 1 платы проводами 3' и 4' и обеспечивают соединение указанных контактов с входами дифференциального усилителя 7, на выходе которого формируют падение напряжения, соответствующее падению напряжения на втором датчике температуры Rt2 и на его соединительных проводах R3 и R4. Это падение напряжения определяют выражением – Ut2=Iизм(Rt2+R3+R4). Из этого падения напряжения блоком 9 определяют точное значение температуры, замеренное с помощью второго термометра сопротивления Rt2.After measuring the voltage drop on the first resistance thermometer in the first cycle, in the second cycle, block 9 generates a new digital signal, which is supplied to all control inputs of multiplexers 2, 3, 4, 5 and, thereby, provides the connection of the second sensor Rt2 through connecting wires R3 and R4 , two contacts of connector 1 of the board and wires 3' and 4' with the second information inputs of multiplexers 2 and 3 to the terminals of the measuring current generator 5. At the same time, the second information inputs of multiplexers 4 and 5 are also connected to the same contacts of connector 1 of the board with wires 3' and 4' and provide connection of the indicated contacts with the inputs of the differential amplifier 7, at the output of which a voltage drop is formed corresponding to the voltage drop on the second temperature sensor Rt2 and on its connecting wires R3 and R4 . This voltage drop is determined by the expression – Ut2=Imeas(Rt2+R3+R4) . From this voltage drop, block 9 determines the exact temperature value measured using a second resistance thermometer Rt2 .
После чего производят подключение третьего, четвертого и т.д. термометров сопротивления. На n - такте измеряют температуру, определяемую n-ым термометром сопротивления. Таким образом, полный цикл измерения температуры состоит из n- тактов, что равно числу используемых термометров сопротивления. Далее цикл измерения повторяют.Then the third, fourth, etc. are connected. resistance thermometers. At the nth step, the temperature determined by the nth resistance thermometer is measured. Thus, a complete temperature measurement cycle consists of n cycles, which is equal to the number of resistance thermometers used. Then the measurement cycle is repeated.
Таким образом, использованием только одного измерительного тока и одного канала измерения обеспечивают одинаковые условия измерения по всем датчикам температуры, что дополнительно приводит к высокой достоверности и точности результатов измерения. Thus, using only one measuring current and one measurement channel ensures the same measurement conditions for all temperature sensors, which additionally leads to high reliability and accuracy of measurement results.
Использование многоканального устройства для измерения температуры позволит по сравнению с прототипом значительно упростить и повысить надёжность устройства, а также повысить достоверность и точность измерения температуры.The use of a multichannel device for measuring temperature will significantly simplify and increase the reliability of the device compared to the prototype, as well as increase the reliability and accuracy of temperature measurement.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2807963C1 true RU2807963C1 (en) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU717566A1 (en) * | 1977-10-21 | 1980-02-25 | Grinets Vladimir D | Temperature measuring device |
| SU1753307A1 (en) * | 1989-11-22 | 1992-08-07 | Специальное Конструкторское Бюро "Электротермометрия" | Multichannel temperature signalling apparatus |
| RU90556U1 (en) * | 2009-09-23 | 2010-01-10 | Открытое акционерное общество "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Вымпел" им. И.И. Торопова | MULTI-CHANNEL MEASURING SYSTEM |
| RU2447412C2 (en) * | 2010-06-18 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Temperature measuring device |
| RU2526195C2 (en) * | 2012-09-21 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Multi-channel device for measurement of temperature |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU717566A1 (en) * | 1977-10-21 | 1980-02-25 | Grinets Vladimir D | Temperature measuring device |
| SU1753307A1 (en) * | 1989-11-22 | 1992-08-07 | Специальное Конструкторское Бюро "Электротермометрия" | Multichannel temperature signalling apparatus |
| RU90556U1 (en) * | 2009-09-23 | 2010-01-10 | Открытое акционерное общество "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Вымпел" им. И.И. Торопова | MULTI-CHANNEL MEASURING SYSTEM |
| RU2447412C2 (en) * | 2010-06-18 | 2012-04-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Temperature measuring device |
| RU2526195C2 (en) * | 2012-09-21 | 2014-08-20 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Multi-channel device for measurement of temperature |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6612737B1 (en) | System and method for self-calibrating measurement | |
| Wu | Scanning approaches of 2-D resistive sensor arrays: A review | |
| JP2013504250A (en) | Multiplexer for detecting and correcting leakage current | |
| KR101375363B1 (en) | Apparatus for measuring temperature using thermistor | |
| KR100384355B1 (en) | Method of measuring temperature using negative temperature coefficient sensor and related devices | |
| RU2807963C1 (en) | Multichannel temperature measuring device | |
| CN211347140U (en) | Multi-range platinum resistor temperature measurement circuit | |
| CN111141406B (en) | PT100 temperature measurement system and temperature measurement method | |
| CN110207730B (en) | Temperature self-compensation method for resistance type displacement sensor | |
| CN107561147B (en) | Detection circuit, calibration method and device for current of glucometer | |
| RU2722084C1 (en) | Method for remote conversion of resistor resistance into dc voltage and device for its implementation | |
| CN116858405B (en) | Pressure measuring method of piezoresistor matrix | |
| SU1273739A1 (en) | Multichannel measuring system with correction device for measuring characteristics | |
| CN219641115U (en) | Sampling device and temperature measuring device that temperature resistant floats | |
| CN215893819U (en) | Multi-channel temperature detection circuit and device | |
| Jain et al. | Self-balancing digitizer for resistive half-bridge | |
| RU2229692C2 (en) | Procedure establishing temperature | |
| RU2811329C2 (en) | Quasi-distribted rc sensor and method for measuring distribted physical fields | |
| SU1755070A1 (en) | Apparatus for temperature measuring and checking | |
| RU2549255C1 (en) | Digital temperature meter | |
| KR19980076201A (en) | Temperature measuring device using RTD | |
| CN115452179B (en) | Multi-channel real-time self-calibration thermocouple cold end temperature measurement method | |
| US11774302B2 (en) | Sensor apparatus | |
| CN212363473U (en) | Cold end compensation device for PLC thermocouple module | |
| CN112595428A (en) | Measuring circuit and method of three-wire system resistance sensor |