SU1397743A1 - Многоточечный цифровой термометр - Google Patents

Description

(21)4118954/24-10

(22)29.07.86

(46) 23.05.88. Бкш. 19 (72) И.А.Белоусов, В.В.Кочан, А.А.Саченко, Н.А.Королев, И.П.Курит- нык, Я.С.Лешков и В.Ф.Кобернюк

(53)536.532 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 932277, кл. G 01 К 7/02, 1978.

Патент ФРГ № 2744890, кл. G 01 К 7/00, опублик. 1979.

(54)МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

(57)Изобретение относитс  к температурным измерени м. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Устройство содержит термоэлектрические преобразователи (ТП) 1.1, 1.2, термопреобразователи сопротиллени  2,1, 2.2, головки ТП 3.1, 3.2, образцовый резистор 4, нагрузочный резистор 5, конденсатор 6, реле 7, коммутатор 8, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 пам ти, вычислительный блок 11, блок 12 индикации и источник 13 стабильного напр жени . Введение новых элементов и образование ноёьгх св зей между элементами устр-ва позвол ет производить точный учет вли ни  температуры свободных концов каждого ТП 1.1, 1.2 на результат измерени  и исключить погрешности, вносимые температурным и временным дрейфом источника 13 стабильного напр жени , а также снизить самонагрев ТП сопротивлени  протекающим через него током, 1 lin.

с $

СО СО

-s|

Изобретение относитс  к области температурных измерений и может быть использовано в любой отрасли народного хоз йства, где произвол,итс  измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, а также дл  научных исследований, где требуетс  высока  точность измерени  температурьк

Цель изобретени  - повырдение точности измерени  температуры путем точного учета вли ни  температуры свободных концов каждого термоэлектрического преобразовател  на резуль- Тат измерени  и исключени  погрешностей , вносимых температурным и вре- меиньм дрейфом источника стабильного тока, и снижени  самонагрева термопреобразовател  сопротивлени  чПротекающим через него током.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого цифрового термометра.

Многоточечный цифровой термометр, например на две точки измерени  со- держит термоэлектрические преобразователи (ТП) 1.1 и 1,2, последовательно включенные термопреобразователи сопротивлени  (ТС) и 2.2, расположенные в головках 3,1 и 3.2 ТП, образцовый резистор 4„ нагрузо,- ный резистор 5, сопротивление которого выбрано близким к сопротивлени м ТС, конденсатор 6, реле 7, коммутатор 8, один из входов которого зако- рочен (не показан), аналого-цифровой преобразователь (А1Щ) 9, блок (О пам ти , вычислительный блок 11, блок 12 индикации и источник 13 стабильного напр жени ,

Цифровой термометр работает следующим образом.

Значение измер емой температуры при произвольной температуре свободных концов ТП преобразуетс  в термо- ЭДС, а значение температуры свободных концов ТП с помощью ТС 2,1 и 2,2 в падение напр жени , завис щее от действительной температурь свободных концов соответствующего ТП. Коммутатор 8 подает на вход А1.1П 9 термо-ЗДС каждого ТИ поочередно с напр жением, снимаемым с потенх иальных выводов каждого ТС 2.1 и 2.2, напр жением,, снимаемым с закороченного входа коммутатора 8, и напр жением, снимаемым с потенгшальных выводов образцового резистора 4,

0

5 0 0

0

5

Работу многоточечного цифрового термометра Муожно условно разделить на етьфе тактги

В первом такте на вход ЛИП 9 подаетс  напр жение с закороченного входа коммутатора 8, при зтом с выхода снимаетс  код, соответствующий дрейфу нул  ЛПП и уровню помех, действующих на входе Г1,ифрового термометра . Этот код подаетс  в первую  хшйку блока 10 пам ти и используетс  при дальнейшей работе цифрового термометра дл  компенсации дрейфа нул  АПП 9 и помех,, вли ющих на точность измерени .

Во втором такте срабатывает реле 7j которое с помощью своих контактов 14 и 15 подает напр женрш источника 13 стабильного напр жени  на цепочку из последовательно соединенных ТС 2.1 и 2.2 и образцового резистора Д. При этом коммутатор 8 подключает к АЦП 9 потенциальные выводы образцового резистора 4, и по падению напр жени  на нем вычислительньй блок 11 определ ет ток в цепи T Cj код которого поступает на вторую  чейку блока 10 пам ти ,

В третьем такте работы,когда ком- NPi TaTop В подк1 ючает к входу АЦП 9 потенциальные вьшоды ТС и вычисли- 1 ельный блок 1 I определ ет по коду напр жени , падающего на ТС.,и коду его тока, наход тегос  в блоке 10 пам ти , значение сопротивлени  ТС, вычисл ет реальную температуру свободных концов ТП по формуле, устанавливающей св зь ме оду сопротивлением ТС и его температурой, и по заданной предварительно характеристике ТП выдает в третью  чейку блока 10 пам ти код термо-ЭДС К,,, , соответствующий температуре t., свободных концов ТП.

В четвертом такте, когда размыкаютс  контакты 15 и 16 реле 7,, коммутатор 8 подключает к входу А1Ш 9 ТП соответствующего канала, и вычислительный блок 11 по коду измеренной термо-ЭДС Е„,д,, ТП 1.1, скорректированному с учетом дрейфа нул  АЦП и помех , действующих на входе цифрового термометра, определ ет значение термо-ЭДС Е измер емой температуры путем алгебраического сложени  кода термо-ЭДС Е с кодом термо-ЭДС Е, поступающим из блока 10 пам ти. Дрейф нул  И помехи на выходе АЦП учитываетс  nyTefvf алгебраического вычитани 

из результата измерени  четвертого такта результата измерени  в первом такте. Далее вычислительный блок по характеристике преобразовани  ТП t f(R,) определ ет значение измер емой температуры t, , которо.е индицируетс  блоком 12 индикации. При этом в вычислительном блоке 11 осуществл етс  не только коррекци  погрешности , вызванной отклонением температуры свободных концов ТП от О.С, но и учет нелинейности характеристики преобразовани  ТП программным путем. В этом такте,так же как и в первом, источник 13 стабильного напр жени  нагружен на образцовый резистор 4 и нагрузочньш резистор 5. За счет выбора образцового резистора 4 близким к сопротивлению ТС по- 2о ТП любой градуировки, корректировать казани  АЦП 9 во втором и третьем метрологические характеристики термотактах близки, что приводит к компенсации погрешности А1Щ в процессе вычислени  сопротивлени  термопреобра- зователей.

Таким образом, врем  протекани  тока через ТС,привод щего к возможному самонагреву ТС, значительно сокращаетс  и не превышает примерно 1/30 части общего времени измерени  tr , в которое вход т интервалы времени , необходимые дл  установки номера канала, измерени  термо-ЭДС, усреднени , обработки результатов измерени , линеаризации, формировани  отсчета . Это позвол ет повысить точность определени  температуры свободных концов за счет увеличени  величины кратковременно протекающего через термопреобразователь тока. При этом

метра с учетом нестабильности характеристик преобразовани  ТП во времени , легко переходить от использовани 

25 ТП одного типа-к другому.

В качестве вычислительного блока 11 могут быть использованы микропроцессор или микроэвм.

Управление работой коммутатора 8,

30 реле 7, АЦП 9 можно осуществл ть различными методами. Можно управл ть их работой посредством шины синхронизации и управлени  вычислительного блока 11, возможна организаци  управлени  путем использовани  коммутатора с автоматическим обеганием каналов, в

отношение мощности Р , рассеиваемой на ТС при посто нном протекании через него тока I,, к мощности Р, рассей- ваемой на ТС при протекании через него тока мени

40

ЭТОМ случае вычислительный блок 11 просто фиксирует по сигналам с блока 10 пам ти номер очередного канала и после задержки считывает текущий код с выхода А1Щ 9. Реле 7 в обоих случа х может переключатьс  посредством элемента ИЛИ пр мо к тем обмоткам реле коммутатора, которые коммуI-i в течение короткого вре- 5 тируют ТС (цепи управлени  не , выражаетс  формулойзаны).

Pi Р

тг- ±

If

что приводит даже при некотором увеличении тока Ij к уменьшению самонагрева ТС.

При таком увеличении тока, протекающего через ТС в момент определени  кода Е(. , чувствительность цифрового термометра во втором такте может быть увеличена в 5-10 раз, а это приводит к более точному определению t и, как следствие, к повышению точности измерени  температуры.

Конденсатор 6 предназначен дл  устранени  высокочастотных составл ющих тока, протекающих в момент замыкани  и размъ кани  контактов 14-16 реле 7.

В случае отсутстви  необходимости использовани  всех ТП многоточечного цифрового термометра вместо отключенных ТС должны быть установлены пере- мьгчки.

В качестве блока 10 пам ти можно использовать интегральные микросхе - мы - посто нные запоминающие устройства с электрическим перепрограммированием . Это позвол ет без изменени  схемы термометра использовать его с

метра с учетом нестабильности характеристик преобразовани  ТП во времени , легко переходить от использовани 

5 ТП одного типа-к другому.

В качестве вычислительного блока 11 могут быть использованы микропроцессор или микроэвм.

Управление работой коммутатора 8,

0 реле 7, АЦП 9 можно осуществл ть различными методами. Можно управл ть их работой посредством шины синхронизации и управлени  вычислительного блока 11, возможна организаци  управлени  путем использовани  коммутатора с автоматическим обеганием каналов, в

40

50

55

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Многоточечный цифровой термометр, содержащий термоэлектрические преобразователи , цепь, состо щую из последовательно включенных термепреобразователей сопротивлени , каждый из которых расположен в непосредственной близости от свободного конца споткет- .ствующего термоэлектрического преобразовател , коммутатор, входы которого соединены с выходами тер м -лектрических преобразователей и потенциальными выводами термопреобраэова- телей сопротивлени , а выходы подключены к блоку пам ти и входу аналого- цифрового преобразовател  выход которого подключен к вычислительному блоку, соединенному с блоком индикации и блоком пам ти, отличающийс  тем, что, с целью повыше- ни  точности измерени , в него введены образцовый и нагрузочный резисторы , конденсатор, источник стабильного Напр жени  и реле, первый неподвижный Контакт которого соединен через на- грузочный резистор с первым выводом источника стабильного напр жени .

   подключенным к первому токовому выводу цепи из последовательно включенных термопреобразователей сопротивлени , параллельно которой включен конденсатор, второй неподвижный контакт соединен с вторым токовым выводом цепи из последовательно включенных термопреобразователей сопротивлени , а подвизкный контакт через эталонный резистор подключен к второму выводу источника стабильного напр жени , при этом потенциальные выводы эталонного резистора соединены с дополнительными входами коммутатора, а управл ющий вход реле соединен с дополнительным выходом коммутатора.