SU1643957A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры.

Цель изобретения - повышение точности при одновременном повышении надеж- 5 ности измерения.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство для измерения температуры содержит генераторы 1-4 тока, диффе- 10 ренциальные масштабные усилители 5 и 6, преобразователи 7 и 8 напряжение - частота, блок 9 выделения разностной частоты, блок 10 цифровой обработки, частотного сигнала, термометры сопротивления Rti и 15 Rt2 и эталонные резисторы R_o и Ri.

Сопротивление эталонного резистора R_o выбирается равным сопротивлению термометра сопротивления в конечной точке диапазона измеряемых температур, 20 а сопротивления эталонного резистора Ri равно сопротивлению термометра сопротивления в начальной точке диапазона.

Устройство работает следующим образом. 25

Четыре одинаковых генератора 1-4 тока создают падения напряжения на термометрах сопротивления Rti, Rt2 и эталонных резисторах Ro и Ri. Дифференциальные масштабные усилители 5 и 6 выделяют раз- 30 ность падений напряжения на эталонном резисторе и термометре сопротивления и усиливают ее. Эта разность прикладывается к входу соответствующих преобразователей 7 й 8 напряжение - частота. 35 Выходная частота преобразователей напряжение - частота поступает на блок 9 выделения разностной частоты, формирующий на своем выходе частотный сигнал, равный разности частот преобразователей 7 и 40 8, который поступает в блок 10 цифровой обработки частотного сигнала, осуществляющий преобразование разностной частоты в значение измеряемой температуры с введением коррекции от нелинейности за- 45 висимости температура - сопротивление термометра сопротивлений.

При таком построении измерительной схемы изменение температуры от минимального измеряемого значения до макси- 50 мального вызывает уменьшение частоты на выходе преобразователя 7 напряжение частота от fmax до fmin и увеличение частоты на выходе преобразователя 8 напряжение частота от fmin до fmax, что дает возможность 55 получения на выходе блока 9 выделения разностной частоты удвоенной крутизны преобразования температура - частота при практически полной компенсации дрейфов элементов схемы.

Действительно, если падение напряжения на резисторах, выходные напряжения масштабных дифференциальных усилителей и выходные частоты преобразователей напряжение - частота определяются соответственно выражениями

U = IR:

Цду ^и Ucm + Кии ; (1) f ⁼ fo + KfUfty, где U- падение напряжения на термометре сопротивления или эталонном резисторе, Ом;

Цду - выходное напряжение дифференциального масштабного усилителя. В;

Ucm - начальное смещение дифференциального масштабного усилителя, В;

К_и - коэффициент усиления дифференциального масштабного усилителя;

f₀ ~ начальная частота преобразователя напряжение - частота;

Kf - крутизна преобразования преобразователя напряжение - частота Гц/В, то частоты на входе блока выделения разностной частоты следующие:

«

Г = fo' + Kf' -ULm' + Kf' Ки'ОгИо - liRti): f = fo” +Kf U_CM + Kf'% (URt2-l3R 1).(2) где f' и f - частоты с выходов преобразователей 7 и 8 напряжение - частота соответственно;

fo' и f₀'' - начальные частоты преобразователей 7 и 8 напряжение - частота соответственно;

Kf' и Kf” - крутизна преобразования преобразователей 7 и 8 напряжение - частота соответственно;

Ucm', Цм” -· начальные смещения дифференциальных масштабных усилителей 5 и 6 соответственно;

К/, Ки” - коэффициенты усиления дифференциальных масштабных усилителей 5 и 6 соответственно;

Ιι - Ц - токи генераторов 1-4 тока;

Rti = Rt2 - сопротивления термометров сопротивлений Rti и Rt2. зависящие от температуры;

R_o и Ri - сопротивления эталонных резисторов.

Разностная частота Af на выходе блока 9 выделения разностной частоты

Af = f - f¹

Kf* Ucm* ) +(Kf - (Kf ’’ Ки = (fo* - fo ) + (Kfi ·ΙΛ„ Ки¹¹ lnRt2 + Kf* Ки* llRn) I3 Ri + Kf' Ки* I2R0). (3)

При первоначальной калибровке устройства параметры одноименных блоков устанавливаются одинаковыми, т.е.

fo'=fo ;

Kfi'=Kf = Kf; (4)

Ки'=Ки=к_и;

Ucm ⁼ Им* ~ θ; h = I2 = !з= U= I.

Учитывая, что Rt2 = Rti = Rt, сопротивления эталонных резисторов можно выразить в виде

Л R

Ro ⁼ Rtmax ⁼ Rto ⁺ 2 *

Ri= Rtmin= Rto - 4^г;· (5) где Rtmin. Rtmax “ сопротивления термометров сопротивления в начальной и конечной точках диапазона измерений, Ом;

Rto^- сопротивления термометра сопротивления в середине диапазоне измерений, Ом;

AR- приращение сопротивления термометра сопротивления на диапазоне измерений, Ом.

Разностная частота определяется выражением

Af₀= 2KfKnl(Rt-Rto). (6)

При этом крутизна преобразования

S = = 2КгК_и I . (7)

Выражение (7) показывает, что крутизна преобразования предлагаемого устройства вдвое выше известного, что позволяет повысить точность измерения.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для измерения температуры, содержащее генератор тока, выходом подключенный к общей шине через термометр сопротивления, эталонный резистор, преобразователь напряжение - частота и ^и блок цифровой обработки частотного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при одновременном повышении надежности измерения, в него введены второй, третий и четвертый генераторы тока, второй термометр сопротивле5 ния, второй эталонный резистор, первый дифференциальный масштабный усилитель, подключенный выходом к первому преобразователю напряжение - частота, последовательно соединенные второй диф10 ференциальный масштабный усилитель, второй преобразователь напряжение - частота и блок выделения разностной частоты, подключенный вторым входом к выходу первого преобразователя напряжение - частота, подключенного к первому дифференциальному масштабному усилителю, инвертирующим входом подключенному к выходу первого генератора тока, а неирвертирующим входом-к выходу второго генератора тока и через первый эталонный, резистор соединенному с общей шиной, выход третьего генератора тока через второй термометр сопротивления соединен с общей шиной и непосредственно подключен 25 к инвертирующему входу второго дифференциального масштабного усилителя, неинвертирующим входом подключенного к выходу четвертого генератора тока и через второй эталонный резистор соединенного 30 с общей шиной, выход блока выделения разностной частоты подключен к блоку цифровой обработки частотного сигнала, при этом

   Ro — Rtmax ' Rl — Rtmin >

   где Ro, Ri “^величина сопротивления первого и второго эталонных резисторов соответственно:

   Rtmin · Rtmax ~ величина сопротивления термометра сопротивления в крайних точках диапазона иззерений.