SU853425A1

SU853425A1 - Device for measuring cryogenic temperatures

Info

Publication number: SU853425A1
Application number: SU792774970A
Authority: SU
Inventors: Виктор Алексеевич Тесленко; Владислав Дмитриевич Циделко; Светлана Михайловна Станиславская; Наталья Федоровна Воронова
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Политехническийинститут Им. 50-Летия Великой Октябрьскойсоциалистической Революции
Priority date: 1979-06-05
Filing date: 1979-06-05
Publication date: 1981-08-07

Description

1one

Изобретение относитс к области температурных измерений и предназначено дл измерени криогенных температур .The invention relates to the field of temperature measurements and is intended to measure cryogenic temperatures.

Известен цифровой измеритель температуры , содержащий датчик, усилитель последовательно соединенные интегратор, нуль-орган, ключевйе устройства, счетчик импульсов, вентиль , генератор счетных импульсов, блок эталонного напр жени , делитель напр жени и блок управлени A digital temperature meter is known, comprising a sensor, an amplifier connected in series, an integrator, a zero-organ, a key device, a pulse counter, a gate, a counting pulse generator, a reference voltage block, a voltage divider, and a control block

Недостатком измерител вл етс низка точность измерени , отсутствие линеаризиругацего устройства.The disadvantage of the meter is the low measurement accuracy, the absence of a linearizing device.

Известен цифровой измеритель температуры , содержащий термометр сопротивлени , подключенный к первому входу опергщионного усилител , интегратор , нуль-орган, блок управлени , счетчик импульсов, генератор счетных импульсов, два источника тока, соединенные с двум двухпозиционными переключател ми .A digital temperature meter is known, comprising a resistance thermometer connected to the first input of an amplifier, an integrator, a null organ, a control unit, a pulse counter, a generator of counting pulses, two current sources connected to two dip switches.

Недостатком этого цифрового измерител температуры вл етс наличие аддитивной составл ющей погрешности преобразовани , низка надежность.The disadvantage of this digital temperature meter is the presence of an additive component of the conversion error, low reliability.

Наиболее близким по технической сущности вл етс устройство дл изThe closest in technical essence is a device for

мерени криогенной температуры, содержащее генератор тока, термометр сопротивлени , соединенный со входом масштабируемого усилител , выход которого через преобразователь напр жений во временной интервал соединен с блоком управлени и блоком линеаризации , выход которого соединен с блоком цифровой индикации, включаю10 щим последовательно соединенные генератор импульсов, схему совпадени и счетчик импульсов, дешифратор и индикатор з}.measuring cryogenic temperature, containing a current generator, a resistance thermometer connected to the input of a scalable amplifier, the output of which is connected to a control unit and a linearization unit through a voltage converter in a digital display unit, including a series-connected pulse generator, circuit match and pulse counter, decoder and indicator s}.

Недостатком устройства вл етс The disadvantage of the device is

ts наличие значительной гщдитивной составл ющей погрешности измерени , обусловленной термоЭДС в контактах и соединенных проводниках, смещением нул как генератора тока, масшта20 бируемого усилитэл , так и преобразовател напр жени во временной интервал .ts the presence of a significant incremental component of the measurement error due to thermoEMF in the contacts and connected conductors, offset of both the current generator, the scaled amplifier, and the voltage converter in the time interval.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени температуры, The aim of the invention is to improve the accuracy of temperature measurement,

25 а также повышени надежности путем обеспечени сигнализации критических ситуаций и расширение функциональных вoзмoжнocteй.25 as well as improving reliability by providing signaling of critical situations and expanding functional capabilities.

Поставленна цель достигаетс The goal is achieved

30 тем, что в устройство введены два30 that two are entered into the device

источника опорного напр жени , три ключа, два компаратора, два регистра и преобразователь напр жение-ток, вход которого через первый ключ соединен с выходом первого источника опорного напр жени и первым входом первого компаратора, через второй - ключ соединен с общей точкой термометра , а выход подключен к токовому выводу термометра сопротивлени и второму входу первого компаратора, выход которого соединен с блоком управлени , выход генератора тока через третий ключ соединен со входом масштабируемого усилител и одним из входов второго компаратора, другой вход которого подключен ко второму источнику опорного напр жени , а выход соединен с блоком управлени причем выход счетчика импульсов через первый регистр соединен с установочными входами счетчика импульсов через второй регистр - с детлифратором и непосредственно-с блоком управлени .reference voltage source, three keys, two comparators, two registers and a voltage-current converter, the input of which is connected via the first switch to the output of the first reference voltage source and the first input of the first comparator, through the second switch — the switch is connected to the common point of the thermometer the output is connected to the current output of the resistance thermometer and the second input of the first comparator, the output of which is connected to the control unit, the output of the current generator through the third switch is connected to the input of the scalable amplifier and one of the inputs the comparator, another input of which is connected to the second source of reference voltage, and the output is connected to the control unit, the output of the pulse counter through the first register connected to the installation inputs of the pulse counter through the second register - to the detriframer and directly to the control unit.

На чертеже представлена блок-схема устройства.The drawing shows the block diagram of the device.

Устройство дл измерений криогенных температур содержит термометр сопротивлени 1, включенш:1й по четырехпроводной схеме, преобразователь напр жени в ток 2, масштабирукадий усилитель 3, первый ключ 4, второй ключ 5, третий ключ 6, первый 7 и второй 8 источники опорного напр жени , первый компаратор 9, второй компаратор 10, блок управлени 11, генератор тока 12, преобразователь напр жени во временной интервсш 1зЗ, блок линеаризации f4, блок цифровой индикации 15, схему совпадений 16, генератор импульсов 17, счетчик импульсов 18, первый регистр 19, второй регистр 20, дешифратор 21, индикатор - цифровое табло 22, преобразователь код-ток 23.A device for measuring cryogenic temperatures contains a resistance thermometer 1, included: 1st by four-wire circuit, voltage to current converter 2, scaling amplifier 3, first switch 4, second switch 5, third switch 6, first 7 and second 8 sources of reference voltage, first comparator 9, second comparator 10, control unit 11, current generator 12, voltage converter in time interval 1ЗЗ, linearization unit f4, digital display unit 15, coincidence circuit 16, pulse generator 17, pulse counter 18, first register 19, sec th register 20, decoder 21, the indicator - digital display 22, the inverter current code-23.

Устройство работает следук цим образом.The device works in the following way.

Процесс измерени температуры происходит в три такта. В первом такте осуществл етс автоматический выбор предела измерени сопротивлени датчика. Во втором такте автоматическа коррекци , а в третьем такте производитс измерение. При выборе предела измерени блок управлени 11 закрывает первый ключ 4 и открывает второй ключ 5. При этом через ключ 5 на вход преобразовател напр жени в ток подаетс напр жение с первого источника опорного напр жени 7. Первоначально по команде с блока управлени с выхода преобразовател напр жение-ток 2 на термометр сопротивлени 1 подаетс наименьший ток. Сигнал с термометра сопротивлени в виде падени напр жени R, где R - величина сопротивлени термометра , поступает на масштабирующий усилитель 3, усиливаетс и далее поступает на вход преобразовател напр жени во временной интервал 13, в котором преобразуетс в интервал времени ;Т. Сигнал с выхода преобразовател 13 поступает в блок управлени 11, в котором он оцениваетс по длительное ти. Если величина .Т мала, т.е. малаэеличина R, блок управлени дает команду преобразователю напр жение-ток 2 на увеличение тока. Увеличение тока будет происходить до тех пор, пока величина Т (следовательно или) не окажетс внутри установленного диапазона измерени .The temperature measurement process takes place in three cycles. In the first cycle, the sensor resistance measurement limit is automatically selected. In the second cycle, automatic correction, and in the third cycle a measurement is taken. When selecting the measurement limit, the control unit 11 closes the first key 4 and opens the second key 5. At the same time, the key 5 sends the voltage from the first source of the reference voltage 7 to the input of the voltage to current converter. Initially, the command from the control unit from the output of the voltage converter The current-to-current 2 is supplied to the resistance thermometer 1 with the lowest current. The signal from the resistance thermometer in the form of a voltage drop, R, where R is the resistance value of the thermometer, goes to the scaling amplifier 3, is amplified, and then goes to the input of the voltage converter in time interval 13, in which it is converted into a time interval; T. A signal from the output of the converter 13 enters the control unit 11, in which it is evaluated by its length. If the value of .T is small, i.e. The small R unit, the control unit, commands the voltage-current converter 2 to increase the current. An increase in current will occur until the value T (therefore or) is within the established measuring range.

Если термометр сопротивлени по какой-либо причине закорочен или его сопротивление не превышает 50% от минимального значени , при включении максимального по величине тока блок управлени 11 вырабатывает сигнал короткого залыкани , который индуцируетс на цифровом табло.If the resistance thermometer is for some reason short-circuited or its resistance does not exceed 50% of the minimum value, when turning on the maximum current value, the control unit 11 generates a short curling signal, which is induced on the digital display.

В случае обрыва в линии св зи термометра сопротивлени 1 и преобразовател напр жение-ток 2 или при превышении током максимгшьно допустимого значени , на выходе преобразовател напр жение-ток 2 резко возрастает потенциал , в результате чего срабатывает компаратор 9.In the event of a break in the communication line of a thermometer of resistance 1 and voltage-current converter 2 or when the current exceeds the maximum permissible value, the potential sharply increases at the output of voltage-current 2, resulting in a comparator 9.

Дл вы влени нар5гшени линии св зи термометра сопротивлени 1 с масштабируквдим усилителем 3, блок управлени 11 периодически вырабатывает сигналы, подключающие к этой линии св зи через ключ 6 генератор тока 12. При нарушении линии св зи срабатывает компаратор 10 . Срабатывание компараторов 10 и 9 оцениваютс устройством как сигнал о наличии состо ни холостого хода. Информаци об этом Отображаетс визуально на цифровом табло 22. В случае холостого хода блок управлени 11 отключает выход преобразовател напр жение-ток 2 от термометра сопротивлени 1 и подключает его к общей точке.In order to detect the failure of the communication line of the resistance thermometer 1 with the scaler amplifier 3, the control unit 11 periodically generates signals connecting the current generator to this communication line through the key 6, 12. If the communication line is broken, the comparator 10 is triggered. The operation of the comparators 10 and 9 is evaluated by the device as a signal that the idle state is present. Information on this is displayed visually on the digital display 22. In the case of idling, the control unit 11 switches off the output of the voltage-current converter 2 from the resistance thermometer 1 and connects it to a common point.

Во втором такте устройство работает в режиме автоматической коррекции на выбранном пределе измерени . В этом режиме устройство линеаризации 14 отключено, ключ 4 открываетс , а ключ 5 закрываетс . При этом вход преобразовател напр жение-ток подключаетс к низкопотенциальному токовому проводу, соединенному с общей точкой изолированного источника питани длр Преобразовател напр жениеток 2. В этом случае на термометр сопротивлени подаетс ток 3| , обусловленный остаточными параметрамиIn the second cycle, the device operates in the automatic correction mode at the selected measurement limit. In this mode, linearization device 14 is disabled, key 4 is opened, and key 5 is closed. In this case, the input voltage-current converter is connected to a low-potential current wire connected to the common point of the isolated power source for the voltage converter 2. In this case, a current 3 is supplied to the resistance thermometer | due to residual parameters

СХеКЕ:.CAPE:

На вход преобразовател напр жени во временной интервал 13 поступает усиленное масштабирукидим усилителем 3 напр жениеThe input of the voltage converter in the time interval 13 comes amplified by a scalar amplifier 3 voltage

5 UK (ЗкВ+ит+ид)- К,5 UK (ZkV + it + id) - K,

где UT - термо-ЭДС контактов и соединительных проводов} ид - напр жение дрейфа нул мас дтабирующего усилител .where UT is the thermo-emf of the contacts and connecting wires} id - the voltage of the zero-drift mass-amplifying amplifier.

Интервал времени Т , сформированный преобразователем напр жени во «ременной интервал 13, будет равен-The time interval T, formed by the voltage converter in the "belt interval 13, will be equal to

Т, (U,i+Un)K ,T, (U, i + Un) K,

где Uf, - напр жение, обуславливающее наличие аддитивной погрешности преобразовател напр жени в интервал времени.where Uf, is the voltage causing the presence of additive error of the voltage converter in the time interval.

В течение Т на вход счетчика импульсов 18 поступают импульсы с выхода генератора импульсов 17. Число импульсов N, пропорционашьное интервалу времени Т , по команде блока управлени переноситс во второй регистр 20. На этом заканчиваетс второй такт измерени .During T, pulses come from the pulse generator 17 output to the pulse counter 18 input. The number of pulses N, proportional to the time interval T, is transferred to the second register 20 by the command of the control unit. This completes the second measurement cycle.

В третьем такте на термометр сопротивлени подаетс ток Зд . В этом такте на вход преобразовател напр жени во временной интервал 13 поступает напр жениеIn the third cycle, a rear current is supplied to the resistance thermometer. In this cycle, voltage is supplied to the input of the voltage converter in time interval 13

Ux R+U,Ux R + U,

где Лд - величина тока без погрешности .where LD is the current value without error.

В момент начала формировани интервала Т)( в счетчик импульсов 18 переписываетс содержимое регистра 20. Импульсы на вход счетчика импульсов 18 поступают через схему совпадени 16, управл емую устройством линеаризации 14, счет импульсов начинаетс с числа Н с учетом знака.At the time of the beginning of the formation of the interval T) (the pulse counter 18 records the contents of the register 20. The pulses to the input of the pulse counter 18 are received through the coincidence circuit 16, controlled by the linearization device 14, the pulse count starts with the number H taking into account the sign.

Число импульсов NX, полученное в третьем такте измерени , пропорционально измер емой температуреThe number of pulses NX obtained in the third measurement cycle is proportional to the measured temperature.

() ,()

где N - число, пропорциональноеwhere N is a number proportional to

входному напр жению без погрешности; Кд - коэффициент линеаризации.input voltage without error; Kd - linearization coefficient.

Р.езультат измерени заноситс в регистр 19, затем дешифруетс и высвечиваетс на цифровом табло Z2, Кроме того, выходной код с регистра 19 преобразуетс в унифицированный токовый сигнал преобразователем код-ток 23. Далее работа устройства повтор етс .The measurement result is entered into register 19, then decrypted and displayed on digital display Z2. In addition, the output code from register 19 is converted into a unified current signal by code-current converter 23. Next, the operation of the device is repeated.

Достоинством устройства вл етс высока точность измерени , повь йенна надежность. Наличие такта коррекции обеспечивает запоминание в регистре 20 цифрового значени аддитивных составл ющих погрешности преобразовател напр жени в ток 2, преобразовател напр жени во временной интервал 13 и термоЭДС соединительныхThe advantage of the device is high measurement accuracy, increased reliability. The presence of the correction cycle ensures that the register 20 stores the digital value of the additive components of the error of the voltage converter into current 2, the voltage converter during the time interval 13 and the thermoelectric voltage of the connecting

проводов в линии св зи, в такте измерени значение суммарной погрешности вычитаетс из результата измерени , в результате чего погрешность уменьшаетс более, чем на пор док, и знаг чительно снижаютс требовани к отдельным узлам устройства.wires in the communication line, in the measurement cycle, the value of the total error is subtracted from the measurement result, as a result of which the error decreases by more than an order of magnitude and significantly reduces the requirements for individual nodes of the device.

Claims

1. Author's certificate of the USSR 627349, cl. G 01 K 7/02, 1976.

2. Authors certificate of the USSR 55 590616, cl. G 01 K 7/16, 1975.

3. USSR author's certificate №466401, cl. G 01 K, 7/18, 1973 (prototype).