Многоточечный цифровой термометр

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sg 4 С 01 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИЙ (21) 4118954/24-!О (22) 29.07.86 (46) 23.05.88. Вюл. Р 19 (7Z) И.А.Велоусов, В.В.Кочан, A.A.Ñà÷åíêà, Н.A,Êîðîëåâ, И.П,Куритнык, Я.С.Лешков и В.Ф.Кобернюк (53) 536.532 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 932277, кл. С 01 К 7/02, 1978.

Патент ФРГ Ф 2744890, кл. G 01 К 7/00, опублик. 1979. (54) МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ЦИФРОВОЙ TEPNOMETP (57) Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения— повышение точности измерения. Устройство содержит термоэлектрические преобразователи (ТП) 1.1, 1.2, тер„„Я0„„1397743 A 1 мопреобразователн сопротивления 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 памяти, вычислительный блок

11, блок 12 индикации и источник 13 стабильного напряженчя. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устр-ва позволяет производить точный учет влияния температуры свободных концов каждого ТП 1.1, 1,2 на результат измерения и исклю-п1ть погрешности, вносимые температурным и временным дрейфом источника 13 стабильного напряжения, а также снизить самонагрев

TII сопротивления протекающим через него током. 1 ил.

1397743

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства где производится из9

5 мерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, а также для научньгх исследований, где требуется высокая точность измерения температуры. 16

Цель изобретения — повыще«ие точности измерения температуры путем точного учета влияния температуры свободных концов каждого термоэлектрического преобразователя на резуль.-тат измерения и исключения погрешностей, вносимьгх температурным и вре иенным дрейфом источника стабильного тока, и снижения самонягрева термопреобразователя сопротивления ,протекающим через него тог<ом.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого цифрового термометра.

Многоточечньгй цифровой термометр, например ня две точки измерения,со- 25 держит термоэлектрические преобразователи (ТП) 1.1 и 1.2, последовательно включенные термопреобразователи сопротивления (ТС) 2.1 и 2.2, расположенные в головках 3.1 и 3.2 30

ТП, образцовый резистор 4„ нагруэочный резистор 5, сопротивление которо-. го выбрано близким к сопротивлениям

ТС, конденсатор б, реле 7,, коммутатор 8, один из входов которого зако-! рочен (не показан), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, !лок 10 памяти, вычислительный блок 11, блок

1? индикации и источник 18 стабильноro напряжения.

Цифровой териоиетр работает следующим образом.

Значение измеряемой температуры при произвольной температуре свободных концов ТП преобразуется в термоЭДС, а значение температуры свободных концов ТП с помощью ТС 2„1 и 2,2— в падение напряжения, зависящее or действительной температуры свободных конг ов соответств лощего Т11, Коммутатор 8 подает на вход АЦП 9 терно-ЭДС каждого ТП поочередно с напряжением снимаемым с потенциальных выводов каждого ТС ".1 и 2.2, напряжением, снииаемым с закороченного входа коммутатора 8, и налряже«ием,. снимаемым с потенциальных выводов образцового резистора 4.

Работу многоточечного цифрового гериометра мож«с услов«о разделить на четыре такт».

В первом такте ня вход А11П 9 подается напряжение с э»короче«ного входа коммутатора Я, при этом с выходя АЦП снимается код, соответствующий дрейфу нуля АПП и уровню помех, действующих ня входе цифрового термометра. Этот код подается в первую ячейку блока 10 памяти и используется при дальнейггей работе цифрового термометра для компенсации дрейфа нуля АПП 9 и помех„ влияющих на точность измерения, Во втором такте срабатывает реле

7, которое с псмощью своих контактов

14 и 15 подает напряжение источника

13 стабильного напряжения на цепочку из последоватегьно соединенных TC 2 ° 1 и 2.2 и образцового резистора 4. При этом коммутатор 8 подключает к АЦП 9 потенцияль«ые выводы образцового резистора 4, и пс падению напряжения íа нем вычислительный блок 11 определяет ток в цепи ТС, код которого поступает на вторую ячейку блока 10 памяти.

Ь

В третьем т.-.кте работы, когда комt.q òàòoð 8 подключает к входу АЦП 9 поте«пиа,пьные выводы TC и вычисли"ельный блок 1 определяет по коду напряжения, падающего на ТС,и коду его тока, находящегося в блоке 10 памяти, значение сопротивления ТС, вычисляет реальн по температуру свобод«ых концов ТП по формуле, устанавливающей связь м жду сопротивлением ТС и его температурой, и по заданной пг>едварительно характеристике ТП выдает в третью ячейку блока 10 памяти код термо-ЭДС К.>.. соответствующий температуре свооодньгх концов ТП.

В четвертом такте, когда размыкаются контакты 15 и 1б реле 7, коммутатор 8 подключает к входу АЦП 9 ТП соответствующе.:-о канала, и вычислительный блок !1 ro коду измеренной термо-ЭДС Е„., ТП 1.1, скорректированному с учетом дрейфа нуля АЦП и помех, действующих на входе цифрового термометра, определяет значение термо-ЭДС Е, измеряемой температуры путем алгебраического сложения кода термо-ЭДС Е„, с кодом термо-ЭДС Е,, поступающим из блока 10 памяти. Дрейф нуг.я и помехи на выходе АЦП учитывается путем алгебраического вычитания

139774

55 из результата измерения четвертого такта результата измерения в первом такте. Далее вычислительный блок по характеристике преобразования ТП

r(F,) определяет значение изме5 ряемой температуры t,, которое индицируется блоком 12 индикации. При этом в вычислительном блоке f 1 осуществляется не только коррекция погрешности, вызванной отклонением температуры свободных концов ТП от

0 С, но и учет нелинейности характеристики преобразования ТП программным путем. В этом такте,так же как и в первом, источник 13 стабильного напряжения нагружен на образцовый резистор 4 и нагрузочный резистор 5.

За счет выбора образцового резистора 4 близким к сопротивлению ТС по- 20 казания АЦП 9 во втором и третьем тактах близки, что приводит к компенсации погрешности АЦП в процессе вычисления сопротивления термопреобразователей. 25

Таким образом, время протекания тока через ТС,приводящего к возможному самонагреву ТС, значительно сокращается и не превышает примерно

1/30 части общего времени измерения Э0

Г, в которое входят интервалы времени„ необходимые для установки номера канала, измерения термо-ЭДС, усреднения, обработки результатов измерения, линеаризации, формирования отсчета. Это позволяет повысить точность определения температуры свободных концов за счет увеличения величины кратковременно протекающего через термопреобразователь тока. При этом отношение мощности P рассеиваемой на ТС при постоянном протекании через него така I, к мощности Р, рассеиваемой на ТС при протекании через не- го тока Iz в течение короткого времени о, выражается формулой что приводит даже при некотором увеличении тока I к уменьшению самонагрева ТС.

При таком увеличении тока, протекающего через ТС в момент определения кода F. „„,,чувствительность цифрового термометра во втором такте может быть увеличена в 5-10 раз, а это приводит к более точному опре3

4 делению, и, как следствие, к повышению точности измерения температуры.

Конденсатор 6 предназначен для устранения высокочастотных составляющих тока, протекающих в момент замьгкания и размыкания контактов 14-1б реле 7.

В случае отсутствия необходимости использования всех ТП многоточечного цифрового термометра вместо отключенных ТС должны быть установлены перемычки.

В качестве блока 10 памяти можно использовать интегральные микросхемы — постоянные запоминающие устройства с электрическим перенрограммированием. Это позволяет без изменения схемы термометра использовать era c

ТП любой градуировки, корректировать метрологические характеристики термометра с учетом нестабильности характеристик преобразования ТП во времени, легко переходить от использования

ТП одного типа к другому.

В качестве вычислительного блока

11 могут быть использованы микропроцессор или микроЭВМ.

Управление работой коммутатора 8, реле 7, ЬЦП 9 можно осуществлять различными методами. Можно управлять их работой посредством шины синхронизации и управления вычислительного блока 11, возможна органиэация управления путем использования коммутатора с автоматическим обеганием каналов, в этом случае вычислительный блок 11 просто фиксирует по сигналам с блока 10 памяти номер очередного канала и после задержки считывает текущий код с выхода АЦП 9. Реле 7 в обоих случаях может переключаться посредством элемента ИЛИ прямо к тем обмоткам реле коммутатора, которые коммутируют ТС (цепи управления не показаны) .

Формула изобретения

Многоточечный цифровой термометр, содержащий термоэлектрические преобразователи, цепь, состоящую из последовательно включенных термопреобразователей сопротивления, каждый из которых расположен в непосредственной близости от свободного конца соответствующего термоэлектрическпгс преобразователя, коммутатор, входы которого соединены с выходами терм.1-лект1397743.

Составитель В. Куликов

Техред A. Кравчук

Редактор И.Горная

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2264/39

Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 рических преобразователей и потенциальными выводами термопреобразователей сопротивления„ а вьгходы подключены к блоку памяти и входу аналогоцифрового преобразователя, выход которого подключен к вычислительному блоку, соединенному с блоком индикации и блоком памяти, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены образцовый и нагрузочньй резисторы, конденсатор, источник стабильного напряжения и реле, первый неподвижный контакт которого соединен через нагрузочный резистор с первым выводом источника стабильного напряжения, подключенным к первому токовому выво"ду цепи из последовательно включенных термопреобразователей сопротивления, параллельно которой включен конденсатор, второй неподвижный контакт соединен с вторым токовым выводом цепи иэ последовательно включенных термопреобраэователей сопротивления, а подвижный контакт через эталонный резистор подключен к второму выводу источника стабильного напряжения, при этом потенциальные выводы эталонного резистора соединены с дополнительными «ходами коммутатора, а управляющий вход реле соединен с дополнительным выходом коммутатора.