Устройство для измерения температуры

 

Использование: термометрия, устройства для измерения температуры. Сущность изобретения: устройство содержит блок измерения, источник питания, N резистивных датчиков температуры, два опорных коммутатора, источник управляющих сигналов, два резистора, общую шину. 1 ил.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в устройствах для контроля температуры.

Известны устройства для многоточечного контроля температуры [1] , содержащие датчики температуры, подключаемые транзисторными ключами в измерительные схемы. Однако эти устройства не обеспечивают сохранение точностных характеристик при изменении параметров электрорадиоэлементов (ЭРИ) измерительных схем, например, из-за старения.

Известны также многоточечные устройства для измерения температуры [2] , содержащие N первичных преобразователей, каждый из которых содержит чувствительный элемент, источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, выходы которых через сигнальный провод подключены к измерительному прибору. Эти устройства также не обеспечивают сохранение точности измерений при изменении параметров ЭРИ первичных преобразователей и измерительного прибора из-за воздействия различных дестабилизирующих факторов, например, старения элементов в течение срока эксплуатации, изменения температуры окружающей среды и т. д.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [3] , содержащее в каждом измерительном канале резистивные датчики температуры, подключенные к источнику питания и блоку измерения коммутаторами, управляющие входы которых соединены с источником управляющих сигналов. В этом устройстве также не сохраняются точностные характеристики при изменении параметров ЭРИ под воздействием различных дестабилизирующих факторов, то есть точность измерения понижается.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок измерения, источник питания, измерительные каналы, резистивные датчики температуры каждого из которых своими первыми выводами через коммутаторы связаны с выводом источника питания и с входом блока измерения, а также источник управляющих сигналов, подключенный одним выходом к управляющим входам коммутаторов, а другим - к общей шине, к которой подсоединены вторые выводы резистивных датчиков температуры, источника питания и блока измерения, дополнительно введены не менее двух опорных резисторов с различными величинами сопротивлений, коммутаторы выполнены в виде мультиплексоров, а источник питания выполнен в виде стабилизатора тока, при этом первые выводы опорных резисторов подключены к соответствующим входам коммутаторов, а вторые объединены и подключены к выводам резистивных датчиков температуры, соединенным с общей шиной. В качестве опорных резисторов могут быть использованы прецизионные термостабильные резисторы, значение сопротивления которых равно сопротивлению датчиков температуры при выбранных опорными значениях температуры.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит блок 1 измерения, источник 2 питания, резистивные датчики 3 температуры измерительных каналов, коммутаторы 4 и 5, источник 6 управляющих сигналов, опорные резисторы 7 и 8. Резистивные датчики 3 и опорные резисторы 7, 8 своими первыми выводами через коммутатор 4 связаны с одним выводом источника 2 питания и через коммутатор 5 - с входом блока 1 измерения.

Источник 6 управляющих сигналов одним выходом подключен к управляющим входам коммутаторов 4 и 5, а другим - к общей шине 9, к которой подсоединены вторые выводы резистивных датчиков 3 температуры, источника 2 питания и блока 1 измерения. Вторые выводы опорных резисторов 7 и 8 объединены с вторыми выводами резистивных датчиков 3 температуры.

Коммутаторы 4 и 5 выполнены в виде мультиплексоров, а источник 2 питания - в виде стабилизатора тока. Опорный резистор 7 имеет сопротивление, равное сопротивлению датчика температуры при верхнем опорном значении температуры, а опорный резистор 8 имеет сопротивление, равное сопротивлению датчика температуры при нижнем опорном значении температуры. Опорные резисторы 7 и 8 могут быть как общими, так и индивидуальными для измерительных каналов.

Устройство работает следующим образом.

Резистивные датчики 3 температуры измерительных каналов и опорные резисторы 7, 8 поочередно подключаются мультиплексором 4 к источнику 2 питания и мультиплексором 5 - к входу измерительного блока 1. Процесс измерения температуры для каждого измерительного канала состоит из трех тактов. В первом такте к источнику 2 питания и к измерительному блоку 1 подключается опорный резистор 7, во втором - опорный резистор 8, в третьем - датчик 3 температуры, при этом сигналы на выходе измерительной цепи имеют соответственно следующие значения: U₁= kI(r+R₁); U₂= kI(r+R₂); U_g= kI(r+R_g); где U₁ - сигнал на выходе измерительной цепи в первом такте измерения; U₂ - сигнал на выходе измерительной цепи во втором такте измерения; U_g - сигнал на выходе измерительной цепи в третьем такте измерения; k - коэффициент передачи измерительной цепи; I - ток питания, обеспечивается источником 2 питания (стабилизатором тока), неизменным в течение этих тактов измерения (одного цикла измерения); r - сопротивление линии, соединяющей датчики 3 температуры и опорные резисторы 7,8 с общей шиной 9; R₁ - сопротивление опорного резистора 7;
R₂ - сопротивление опорного резистора 8;
R_g - сопротивление датчика температуры.

Учитывая, что ток 1 питания и коэффициент К передачи измерительной цепи устройства остаются неизменными в течение одного цикла измерения, результат измерения сопротивления датчика температуры подсчитывается по формуле
R_д= R₂+ (U_д-U₂).

Если для измерения температуры используются резистивные датчики с линейной зависимостью сопротивления от температуры, например, из металлических проводников [4] , то результат измерения подсчитывается по формуле
T_д= T₂+ (U_д-U₂), где Т₁ - температура, при которой сопротивление датчика равно сопротивлению опорного резистора 7;
Т₂ - температура, при которой сопротивление датчика равно сопротивлению опорного резистора 8;
Т_g - температура датчика измерительного канала.

Таким образом, результат измерения не имеет составляющей, содержащей значение тока питания и коэффициента передачи измерительной цепи, снижающей его точность, которая имела место в известном устройстве для измерения температуры.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 402758, кл. G 01 K 7/10, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР N 870975, кл. G 01 K 7/16, 1981.

3. Авторское свидетельство СССР N 851120, кл. G 01 K 7/16, 1981.

4. Виглеб Г. Датчики. Пер. с нем. М. : Мир, 1989, с. 15.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий источник управляющих сигналов, блок измерения, источник питания, а также измерительные каналы, резистивные датчики температуры каждого из которых своими первыми выводами через коммутатор связаны с выводом источника питания и с входом блока измерения, причем источник управляющих сигналов подключен одним выходом к управляющим входам коммутаторов, а другим - к общей шине, к которой подсоединены вторые выводы резистивных датчиков температуры, источника питания и блока измерения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены параллельно включенные опорные резисторы с различными величинами сопротивлений, а источник питания выполнен в виде стабилизатора тока, при этом первые выводы резистивных датчиков температуры в каждом измерительном канале подключены к соответствующим входам коммутаторов других каналов, вторые выводы резистивных датчиков температуры объединены и подключены к выводам опорных резисторов, другие выводы которых соединены с соответствующими входами коммутаторов каждого канала, выполненных в виде мультиплексоров.

РИСУНКИ

Рисунок 1