SU757876A1

SU757876A1 - Устройство для измерения температуры 1

Info

Publication number: SU757876A1
Application number: SU782600279A
Authority: SU
Inventors: Aleksandr P Poddubnyj
Original assignee: Mo Inzh Fiz Inst
Priority date: 1978-04-06
Filing date: 1978-04-06
Publication date: 1980-08-23

Description

Изобретение относится к области термометрии, преимущественно к измерению температуры объектов.

Известно устройство для измерения $ температуры, содержащее преобразователь температуры, схему измерения, блок индикации [Ϊ].

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерения, Ю так как его работа основана на предложении о неизменности постоянной времени датчика температуры. На самом деле переходный процесс на выходе датчика определяется не только его|5 собственной постоянной, но в значительной степени зависит от характера взаимодействия системы датчик - измеряемое тело: плотный или неплотный контакт (наличие теплового сопротив- 20 ления), сухой или мокрый датчик (стерилизация при медицинских измерениях) , характер поверхности тела, теп— лообмен. Все это приводит к непредсказуемым изменениям постоянной вре- 25 мени переходного процесса и, в свою очередь, к большой погрешности измерения известного устройства, имеющего фиксированную настройку и не учитывающего эти изменения. 30

2

Наиболее близким к данному предложению по технической сущности явля ется устройство для измерения температуры, содержащее блок индикации, последовательно включенные преобразователь температуры, нуль-орган, блок выдержки времени, запоминающий блок, один вход которого подключен к выходу преобразователя температуры а его управляющий вход подсоединен к выходу блока выдержки времени [2].

Однако данному устройству присущи серьезные недостатки - влияние на точность измерения окружающей температуры (начального охлаждения датчика), а также сильное влияние изменения постоянной времени переход ного процесса на выходе датчика, зависящего от характера взаимодействия системы датчик-тело, что не позволяет получить значительный выигрыш в быстродействии.

Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном увеличении быстродействия устройства, для чего введены в него дифференцирующий блок, делитель напряжения, компаратор, дифференциальный усилитель, линейный сумматор.

3

757876

4

дополнительные первый и второй запоминающие блоки, причем вход дифференцирующего блока соединен с выходом преобразователя температуры, выход дифференцирующего блока соединен со входом первого дополнительного запо- минающего блока и с первым входом ³

компаратора, выход первого дополнительного запоминающего блока подключен ко входу делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом компаратора, управляющий вход первого дополнительного запоминающего блока соединен с выходом блока выдержки времени, а управляющий вход второго - с выходом компаратора, выход дифференциального усилителя сое-15 динен с первым входом линейного сумматора, выход линейного сумматора подключен ко входу второго дополнительного запоминающего блока, выход которого соединен со входом блока ин- 20 дикации, неинвертирующий вход дифференциального усилителя и второй вход линейного сумматора соединены с выходом преобразователя температуры, а инвертирующий вход - с выходом запо-25 минающего блока, причем нуль-орган выполнен в виде устройства фиксации начала измерения, а второй дополнительный запоминающий блок выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы изменения напряжения (и) во времени

Устройство для измерения температуры содержит преобразователь температуры 1, нуль-орган 2, блок выдержки времени 3, запоминающий блок 4, дифференцирующий блок 5, запоминающий 40 блок 6, делитель напряжения 7, компаратор 8, дифференциальный усилитель 9, линейный сумматор 10, запоминающий блок 11, блок индикации 12.

Устройство работает следующим 45

образом.

После подключения датчика к объему измерения на выходе преобразователя температуры 1 начинает нарастать напряжение (и, на фиг. 3). В момент 50

нуль-орган срабатывает и запускает блок выдержки 3, который через фиксированный интервал времени фиксирует напряжение на выходе запоминающего блока 4 на уровне и(и₆ 55

на фиг. 3). В то же самое время на выходе дифференцирующего блока 5 формируется производная сигнала на выходе преобразователя температуры (и«, на фиг. 3) . В момент времени ι, запоминающий блок 6 фиксирует на 60

своем выходе значение производной, соответствующей моменту ц, и далее это значение через делитель напряжения 7 с коэффициентом деления А (ϋ₅ на фиг. 3) подается на первый 65

вход компаратора 8, на второй вход которого подается сигнал с выхода дифференцирующего блока 5. Информация с выхода линейного сумматора 10 подается на вход запоминающего блока 11. В момент времени £₂ напряжения на входах компаратора сравниваются, он срабатывает и, в свою очередь, фиксирует напряжение на выходе запоминающего блока 11 на уровне

^9 ⁺ ι-а " -^υπΊ ) » (!)

где и_п2 - напряжение на выходе преобразователя температуры в момент времени

1/1-А - коэффициент усиления дифференциального усилителя;

А - коэффициент передачи делителя напряжения.

Это значение фиксируется блоком индикации как измеренное значение температуры.

Можно показать и теоретически и экспериментально, что в момент времени £_ζ величина 11^, описываемая выражением (1), является точным значением измеряемой величины 11_т и не зависит ни от начального охлаждения дат чика (и_н на фиг. 3), ни от величины постоянной времени переходного про цесса на выходе датчика. Процесс на выходе преобразователя температуры описывается выражением

-Б/г

и₄ (О = (и_т-и_н) · (1 -ζ °) + и_н,(2)

где 'С_о“ постоянная времени переходного процесса на выходе датчика температуры.

Производная выражения (2) (сигнал на выходе дифференцирующего блока) будет иметь вид

и; (£) = и₄ = (и_т -и_н) £ е (°з)

Из диаграмм [Д и Щ· на фиг. 3 и из (3) следует, что в момент времени £₂ (момент срабатывания компаратора) выполняется условие

и₄ (£₂)/и₄ (ц)=а= соп₃£=г(4)

Так как Ιζ, ( £^ )=и_м , Щ ( £ ) =и_П2 , то, используя выражения (2) и (4) и подставляя соответствующие значения в выражение (1), можно легко убедиться, что и₉=и_т. В предлагаемой схеме автоматически отыскивается такая точка на переходной характеристике (£_г), которая обеспечивает исключение влияния изменения Ъ_о и и_м на результат измерения.

Время измерения можно еще больше уменьшить, если запускать устройство выдержки времени не в момент £_о (с помощью нуль-органа), а в момент £ —0. Для этого в качестве нуль-органа можно использовать устройство фиксации начала измерения, которое может быть реализовано с помощью дифференцирующей цепочки и усилителя. Такое устройство преоб5

757876

6

разует медленные изменения входного сигнала в быстрые выходные с большой амплитудой.

В случае, если устройство для измерения температуры должно иметь цифровой выход, в качестве запоминающего блока 11 (см. фиг. 2) может быть использован аналого-цифровой преобразователь с однократным запуском, который фиксирует в момент времени цифровой код, соответствующий измеренному значению.

Настройка предлагаемого устройства не требует проведения специальных температурных измерений и заключается только в подстройке коэффициента усиления дифференциального усилителя в соответствии с выбранным коэффициентом передачи делителя напряжения 7 (см. фиг. 2), что является достоинством с точки зрения технологичности схемы.

Конкретная реализация предлагаемого устройства не представляет затруднений. Преобразователь температуры, нуль-орган, дифференцирующий блок, компаратор, дифференциальный усилитель и линейный сумматор легко реализуются с помощью операционных усилителей по стандартной схемотехнике, блок выдержки времени реализуется, например, с помощью одновибратора, делитель напряжения на резисторах, запоминающий блок - с помощью ключа и конденсатора.

Сравнительные испытания прототипа и предложенного устройства при одинаковых условиях показали одновременное повышение точности в 2-3 ра за и быстродействия - в 5-10 раз.

10

15

20

25

30

35

Claims

Формула изобретения

40

1. Устройство для измерения температуры, содержащее блок индикации, последовательно включенные преобразователь температуры, нуль-орган, блок вьщержки времени, а также запоминающий блок, один вход которого подключен к выходу преобразователя температуры, а его управляющий вход подсое

15

,50

динен - к выходу блока выдержки време

ни,

отличающееся тем, что,

с целью повышения точности и быстродействия устройства, в него введены дифференцирующий блок, делитель напряжения, компаратор, дифференциальный усилитель, линейный сумматор, дополнительные первый и второй запоминающие блоки, причем вход дифференцирующего блока соединен с выходом преобразователя температуры, выход дифференцирующего блока соединен со входом первого дополнительного запоминающего блока и с первым входом компаратора, выход первого дополнительного запоминающего блока подключен ко входу делителя напряжения, выход которого соединен со вторым входом компаратора, управляющий вход первого дополнительного запоминающего блока соединен с выходом блока выдержки времени, а управляющий вход второго - с выходом компаратора, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом линейного сумматора, выход линейного сумматора подключен ко входу второго дополнительного запоминающего блока, выход которого соединен со входом блока индикации, неинвертирующий вход дифференциального усилителя и второй вход линейного сумматора соединены с выходом преобразователя температуры, а инвертирующий вход дифференциального усилителя

запоминающего блока.
2. Устройство по π. 1, чающееся тем, выполнен в виде устройства фиксации начала измерения.
3. Устройство поп. 1, отличающееся тем, что второй дополнительный запоминающий блок выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя.