способ оценки термисторов и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01K15/00 Испытание или калибровка термометров |
Автор(ы): | Бегота Радислав Васильевич[UA], Дорожовец Михаил Миронович[UA], Ивахив Орест Васильевич[UA], Пацарнюк Ярослав Васильевич[UA], Шигера Игорь Юрьевич[UA] |
Патентообладатель(и): | Львовский политехнический институт (UA) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-03-04 публикация патента:
20.09.1997 |
Использование: для сортировки или подбора термисторов в области температурных измерений. Сущность: 1) способ оценки термисторов, заключающийся в измерении термометрического параметра у испытуемых термисторов и у образцового при m
2 значениях температуры, преобразовании измеренного значения в код, определении обобщающего показателя Li для каждого термистора по формуле
, где n - число проведенных измерений значений термометрического параметра, m - число контрольных значений температуры, aji - измеренное значение сопротивления термистора, сравнении образцового и испытуемого термисторов по обобщающему показателю и сортировки испытуемых термисторов по группам; 2) Устройство для реализации способа по п.1 содержит: g - испытуемых термисторов (1), один термостат (2), один измеритель термометрического параметра (3), один образцовый термистор (4), один коммутатор (5), один блок регистрации (6), один источник постоянного тока (7), один задатчик температуры в термостате (8), два компаратора напряжения (9, 10), один магазин опорных напряжений (11), один блок управления (12), два постоянных запоминающих устройства (13, 14), два оперативных запоминающих устройства (15, 16), один блок вычитания (17), один блок перемножения (18), один сумматор (19) и один исполнительный механизм (20). 2 с.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090026/8805.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849t.gif)
Формула изобретения
1. Способ оценки термисторов, заключающийся в измерении термометрического параметра у испытуемых термисторов и у образцового термистера при нескольких значениях температуры и обработке результатов измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности, измеряют значения термометрического параметра при m![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090026/8805.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-29t.gif)
где n число проведенных измерений значений термометрического параметра;
m число контрольных значений температуры;
aji измеренное значение сопротивления термистора,
после чего сравнивают образцовый и испытуемые термисторы по обобщающему показателю и сортируют испытуемые термисторы по группам. 2. Устройство для оценки термисторов, содержащее размещенный в термостате образцовый термистор, коммутатор, первый вход которого выполнен с возможностью подключения к нему испытуемых термисторов, а выход к входу измерителя термометрического параметра, и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, в него введены источник постоянного тока, задатчик температуры в термостате, первый и второй компараторы напряжения, магазин опорных напряжений, блок управления, первое и второе постоянные запоминающие устройства, первое и второе оперативные запоминающие устройства, блок вычитания, блок перемножения, сумматор и исполнительный механизм, при этом образцовый термистор токовыми выводами подключен к источнику постоянного тока, первым потенциальным выводом соединен с первыми входами первого и второго компараторов напряжения, к вторым входам которых подключены соответствующие выводы магазина опорных напряжений, а вторым потенциальным выводом соединен с третьими входами первого и второго компараторов, группа выходов измерителя термометрического параметра подключена к группе адресных входов первого постоянного запоминающего устройства, соединенного группой выходов с группой информационных входов первого оперативного запоминающего устройства, подключенного группой выходов к первой группе входов блока вычитания, подключенного группой выходов к первой группе входов блока перемножения, соединенного второй группой входов с группой выходов второго постоянного запоминающего устройства, а группой выходов подключенного к группе входов суммматора, подключенного группой выходов к группе информационных входов второго оперативного запоминающего устройства, соединенного первой группой выходов с группой входов блока регистрации, с второй группой входов сумматора и с группой входов исполнительного механизма, блок управления первым, вторым и третьим входами подключен соответственно к выходам первого и второго компараторов напряжения и выходу "Конец преобразования" измерителя термометрического параметра, а своим первым, вторым и третьим выходами соединен соответственно с управляющими входами задатчика температуры, блока регистрации и исполнительного механизма и входом "Начало преобразования" измерителя термометрического параметра, первая группа выходов блока управления соединена с группой адресных входов коммутатора и с вторыми группами адресных входов первого и второго оперативных запоминающих устройств, вторая группа выходов соединена с третьими группами входов первого и второго оперативных запоминающих устройств, третья группа выходов подключена к группе управляющих входов магазина опорных напряжений и к группе адресных входов второго постоянного запоминающего устройства, к второй группе входов блока вычитания и к группе управляющих входов измерителя термометрического параметра, выполненного в виде цифрового преобразователя сопротивления.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области температурных измерений и может использоваться для сортировки или подбора термисторов, имеющих идентичные с заданной точностью температурные зависимости их информативных параметров. Известен способ сортировки термометров сопротивления, заключающийся в том, что сначала измеряют значение сопротивления при нулевой температуре, а потом проводят оценку (сортировку) термисторов по значениям сопротивления, полученных при измерениях [1]Такой способ обладает высокой точностью сортировки только при подборе датчиков температуры с хорошей воспроизводимостью температурной чувствительности (например, датчики на проводниковых материалах). При сортировке полупроводниковых термометров (термисторов) указанный способ имеет невысокую точность, поскольку значения температурной чувствительности термисторов имеют сравнительно большой разброс и поэтому подбор по одному значению сопротивления, полученному при определенном значении температуры не может обеспечить требуемой точности сортировки. Наиболее близок к предложенному способ оценки термисторов [2] включающий измерение значений сопротивления последних при двух значениях температуры. При этом по полученным значениям сопротивлений определяют некоторый коэффициент B по формуле
B K lg R1/R2 (1)
где K постоянный коэффициент, соответствующий типу термистора; R1, R2 значения сопротивлений термисторов, полученных при двух значениях температуры. Коэффициент B отражает чувствительность термистора. Оценку термисторов в дальнейшем проводят по двум значениям: R1, B. Однако такой способ не может обеспечить высокой точности оценки (сортировки), поскольку чувствительность термисторов, изменяясь во всем диапазоне измерения температуры, имеет случайный характер как в любом диапазоне измерения, так и в каждой измеряемой точке. Значения чувствительности для термисторов могут изменяться в широких пределах [3]
Известно также устройство [4] которое можно использовать для реализации указанного способа, содержащее криостат с размещенными в нем контейнерами для образцового и градуируемых термопреобразователей, измеритель термометрического параметра, измерители тепловой инерции, коммутатор, генератор тактовых импульсов и регистратор, в качестве которого используется цифропечатающее устройство. В криостате поочередно устанавливаются определенные значения температуры, при которых методом сличения с образцовым термопреобразователем определяют значения сопротивлений градуируемых термисторов. При этом термисторы с помощью коммутатора поочередно подключаются к измерителю термометрического параметра. Измеренные значения записываются в регистратор. Однако указанное устройство не может обеспечить высокой точности оценки термисторов из-за большого различия температурных характеристик последних, поскольку не имеет средств для специальной обработки измерительной информации, по результатам которой можно выделить термисторы с идентичными температурными характеристиками. Цель изобретения повышение достоверности оценки термисторов. Поставленная цель достигается тем, что измеряют значение термометрического параметра у испытуемых и образцового термисторов при m
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090026/8805.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-2t.gif)
где n число проведенных измерений значений термометрического параметра, aji число контрольных значений температуры; j измеренное значение сопротивления термистора, после чего сравнивают образцовый и испытуемый термисторы по обобщающему показателю и сортируют испытуемые термисторы по группам. Для достижения указанной цели в устройство для оценки термисторов, содержащее размещенный в термостате образцовый термистор, коммутатор, первый вход которого выполнен с возможностью подключения к нему испытуемых термисторов, а выход ко входу измерителя термометрического параметра и блок регистрации дополнительно введены источник постоянного тока, задатчик температуры в термостате, первый и второй компараторы напряжения, магазин опорных напряжений, блок управления, первое и второе постоянное запоминающее устройство, первое и второе оперативное запоминающее устройство, блок вычитания, блок перемножения, сумматор и исполнительный механизм, при этом образцовый термистор своими токовыми выводами подключен к источнику постоянного тока, первым потенциальным выводом соединен с первыми входами первого и второго компараторов напряжения, ко вторым входам которых подключены соответствующие выводы магазина опорных напряжений, а вторым потенциальным выводом соединен с третьими входами первого и второго компараторов, группа выходов измерителя термометрического параметра подключена к группе адресных входов первого ПЗУ, соединенного группой выходов с группой информационных входов первого ОЗУ, подключенного группой выходов к первой группе входов блока вычитания, подключенного группой выходов к первой группе входов блока перемножения, соединенного второй группой входов с группой выходов второго ПЗУ, а группой выходов подключенного к группе входов сумматора, подключенного группой выходов к группе информационных входов второго ОЗУ, соединенного группой выходов с группой входов блока регистрации, со второй группой входов сумматора и с группой входов исполнительного механизма, блок управления первым, вторым и третьим входами, подключенный соответственно к выходам первого и второго компараторов напряжения к выходу "конец преобразования" измерителя термометрического параметра, а своим первым, вторым и третьим выходами соединенный соответственно с управляющими входами датчика температуры, блока регистрации и исполнительного механизма, и входом "начало преобразования" измерителя термометрического параметра, первая группа выходов блока управления соединена с группой адресных входов коммутатора и с группами адресных входов первого и второго ОЗУ, вторая группа выходов соединена с входами выборки первого и второго ОЗУ, третья группа выходов подключена к группе управляющих входов магазина опорных напряжений и к группе адресных входов второго ПЗУ, ко второй группе входов блока вычитания и к группе управляющих входов измерителя термометрического параметра, выполненного в виде цифрового преобразователя сопротивления. На фиг. 1 представлена схема указанного устройства, где: I1, I2, Ig испытуемые термисторы; 2 термостат; 3 - измеритель термометрического параметра; 4 образцовый термистор; 5 - коммутатор; 6 блок регистрации; 7 источник постоянного тока; 8 задатчик температуры в термостате; 9, 10 первый и второй компараторы напряжения; 11 - магазин опорных напряжений; 12 блок управления; 13, 14 первое и второе ПЗУ; 15, 16 первое и второе ОЗУ; 17 блок вычитания; 18 блок перемножения; 19 сумматор; 20 исполнительный механизм. На фиг. 2 представлена блок-схема блока управления 12, где 21, 22 - соответственно управляющий 21 и операционный 22 автоматы [5]
На фиг. 3, 4 представлены блок-схема микропрограммы и временные диаграммы работы блока управления 12. Приняты следующие обозначения меток (фиг. 4); 1 включение первого 15 и второго 16 ОЗУ; 2 выбор исследуемого термистора Ii (
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-3t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090005/948.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090005/948.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-4t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-5t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-6t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-7t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-8t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-9t.gif)
где ni количество возможных измеряемых значений сопротивления в одной измеряемой точке; Rнi номинальное значение измеренного сопротивления в этой точке;
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090005/948.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090141/916.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-10t.gif)
Далее каждому возможному значению сопротивления в порядке уменьшения ставят в соответствие числа натурального ряда
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-11t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-12t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-13t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-14t.gif)
где n количество всех возможных измеряемых значений сопротивлений термисторов с учетом их разброса; m количество элементов в одной комбинации, отвечающее количеству измеряемых точек на характеристике термистора; aji значение элемента на j-ом месте размещения, отвечающее i-му термистору;
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-15t.gif)
Uт= Rт
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090004/183.gif)
где Rт значение сопротивления образцового термистора при этой температуре. Это напряжение поступает на вторые входы компараторов 9, 10, на первые входы которых поступают напряжения с выходов магазина опорных напряжений 11 соответственно
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-16t.gif)
где
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-17t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-18t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-19t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-20t.gif)
где
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090005/948.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090005/948.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-21t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-22t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-23t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-24t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-25t.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-26t.gif)
соответственно при j
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090006/8800.gif)
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-27t.gif)
где Kji результат сложения, записанный в ОЗУ 16 по i-му адресу после j-ой проверяемой точки. После обработки результатов измерения, полученных при одном значении температуры и записи в ОЗУ 16 соответствующих чисел Kji, блок 12 вырабатывает на третьей группе выходов сигнал в блоки 3, 11, 14, 17, отвечающий (j+1)-му значению температуры. При этом в блоке 3 выставляется заданная дискретность измерения, а блок 11 устанавливает необходимые напряжения на входы компараторов 9, 10. На группе адресных входов блока 14 и второй группе входов блока 17 устанавливается число (j+1). Далее работа повторяется до тех пор, пока не будут пройдены все m значений температуры и измерены соответствующие значения сопротивлений термисторов I1,Iq. По окончании обработки результатов измерения сопротивления при температуре с индексом j m в блоке ОЗУ 15 получают следующие значения
![способ оценки термисторов и устройство для его осуществления, патент № 2090849](/images/patents/382/2090849/2090849-28t.gif)
представляющие собой номера типовых характеристик термисторов (см. (4)) или обобщающие числа соответствующих термисторов, однозначно определяемые их температурными зависимостями. Далее термисторы сортируются. Для этого по сигналу со второго выхода блока 12 информация, записанная в ОЗУ 16 регистрируется в блоке 6 и подается на исполнительный механизм 20, который расставляет термисторы по соответствующим ячейкам, в которых хранятся термисторы с идентичными температурными зависимостями. Устройство можно реализовать на микросхемах К572 (блок 3), К168 (блок 5), К564 (блоки 9, 10), К140 (блок 11), Е555 (блоки 12, 17-19), К556 (13, 14), К565 (15,16)
Источники информации
1. ТУ 25202221986-79. 2. ОЖО7468.031ТУ. 3. "Электрические измерения электрических и неэлектрических величин". Полищук В.С. К. "Вища школа", 1984 г. 4. А.С. СССР N 957014, G 01 K 15/00; 1978 г. 5. "Принципы организации ЦВМ" Майоров С.А. и др. Л. Машиностроение, 1974 г. 6. Коган В.С. "О преобразовании кодов, составленных по закону размещения в двоичные коды". Сборник научных трудов ЦНИИ связи, 1984 г. вып. 1.
Класс G01K15/00 Испытание или калибровка термометров