УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МОРСКОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к устройствам для измерения профиля температуры в морской среде и может быть использована для оперативного и долговременного измерения вертикального профиля температуры воды.
Распределение температуры морской воды по глубине (вертикальный профиль) является характеристикой, имеющей важное прикладное значение и предметом наблюдения, в частности, в океанологических исследованиях.
Вертикальное профилирование выполняется, в основном, с использованием температурных зондов, опускаемых с борта плавсредства, одноразовых обрывных зондов, автономных устройств, совершающих периодическое погружение и всплытие, а также с использованием распределенных по вертикали в водном слое температурных датчиков и промышленно выпускаемых СТД-зондов (измерители солености, температуры и давления).
Известна система измерения гидрологических параметров на больших глубинах с использованием обрывных зондов, содержащая обрывной развертываемый в морской воде зонд, имеющий один или несколько датчиков параметров морской воды, электрически соединенных с помощью провода малого диаметра с устройством запуска, установленным на судне - носителе зонда, например, таким как портативная (ручная) пусковая установка, пусковая установка, смонтированная на палубе, или пусковая установка, установленная внутри корпуса выше ватерлинии. Провод малого диаметра электрически подключен к измерительной аппаратуре сбора данных зонда. Измерительная аппаратура представляет собой систему сбора и анализа данных зонда и может быть, например, устройством, выполненным на основе персонального компьютера.
Известно применение датчиков для измерения температуры на основе терморезисторов, которые делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре.
Известен и широко применяется Гидрологический измеритель ГМУ-2, который предназначен для измерения гидростатического давления (уровня) и температуры воды в водохранилищах, прибрежной зоне морей и устьях рек, содержащий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером.
Для измерения температуры обычно используется мостовая схема и АЦП, что предъявляло повышенные требования к компонентам, а точность измерения ограничена разрядностью АЦП.
Известен цифровой термометр, содержащий датчик температуры, связанный с рабочим блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, цифровой сегментный дисплей, источник питания и порт связи с компьютером, снабжен линейным шкальным индикатором, выполненным с возможностью отображения скорости изменения температуры, причем в качестве датчика температуры использован термопреобразователь с нормальной статической характеристикой преобразования, пропорциональной температуре объекта измерения, который подключен по трехпроводной схеме, при этом, измерительные выводы датчика через измерительный усилитель, предпочтительно, выполненный по мостовой схеме, подключены на вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к микроконтроллеру, управляющие выводы которого связаны с управляющими входами цифрового сегментного дисплея, линейного шкального индикатора и разъемом порта связи с компьютером. Датчик температуры устанавливают на трубе системы охлаждения главного или вспомогательного двигателя (Патент ПМ РФ №66037, G01К 5/70, опубл. 27.08.2007).
Однако известное устройство имеет достаточно сложную аналоговую схему.
Технической проблемой является разработка устройства для измерения температуры морской воды без АЦП, без сложной аналоговой части, что обеспечивает улучшение технологичности данного измерителя и снижение его стоимости.
Технический результат заключается в расширении арсенала средств для измерения температуры морской воды в частности на больших глубинах
Проблема решается и технический результат достигается разработкой устройства для измерения температуры морской воды, которое содержит датчик температуры, включающий терморезистор, автогенератор и устройство для обработки данных.
Автогенератор состоит из термостабильного резистора, который подключен к формирователю сигнала, датчику температуры автогенератора и коммутатору.
Терморезистор датчика температуры подключен к коммутатору автогенератора по контуру обратной связи.
Устройство обработки данных включает измеритель целого числа тактов, измеритель дробной части тактов, к которым подключен формирователь сигнала автогенератора. Тактовый генератор устройства обработки данных подключен к измерителю целого числа тактов и измерителю дробной части тактов, которые соединены с  вычислителем температуры с таблицей калибровочных коэффициентов, выполненным с возможностью передачи данных внешнему потребителю через устройство ввода/вывода.
Вычислитель температуры с таблицей калибровочных коэффициентов выполнен с возможностью переключать коммутатор в режим работы "В", когда цепь обратной связи автогенератора подключена в обход терморезистора (только через термостабильный резистор), подает команду "пуск" на к измеритель целого числа тактов и измерителю дробной части тактов.
Вычислитель температуры с таблицей калибровочных коэффициентов может быть выполнен с возможностью переключения коммутатора в режим работы "А", когда в цепи обратной связи автогенератора, последовательно включены терморезистор и термостабильный резистор.
Для определения температуры используют соотношение частот работы автогенератора при подключенном/отключенном терморезисторе в составе цепи обратной связи автогенератора.
На фиг. 1 схематически представлено устройство измерения температуры морской воды, где автогенератор 1 включает в себя коммутатор 2, датчик температуры автогенератора 3, формирователь сигнала 4 и термостабильный резистор 5, устройство обработки данных 6, которое включает вычислитель температуры с таблицей калибровочных коэффициентов 7, измеритель целевого числа тактов 8, измеритель дробной части тактов 9, тактовый генератор 10, при этом устройство включает датчик температуры воды 11, включающий терморезистор 12  и устройство ввода вывода 13.
Для определения температуры используется соотношение частот работы автогенератора 1 при подключенном/отключенном терморезисторе 12 в составе цепи обратной связи автогенератора 1, а именно:
1 - автогенератор создает сигнал с частотой, зависящий от сопротивления в цепи обратной связи, 2 - коммутатор - включает/выключает терморезистор из контура обратной связи автогенератора, 3 - датчик температуры автогенератора - обеспечивает измерение температуры платы автогенератора для введения поправок, 4 - формирователь сигнала - обеспечивает автоколебание в контуре, 5 - Термостабильный резистор - эталонный элемент, 6 - устройство обработки данных - управляет работой устройства, 7 - вычислитель температуры, с таблицей калибровочных коэффициентов - управляет работой: коммутатора 2, определяя выбор обратной цепи измерения A/B; измерителей целого числа тактов 8 и дробного числа тактов 9, определяя момент начала измерения, 10 - тактовый генератор - генератор тактовой частоты, 8 - измеритель целого числа тактов измеряет количество тактов, полученных от тактового генератора за интервал времени, за которое приходит заданное кол-во тактов с выхода автогенератора, 9 - измеритель дробной части тактов измеряет часть такта между последним импульсом от тактового генератора и последним тактом от автогенератора, 11 - датчик температуры воды - внешний датчик, расположенный непосредственно в воде, 12 - терморезистор - чувствительный элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры среды, 13 - устройство ввода/вывода - преобразует данные в стандартный интерфейс, для обеспечения передачи информации между вычислителем и внешним потребителем информации.
Устройство измерения температуры воды работает следующим образом.
Для определения температуры используется соотношение частот работы автогенератора 1 при подключенном/отключенном терморезисторе 12 в составе цепи обратной связи автогенератора 1, а именно:
Шаг 1.
Вычислитель 7 переключает коммутатор 2 в режим работы "В", когда цепь обратной связи автогенератора 1 подключена в обход терморезистора 12 (только через термостабильный резистор 5), подает команду "пуск" на измерители тактов 8 и 9. Измерители тактов 8 и 9 отсчитывают заданное количество импульсов, пришедших из автогенератора 1 от формирователя сигнала 4. Измеритель тактов 8 фиксирует целое число тактов от тактового генератора 10 по достижению заданного количества импульсов автогенератора 1 и отправляет в вычислитель 7. Измеритель тактов 9 фиксирует оставшуюся часть такта от тактового генератора 10 после достижения заданного количества импульсов автогенератора 1 и отправляет в вычислитель температуры 7. Вычислитель температуры 7 определяет текущее значение с датчика температуры автогенератора 3.
Шаг 2.
Вычислитель температуры 7 переключает коммутатор 2 в режим работы "А", когда в цепи обратной связи автогенератора 1 последовательно включены терморезистор 12 и термостабильный резистор 5. Далее работа схемы, как на шаге 1.
Шаг 3. Вычислитель температуры 7, на основе полученных данных, используя зашитую таблицу калибровочных коэффициентов, обрабатывает полученные значения, формируя на их основе показания температуры жидкости, в которую погружен датчик температуры 11 с учетом поправок на температуру автогенератора 1. Вычислитель температуры 7 передает результат вычисления  внешнему потребителю через устройство ввода/вывода 13.