Цифровой измеритель температуры

 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при создании помехоустойчивых щитовых цифровых измерителей температуры, работаюо их в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения - повышение помехозащищенности и точности измерения температуры в условиях действия различных электрических помех без снютения быстродействия измерителя. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, коммутатор 2, преобразователь 5 напряжения во времешюй интервал, блок управления 6, селекторы 7 и 8, генератор 9 опорной частоты, триггер 10, блок линеаризации 11, цифровое отсчетное устройство 12., р1 версивный счетчик 13, блок индикации полярности 14, В устройство вновь введены первый 3 и второй 4 кo мyтиpyeмыe активные фильтры низких частот и одновибратор 15, Введение новых элементов и образование новых связей между элементами g

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (511,1. G 01 1(7/,Q2 ф ir» j 3 76 i y Pr ) у (Л

М.

I б:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3755458/24-10 (22) 26.06.84 (46) 15.04.86. Вюл. 1(- 14 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В;А. Яцук и P.H. Огирко (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 970133, кл. С 01 К 7/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР

11 - 1120180, кл. С 01 К 7/02, 1982. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗИЕРИТЕЛЬ ТЕ11ПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при создании помехоустойчивых щитовых цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения — повышение помехозащищенности и точности измерения температуры в условиях деиствия различных электрических помех без снижения быстродействия измерителя. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, коммутатор 2, преобразователь 5 напряжения во временной интервал, блок управления 6, селекторы 7 и 8, генератор 9 опорной частоты, триггер 10, блок линеаризации 11, цифровое отсчетное уст- ° ройство 12., реверсивный счетчик 13, блок индикации полярности 14. В устройство вновь введены первый 3 и S второй 4 коммутируемые активные фильтры низких частот и одновибратор 15.

Введение новых элементов и образование новых связей между элементами

1224609!

5 устройства позволяет достичь поставленную цель изобретения. Приводится схема коммутируемого активного фильт —, ра и схема преобразователя напряжения во временный интервал. В зависиИзобретение относится к термометрии и может быть использовано прн создании помехоустойчивых щитовых цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термо- 5 электрическими преобразователями.

Цель изобретения, — повышение помехозащищениости и точности измерения температуры в условиях действия различных электрических помех 1О без снижения быстродействия измерителя.

Иа фиг. 1 изображена блок-схема. цифрового измерителя температуры;

IIa фиг. 2 — принципиальная схема коммутируемого .активного фильтра; на фиг. 3 — блок-схема преобразователя напряжения во временной интервал; на фиг. 4 — схема управляемого двухвходового интегратора; на фиг. 5 — 2О схема блока управления; на фиг. 6 показано, какие сигналы и в какой последовательности формирует блок 6 управления па своих выходах при измерении положительных (1) и отрица- 25 тельных (ii) температур.

Цифровой измеритель lемпературы содержит (фиг. 1) термоэлектрический преобразователь (ТП) 1, коммутатор (переключатель полярности) 2, первый

3 и второй 4 коммутируемые активные фильгры низких частот (КАФ), преобразователь " напряжения во временной интервал (ПНВ), блок 6 управления (БУ), первый 7 и второй 8 селекторы, генератор 9 опорной частоты (101), триггер 10, блок ll линеаризации (БЛ), цифровое отсчетное устройство (ЦОУ) 12, реверсивный счетчик (РСЧ)

13, блок 14 индикации полярности 4О (БИП) и одновибратор 15.

Каждый из коммутируемых активных фильтров 3 и 4 содержит операционный усилитель 16, три резистора 1 7- 45 мых Hунктах формулы иэобре Гения Олив сано выполнение каждого из коммутируемых активных фильтров и преобразователя напряжения в интервал времени. 2:>.ï. ф-лы, 6 ил.

19„ ключ 20 и два конденсатора 21 и 22.

Преобразователь напряжения во временной интервал (фиг. 3) содержит операционный усилитель 23, управляемый двухвходовый интегратор 24, источник 25 опорного напряжения (ИОН) пуль-орган 26, сумматор 27 и источник 28 напряжения смещения.

Управляемый двухвходовый интегратор (УДИ) 24 содержит (фиг. 4) зарядные резисторы 29 и 30, электронные ключи 31-33, усилитель 34 интегратора и конденсатор 35. Первый вход

УДИ 24 подсоединен к выходу сумматора 27 и через резистор 29 и ключ

31 — к инвертирующему входу усилителя

34, к которому также через ключ 32 и резистор 30 поцсоединен выход источника 25 опорного напряжения. Выходом УДИ служит выход усилителя

34, который через параллельно соединенные конденсатор 35 и ключ 33 подсоединены к иивертирующему входу усилителя. Управляющие входы электронных ключей 31-33 подсоединены к управляющему входу УДИ 24.

Блок 6 управления (БУ) содержит (фиг. 5) делитель 36 частоты (ДЧ), кольцевой счетчик (КСЧ) 37, элементы

ИЛИ 38-41, RS-триггеры 42-44, D-триггер 45, элементы И 46-49 и элемент

ИСКЛ!ОЧА1ОЩЕЕ ИЛИ 50.

Селектор С2 8 содержит два элемента 51 и 52 И, а селектор Сl 7 — один элемент И.

Цифровой измеритель температуры работает с.педующнм образом.

Каждое измерение состоит из двух циклов, в свою очередь состоящих из трех тактов. Работа блока управления устройства идентична при измерении как положительных, так и отрицательных температур, за исключением некоторых особенностей.

1224609

При включении питания устройства все блоки устройства устанавливаются в произвольное состояние, поэтому результат первого измерения будет ошибочным, остальные — правильными.

В первом такте первого цикла по сигналам с БУ 6 интегратор 24 интегрирует напряжение с выхода сумматора 27, равное сумме напряжений источника 28 смещения и усиленного 10 в К раз напряжения отрицательной полярности термо-ЭДС ТП 1. В начале второго такта по сигналам с БУ 6 ком— мутатор 2 переключает полярность сигнала подаваемого с ТП 1 на вхо- Is ды фильтров 3 и 4, ключ 31 отключает от усилителя интегратора выход сумматора 27, ключ 32 нодключает к входу усилителя интегратора выход

HOLI 25, в результате чего напряжение на выходе интегратора начинает уменьшаться, а селектор 8 подключает выход ГОЧ 9 к суммирующему входу

РСЧ 13.

За время Т между началом второ- 25 го такта и моментом срабатывания нуль-органа 26, фиксирующего момент равенства нулю напряжения на выходе интегратора, в РСЧ 13 поступает М импульсов

N =Т fo ((— 1,+Ь +U„+ü„)Ê,+Uc>ll Г, (1) где К вЂ” частота следовачия и -1пул-— сов ГОЧ 9;

К, — коэффициент усиления усичи- 35 теля 23;

 — аддит1мная составляющая погрешности ПНВ, приведенная к входу„

Л вЂ” результирующее падение напряжения от токов утечки коммутатора 2 и входных токов усилителя 23 на сопротивлениях элементов входной цепи устройства;

U — напряж ние эквивалентной

Ь помехи постоянного тока и инфранизкой частоты;

UzÄ вЂ” напряжение смещения;

Т, — время интегрирования в первом такте;

Š— напряжение ИОН 25. 50 о

В третьем такте первого цикла по сигналам с БУ 6 ключи 31 и 32 размыкаются, а ключ 33 — замыкается и интегратор устанавливается в начальное состояние. 55

В первом такте второго цикла на усилитель интегратора поступает выходное напряжение сумматора 27, а во р ToÐoû TBKTe " 11а!Iряжение с Выхода

ИОН 25 .

С началам Второго такта второго цикла импульсв1 с выхода ГОЧ 9 поступают через селектор С2 8 на вычитающий вход РСЧ 13. БУ 6 фиксирует момент времени перехода через ноль

РСЧ 13 и момент срабатывания HO. В промежутке между этим по команде из БУ 6 выход ГО 1 9 подключается через селектор 7 и триггер 10 к входу БЛ 11.

В тече11ие второго такта второго цикла-.измерения иа вычитающий вход

1 СЧ 13 пройдет 11, импульсов

И =ТЛ = К, (1. +>„+U„+ )+uÄ вЂ” ° Г Т, (2)

Если учесть, что РСЧ 13 переходит черсз ноль после прохождения на его вычитающий вход И импульсов (частотд ГОч 9 В обоих циклах постоянна), та интервал времени между началом второго такта второго цикла измерения и переходом РСЧ 13 через ноль равен Т . Позтаму импульсы с выхода

ГОЧ 9 через селектор 7 на вход БЛ 11 проходят на протяжении времени Т и

=Т -Тг . За Время Т в блок линеариЗ 1ГЦ1В1 IIOC T y!! I I.P Ii > в (Э) о

Если первым через ноль переходит

РСЧ 13, а потом нуль †орг 26, то

Б11П 1 4 I!01(IiKQT зиа "+", а в блоке

11 линеаризации пацключается схема лине положительных температур, если же наоборот, то Б11П 14 покажет знак "-", а в блоке 11 линеаризацин подключается схема линеариэации отрицательных т емператур.

В третьем такте второго цикла производят индикацию измеряемой температуры, а также ее знака. Кроме того, устанавливают начальное напряжение интегратора 24.

Как видно из выражен. я (3), результат измерения ие зависит от значени11 аддитивлой составляющей погрешности 1, входных токов и токов утечки, а также помехи постоянного тока и и11фра11изка11 частоты.

Для подаВЛеПИя ПамЕХ нормального и абще1а вида, а также ослабления импульсных и несимметрп иных (искаже11ных) помех применены коммутируемые активные фильтры 3 и 4 с экви- . валентной постоянной времени

1224609

5 =(1+К,) С„(К„, -К„+К„+К„), г ) где С, — емкость конденсатора 1;

k =R /R †коэффицие усиления уси2 а 38 лителя ФНЧ, R, R„— сопротивление резисторов

17 п 18 соответственно;

,п, 1 i, R(g — сопротивление ТП, соединительной линии„коммутатора и резистора 19 соответственно.

Для лучшего подавления помех необходимо применять фильтры с боль/ /\. п3им значением . Однако это ведет к ув3еличешпо времени установления выходного напряжения при скачках входного, Для устранения этого недостатка в ФНЧ параллельно резистору 17 включен ключ 20, работа которого синхронизирована с моментами переключения коммутатора 2 и осуществляется с определенной задержкой отпускания, формируемой одновнбратором 15. В моменты переключения коммутатора ключ 20 замыкается и тем сапные резко уменьшаег коэффицпент $ снления К (практиче кн до одни нцы), что соотззетственно приводит н к резкому уменьшению Itoc.тоянной времени ФНЧ, а значит к г.уществе шому уменьшен3по времени установления выходного напряжения

ФП 1. С помощью одновибратора 15 задают время достаточное для перезаряда конденсатора 2! с необходимой точностью. После перезаряда конденсатора 21 размыкают ключ 20 и тем самым резко увеличивают постоянную времени с, а значит и коэффициент подавления помех., >

Ъ

Блок б управления (фиг. 5) работает следующим образом.

Ф

С помощью дел1лтеля 36 частоты из частоты f- ГОЧ получают импуль,сы с требуемым периодом повторения, равным длительности такта. ! (ольцевой счетчик 37 на шесть за

331зеия одного измерения позволяет получить на своих шести выходах импульсы одинаковой длительности, причем соседние импульсы сдвинуты во времени на один такт (см. фиг. 6, эпюры 2-7) . Выходные сигналы 1 СЧ 37 используются для синхронизацип работы схемы БУ 6. Поскольку в обеих циклах измерения такты повторяются, то с иыходозз 1 и 4, 2 и 5, 3 и б

КСЧ 37 через соответственно схемы

ИПИ 38-40 получают сигналы управления интегратором 24, передаваемые

5 в него посредством трехпроводной шины управления. С выходов элементов

ИШ1 36-40 соответственно через первый провод передают сигнал управ1Q ления первым тактом, второй провод вторым тактом и третий — третим (см. фиг. б, эпюры 8-10).

С помсщью RS-триггера 42 (с его прямого выхода) получают сигналы управления коммутатором 2 и одновибратором 15, причем его К-вход поцключен к второму выходу, а S-вход — к пятому выходу КСЧ 37. При этом сигнал, например, логической единицы

2Q соответствует одному положению коммутатора 2, а логического нуля — другому полох<ению.

RS-триггеры 43 и 44 используют для фиксации моментов срабатывания

25 HO 26 и обнуления РСЧ 13, при этом сигнал срабатывания НО 26 и сигнал обнуления РСЧ 13 подают на S-входы

RS-òpèããåðoâ 43 и 44 (см. фиг. 6, эпюры 14 и 15). Устано3зка P.S-тригз0 гера 43 в исходное состояние осуществляется подачей с выходо33 1 и 4 КСЧ

37 через элемент ИЛИ 41 сигнала на его R-3зход. RS-триггер 44 устанавливается в исходное состояние сигналом с шестого выхода КСЧ 37, подаваемым

35 на его R-вход.

Элемент И 47 (см. фиг. 6, эпюра

18), управляемьпл с выхода 2, КСЧ 37, с прямого выхода RS-триггера 42 и с инверсного выхода КБ-триггера 43 формирует сигнал разрешения селектору

Cl 8 подачи импульсов частоты fy от ГСЧ 9 па суммирующий вход РСг! ЪЗ.

Сигнал разрешения формируется от начала второго такта первого цикла до момента срабатывания НО 26. Он поступает к селектору 8 через двухпроводную шину управления.

Элемент И 48 формирует сигнал раз50 решения селектору С2 8 подачи импульсов частоты fo от ГОЧ 9 на вычитающий вход РСЧ 13. Сигнал разрешения формируется от начала второго такта цикла до момента обнуления РСЧ 13

55 (см, фиг. 6, эпюра 19). Б момент, когда PÑ× 13 переходит через нуль (например„ реверсивиые счетчики

К155ИЕб, К155ИЕ7), на его выходе

О и

2246О 1

7 1 вырабатывается короткий импульс. который! перебрасывает RS-триггер 44.

Сигнал с инверсного выхода этого триггера (логический нуль), подаваемый на вход элемента И 47, переводит его в состояние логического нуля и, таким образом, запрещаел подачу пм— пульсон ГОЧ 9 на вычитающий вход

РСЧ 13. После этого н PC× 13 записи импульсов не происходит, т.е. on находится н нулевом состоянии и нет необходимости в специальных схемах установки его нуля. Импульс разрешения (запрета) подается с выхода элемента И 48 на вход селектора 8 через двухпроводную шину управления через второй провод.

Схема на элементе И 46 и 13-триггере 4.5 служит для выработки сигнала о полярности измеренной температуры. 1(ороткий импульс в момент срабатывания 110 26 во втором такте второго цикла подают нл С-13ход тр!ьг1.ера

45, который в этот момент нереппсынает 1шформлцию с D-входа на выход.

Как 13идпо из эпюр 12 и 13 фиг. 6, при положительных температурах во втором такте второго цикла иьп1упьс обнуления РСЧ 13 приходит раньl!!e чем импульс срабать3вания НО 26. При . этом нл прямом выходе RS-триггера 44 будет сигнал логической единицы, который по приходу импульса НО 26 переписывается на выход D-триггера

45 и свидетельствует о том, что значение измеренной температуры положительно, а н противном случае (логический нуль) — отрицательно.

Элемент ИСКХПОЧЛЮЩЕЕ ИЛИ 50 а также элемент И 49 вырабатывают сигнал упранлепия селекторам 7. Как видно из эпюр 14-17 фиг. 6, во втором такте второго цикла селектором

7 управляет импульс,. длительность которого равна времени ат момента обнуления 1 -СЧ 13 до момента срабатывания НО 26 при измерении положительных температур и наоборот от момента. срабатывания НО 26 до моментами обнуления РСЧ 13 при измерении отрицательных температур. На протяжении этого времени импульсы от ГОЧ 9 через селектор 7 и триггер 10 поступают на БЛ 11.

Формула изобретения

1 . Цифровой измеритель т емпературы, содержа1ций термоэлектрический преобразонлтепь, подкл>о-IefIIIEIII к кolf мутатору, двухксдавый преабрлзавате.и. напряжеш!я в Ilflòåðâëë времени, выход которого падкпюче1! к первому входу блока управления, первьп! и в т 0 р с и I! I.!х О!! ы к 0 т с р 01 0 с 0 един e I If>1 с 11ервь1:!и вход >!if пер>Загс и второго селектора!3, 13тарые входы которых ссс;3>инены с выходом генератора onopf(f нси частоты и ьторым входом блока уира!33!ения, реп ерсивпый счетчик, су !мпруюш1гй и 13ь1-!1!тающий входы которого соединены с выходами второго селектора, а выход подключен к третьему входу блока управления, третий

13ы:.Oä которого подключен к блоку пнд!ьк lf nn по.!ярнссти и управля1ошему гхаду блока л нелризлцип, а четвертый ll пяты!! 13ыходы подктиочены соответ-: ст1 е1ша к управляющим 13ходлм когьмутатсрл и преабрлзаватепя напряжения н интервал ьремеlш, и цифро13ое отсчетное устрой."тво, соединенное с вы:.:одом блока лпнеаризац!ш, вход кото25 рого через тр1гггcр соединен с выхоца.! Ileðf3010 eel lclfòoð >, о т п и ч л 1о щ1! и с я тсf чта, с целью по13ышенпя !!Оь!ехо>зл1!!1!1!!<..ннастп и точпаст!! 1гзмере1шп температуры н условиях 1ейст131.я рлзлн шых электрически!-.< помех, 13 пег0 13ведснь> а;1новпб13лтар и д 3л кс;!мут1!13уемь1х актив ы фи 1ьтрл, пер!3ые входы которых соедиile!II>l с выхадлмп кот!мутатора, вторые

13хады подк:ночевы к общей шине измерителя температуры, в!>!ходы подключены к пхадл.! преобразователя нлпряженич в интервал врс::епи, л управляющие .зходы саед!и!сны с ныходом одновпбрлlopQ> вход котсрсгo подключен к

«eTaepI0.!у выходу блока управления.

2. Il ",epIITeпь па и. 1, о т л Ич л !о шийся тем, что каждый из коммутируемых активных фильтров 45 са,.",ержпт три резистора, двл кондепcIIT013ë и аперациогп!ый уси31итель, инверт1!рующ1!31 вход которого через параллельно включанные ключ и перньп! резпстОр соединен с ег0 выходам и через пер13ый конденсатор подключен к выходу фил1.трл, соединенному сооТ г.етстве1 на через второй резистор и

I;oe !едo: лтельно cue@If!Eel«ff,le второй ко1:денсатар и третий резистор с первым зходам ф1гп1трл и ннвертирующ1м входам аперацисш!Огo усилителя, неlпl>3СРТИРУЮЩ1!й 13ХОД КОТОРОГО IIOPKJIIO» чсн к «тараггу входу! фильтра.

3. Измеритель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что в преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий интегратор, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход через нуль-орган подключен к выходу преобразователя напряжения в интервал времени, управляющий вход которого соединен с управляющим входом

1224609

10 интегратора, введены дифференциальный усилитель, источник напряжения смещения и сумматор, выход которого соединен с вторым входом интегратора, а входы подключены к выходам источника напряжения смещения и дифферен,циального усилителя, входы которого подключены к входам преобразова теля напряжения в иетервал вре10 мени. . 2м оч

&тр. &о .фиг 4

Огп HQ йети

1224609 амид мережке из оперение

Уиит или za или зя или м

7pvz. 42

eo za рсч rs

Триг. ФЗ с или

77 им

И 47

Ф4д

Трое. 45

22

23

Составитель В, Куликов

Редактор Н. Киштулинец Техред И,Попович Корректор A. Ференц

Заказ 1940/38 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприяти», г. Ужгород, ул. Проектная, 4