Цифровой измеритель температуры

 

Иэобретение относится к температурньм измерениям и может быть использовано при построении цифровых измерителей температуры, рабо тающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения повышение точности измерения путем з меньшения аддитивных составляющих погрешности.входного усилителя, токов утечки переключателя полярности и компенсации изменения термоЭДС свободньтх спаев. Рабочий спай термоэлектрического преобразователя (ТП) помещают в среду, температуру которой надо измерить, в месте подключения свободных &паев ТП располагают термочувствительные резисторы 24 и 25. Компенсационное устройство (КУ) 6 используют следующим образом. В предыдущем такте, перед первым тактом первого цикла, сигналом с блока 10 управления устанавливают переключатели 18 и 19 в верхнее положение. Усилители 20 и 2 и резистор 23 образуют генератор постоянного тока, и его ток создает в индикаторной диагонали моста компенсирующее напряжение, которое подается на выход КУ 6. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. i (Л С ю «(in Kj СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„114 С 01 К 7/02

ВСЕГОК) а 4 ч

ГОСУДАРСТРЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3742062/24-10 (22) 24.05 .84 (46) 07 .07 .86 . Бюл. М - 25 (.71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В. Б. Здеб, Р. Н. Огирко, Е. И. Шморгун и В. А. Яцук (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 949351, кл. G 01 К 7/14, 1981 .

Авторское свидетельство СССР

& 1120180, кл . G 01 К-7/02, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМ1ЖРАТУРЫ (57,)Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения — повышение точности измеÄÄSUÄÄ 1242725 А1 рения путем уменьшения аддитивных составляющих погрешности. входного усилителя, токов утечки переключателя полярности и компенсации изменения термоЭДС свободных спаев. Рабочий спай термоэлектрического преобразователя (ТП) помещают в среду, температуру которой надо измерить, в месте подключения свободных спаев

ТП располагают термочувствительные резисторы 24 и 25. Компенсационное устройство (КУ) 6 используют следующим образом. В предыдущем такте, перед первым тактом первого дикла, сиг" налом с блока 10 управления устанавливают переключатели 18 и 19 в верхнее положение. Усилители 20 и 21 и резистор 23 образуют генератор постоянного тока, и его ток создает в индикаторной диагонали моста компенсирующее напряжение, которое подается на выход КУ 6. 1 s.ï. ф-лы, 5 ил.

1242725

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых измерителей температуры, работающих в комплексе с термоэлектрическими преобразователями.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем уменьшения аддитивных составляющих погрешности входного усилителя, токов утечки пе- !О реключателя полярности и компенсации изменения термоЭДС свободных спаев.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 — функциональная схема 15 компенсационного устройства; на фиг. 3 — схема двухвходового управляемого интегратора; на фиг. 4— схема блока управления; на фиг. 5— эпюры выходных напряжений на выходах 20 элементов блока управления.

Цифровой измеритель температуры содержит термоэлектрический преобразователь (ТП) 1, переключатель 2 полярности (ПП), усилитель 3, источник 4 напряжения смещения, сумматор 5, компенсационное устройство (КУ) 6, источник 7 опорного напряжения (ИОН), интегратор 8, нуль-.орган 9, блок 10 управления (БУ), генератор ll опорной ЗО частоты (ГОЧ), первый 12 и второй 13 селекторы, блок 14 линеаризации (БЛ)., цифровве отсчетное устройство 15 (ЦОУ), реверсивньгй счетчик (PC) 16, блок 17 индикации полярности (БИП).

Компенсационное устройство 6 (фиг. 2) содержит первый 18 и второй 19 переключатели полярности, первый 20, второй 21 и третий 22 усилители, образцовый резистор 23, два 4О термочувствительных 24 и 25 H два термонеэависимых 26 и 27 резистора.

Управляемый двухвходовый интегратор 8 (фиг. 3) содержит зарядные резисторы 28 и 29, электронные ключи 4е

30 — 32, усилитель 33 интегратора и конденсатор 34.

Блок управления (фиг. 4) содержит делитель 35 частоты, кольцевой счетчик (КСЧ) 36, элементы ИЛИ 37 — 40, RS-триггеры 41 — 43, D-триггер 44, элементы И 45 — 48 и элемент ИСКЛЮЧАК1ЦЕЕ ИЛИ 49. Первый селектор Cl 12 содержит два элемента И 50 и 51, а второй селектор С2 13 — один элемент И.

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

Перед измерением рабочий спай ТП 1 помещают в среду, температуру которой необходимо измерить, а в месте подключения свободных спаев ТП располагают термочувствительные резисторы 24 и 25.

Каждое измерение состоит из двух циклов, в свою очередь состоящих из трех тактов.

При включении питания устройства все его блоки устанавливаются в произвольное состояние, поэтому результат первого измерения будет лпибачным, остальные-правильными.

В первом такте первого цикла на входы сумматора поступает термоЭДС (-Ex) отрицательной полярности ТП 1, усиленная в К раз, напряжение (-V ) компенсационного устройства 6 и напряжение Рсва смещения, с выхода сумматора сумма указанных напряжений падается на первый вход интегратора 8, который интегрирует ее в течение первого такта, Ва втором такте по сигналу с блока управления интегратор интегрирует напряжение источника 7 опорного напряжения, поступающее на второй вход интегратора, в результате чего напряжение на выходе интегратора уменьшается . Момент равенства выходного напряжения интегратора 8 нулю фиксируется нуль-органом 9, который вырабатывает импульс и передает его в блок 10 управления.

Одновременно с началом второго такта сигналом с блока 10 управления импульсы с. генератора 11 опорной частоты подключаются через первый селектор 12 к суммирующему входу реверсивного счетчика 16. 3а время t между началом второго такта и моментам срабатывания нуль-органа 9 в первом цикле измерения в реверсивный счетчик 16 запишется Nq импульсов

I4 = о = jk< (-Ey+4 +VI-I+ Ы+ Ъ вЂ”

-Vg j -:- < ) Tq (1)

1е, I где fg - частота следования импульсов Г ОЧ вЂ” коэффициент усиления усилителя 3; Q — аддитивная составляющая погрешности, приведенная к входу;

VII — напряжение эквивалентной помехи;

Ю вЂ” результирующее падение напряжения ат токов утечки

242725 4

17 индикации полярности (БИ)1 : показывает знак "+", а в блоке 14 линеаризации подключается схема линеаризации положительных температур. Если наоборот, то БИП 17 заказывает знак а в блоке 14 лениаризации подключается схема линеаризации отрицательных температур.

Как видно из выражения (3), результат измерения не зависит от значений аддитивной составляющей погреш- . ности ААэквивалентной помехи и токов утечки. Кроме того, в устройстве обеспечена компенсация влияния изменения температуры свободных спаев ТП 1.

В третьем такте второго цикла производится индикация измеряемой температуры, а также ее знака. Кроме того, устанавливается начальное напряжение индикатора 8, переключается коммутатор и компенсационное устройство 6.

Компенсационное устройство используют следующим образом. В предыдущем перед первым тактом первого цикла такте сигналом с БУ 10 устанавливают первый 18 и второй 19 переключатели полярности в верхнее (фиг. 2) положение, тем самым прикладывая к инвертирующему входу усилителя 20

30 напряжение Ео ИОН 7, а инвертирующий вход усилителя 21 соединяют с общей шиной цифрового измерителя температуры. Усилители 20 и 21 с гальваническими развязанными цепями пи-, 35 тания и резистор 23 образу т генератор постоянного тока. Переключатели 18 и 19 полярности позволяют подключать напряжение к одному или другому входу генератора постоянного

4О тока и тем самым изменять направление его выходного тока. Ток генератора постоянного тока создает в индикаторной диагонали моста компенсирую5 щее напряжение которое снимается по-.

3 вторителем напряжения (усилитель 22) и подается на выход компенсирующего устройства. Усилитель 22 выполняет две функций: преобразует "плавающее"

О напряжение в индикаторной диагонали моста и входное напряжение Vg КУ 6 относительно общей шины цифрового измерителя, а также обеспечивает нулевое выходное сопротивление КУ.

3 1 переклкчателя 2 полярности и усилителя 3 на сопротивлениях элементов входной цепи устройства;

Vcq — напряжение. смещения;

Vg — выходное напряжение компенсационного устройства;

Tg — время интегрирования в.первом такте;

Ео — напряжение источника 7 опорного напряжения.

В третьем такте первого цикла происходит установка начального уровня интегратора 8 и по команде из блока

10 управления переключателя 2 полярности подает на вход усилителя 3 термоЭДС ТП 1 положительной полярности (+Е ). Также по команде из блока 10 управления изменяет знак на противоположный и выходное напряжение (+7к) компенсационного устройства 6.

В первом такте второго цикла интегратор интегрирует выходное напряжение сумматора, а во стором такте— напряжение Ео с выхода источника 7 опорного напряжения. С началом второго такта импульсы с выхода генератора опорной части (ГОЧ) 11 через селектор 12 проходят на вычитающий вход реверсивного счетчика 16. Блок

10 управления фиксирует момент времени перехода через нуль реверсивного счетчика (РС) 16 и момент срабатывания нуль-органа 9. В промежутке между этим по команде из БУ 10 выход ГОЧ 11 подключается через селектор 13 к входу блока 14 линеаризации.

В течение второго такта второго цикла измерения на вычитающий вход

PC 16 пройдет Ny импульсов

И =tz fд = 5k< (Е „+ a+Vn+ и у)+Чаи +

+ 1к1 -"-Г о, (2)

Если учесть, что РС 16 переходит через нулевое состояние после про4 хождения на его вычитающий вход Н: импульсов (частота ГОЧ 11 в обоих циклах постоянна), то интервал времени между началом второго такта второго цикла измерения и перехода

PC 16 через нуль равен t< . Поэтому . импульсы с выхода ГОЧ ll через селектор 13 на вход БЛ 14 пр ходят на протяжении времени 1у=tg-tg, эа которое поступит N импульсов — 1 о=11а-0 =2(К1Ек+ к)Ео

Если первым переходит через нуль

РС 16, а потом нуль-орган 9, то блок

В первом такте первого цикла напряжение (-Vq) равно

-Vp+gt-T Б-ь Б а-БУ»

-Ук= — — — — - - - — — + м (4) R ц Rt>+Rtq+Ry+Rq гце А(à — эквивалентная эдцитивпая

ooñò BHляю1??ая погрешности

Генератора гIастсянноГО тока) сопротивление резистора 23;,> сапртгивление термачувств«тельrfbfx резисторов 2А и

25; р 5,?

Pt,— сопротивление термонезави-"

cEIrfbIx резисторов 26 и 27; ацдитивная составляющая

?яогре??!насти усилителя 22.

5 ig

c1 I,EI—

В 1?ервам такте Вта)?ОГО цикла нагенератора ".oñòoÿ",øoão тока и повторителя напряжения.

Если соотношения между сопротивлениями т-рмочувствительным и гермснезависимых резисторов моста выбрать к ак В т?з лестном ус грсйстве та зав I" с«масть напряжения ат температуры будет иметь такой характер, как и термоЭДС ТП « практически будет ст-: сутствовать методическая погрешность .(?

3! -, HhI 3üUÇ в е! !ая разнь?и Видсм этих за" виспмсстей.

Блок 1 0 управле.!Ия (фиг . 4) работает следующим образом. Э

С помощью дег!«тегей 35 частоты из часта I ы 1 О 1 ) полу ч.а?Вт импульсы с требуемым 1;ериодом г!авторе««я, равным длительности такта. Ксльцевай счетчик 36 па шесть за время одного измерспия пОзвОляеT пОлучить на свОт?х шести выходах «м-лульсы одинаковой длительности, причем. соседние импульсы сдвчнуты во Вре."лени на один такт (фиг. 5, эг?юры 2-7 ) . Bbfxorrнь:е сигналы КСЧ 36 используются,пля синхронизации работы схемь:: БУ 1().

Поскольку в обоих циклах измерения так гы ЛОвтОряются, О с Выхода!л

« ч, 2 и 5, rr « 6 КСЧ 36 чере= cooTветственпа схемы ИЛИ 37-38 полу-чают с«гналы управления ключами 30

3? ин?ег!затора 8, передаваемь.е в него посрепством трехпроводной пгины управления ° С 13ыхадсв элементоВ

ИЛИ 37-39 соответственно через первыи про?Зсд перецают сиГнал управления первым тактом, второй провод — в roпряжение paBI!o

; с»+ 5 r ?- 3 - л Р..(; -R » Р. I(+7к =-- --"---- + Ьп?? а )

Ч.!р ? т ?.Р +Р1

Подстав«в зпа.- .erf«EI (-?7?!, и (+,!К)

В формулу,!), (2) и (3), получим„ чго напряжение I!::«е зависит о! Пддитивных составляющих пагрешно!ти 3. ? рым тактом и третий — трстьггм (фиг. 5, эпюры 8-10), С помощью RH-триггера 41 (с его прямого выхода) получают сигналы управления КУ 6 и ПП 2, при -ем его Р?зход подключен к BTopGMv Bf;Ixogу, а

8 — 13xog — I: пятому- Bbfxog „» КСЧ 36. 1rp« этом сигнал, например, логической ециницы соответствует одному положе««в ПП 2 « переключателей 18 и )9

КУ 6, а логического нуля — дт?угаму положению .

РЯ-триггерь 42 и !f3 испат-ьз чвт для фиксации моментов срабатывания

;:-1уль-органа (КО) и обнуления РС 16, пр« этом сигrfал срабатывания HO 9 и

И! -!аЛ С б i "ЛЕI Ия РС ) 6 r!Oä

1 I?bfxorr3 «С (1

?тря !Огс выха,цв. Р8 — триг:epe ) и с

faIIBepcEfoI Выхода Р8-триггер» !?2, формирует сигнал разрешения пер--.ому селектсру 12 г:оцачи и.,пул?.сов частоты fo ст ГС?Ч 1 Па су?.(мирующий вход

РС 16, CEII" HBII paa?!ешения формируется ст начала второго такта первого цикл;3. до 3 ?о; feEITrr pfrGQTbie III«rf 1(O OH

-,îñòóïàåò к первому селектору через двух прссвацную шину управления.

Элемент И 7 формирует сигнал разрешения пepHoIf"» селектору 12 поцачи импульсов частоты 1с от ГОЧ 1) на вьгчитакщий вход РС 16. Сигнал разрев!ения фармирустся От начала Второго тактa. вта:рога цикла до момента обнулегпля PC ) 6 (= |Eò. ", Зпк?ра 19)), 8 с ланг, когда РС 16 переходит через

:чуль „HB eão выходе вы раба Tbf?3 ereòñÿ ьсроткий импульс, который перебрасывает Р8-тригг р 43 . Сигнал с «нверс =OÃO ВЫХСДс? ЭТОГС ТPI»ÃÃer)B (fror I«leС к«й нуль1, подаваемый на вход элемента И 47. переводит ега в со! таяние логf«;FIIIIFol. о нуля, и таки:1 абра-!

?ам, Iaflpplrraeт подачу импульсов ст

ГОЧ 1) на выч«тающий вхс ; РС !6.

После эгаго в PC 16 записи импул!..Сав не происхс?дит, т.е,. он находится в

1242725 нулевом состоянии и нет необходимости в специальных схемах установки его нуля. Импульс разрешения (запре-. та) подается с выхода элемента И 47 на вход первого-селектора через двух-: проводную шину управления через второй провод.

Схема на элементе И 45 и D-триггере 44 служит для выработки сигнала 10 о полярности измеренной температуры.

Короткий импульс в момент срабатывания НО 9 во втором такте второго цикла подают на С-вход триггера 44, который в этот момент переписывает 15 информацию с D-входа на выход. Как видно из эпюр 12 и 13 (фиг. Б), при полоя<ительных температурах.во втором такте второго цикла импульс обнуления РС 1б приходит раньше, чем 20 импульс срабатывания НО 9. При этом на прямом выходе RS-триггера 43 будет сигнал логической единицы, кото,рый по приходу импульса НО 9 переписывается на выход D-триггера 44 и свидетельствует о том, что значение измеренной температуры положительно, а в противном случае (логический нуль) отрицательно.

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 49, а 30 также элемент И 48 вырабатывают сигнал управления вторым селектором 13.

Как видно из эпюр 14-17 (фиг. 5}, во втором такте второго цикла вторым селектором 13 управляет импульс,,длительность которого равна времени от момента обнуления РС 1б до момента срабатывания НО 9 при измерении положительных температур, и наоборот, от момента срабатывания НО 9 411 до момента обнуления PC 16 при измерении отрицательных температур. На протяжении этого времени импульсы от ГОС 11 через второй селектор 13 поступают на блок линеаризации 14. 45 формула изобретения

1. Цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преобразователь, подключенный к вхо.дам переключателя полярности, выход которого соединен с входом усилителя, источник напряжения смещения, интегратор, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через нуль-орган подключен к первому входу блока

|управления, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счет- чика, а выходы подключены к управляющим входам интегратора, блока линеаризации, блока индикации полярности, переключателя полярности и первым входам двух селекторов, вторые входы которых соединены с третьим входом блока управления и выходом генератора опорной частоты, а выходы селекторов соответственно соединены с входом реверсивного счетчика и входом блока тинеаризации, выход которого соединен с цифровым отсчетным устройством, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены компенсационное устройство и сумматор, входы которого соответственно соединены с выходами источника напряжения смещения, усилителя компенсационного устройства, а выход подключен к второму входу интегратора, при этом вход компенсационного устройства подключен к выходу источника опорного напряжения, а управляющий вход соединен с управляюшим входом переключателя.

2. Измеритель по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что компенсационное устройство содержит три дифференциальных чсилителя, образцовый резистор, два термочувствительных резистора, два термонезависимых резистора и два переключателя, первые входы которых соединены с входом компенсационного устройства, вторые входы подключены к общей шине цифрового измерителя температуры, управляющие входы соединены с управляющим входом компенсационного устройства, а выходы соответственно подключены к инвентирующим входам первого и второго усилителей, неинвентирующие входы которых соединены с общими шинами их источников питания и через образцовый резистор между собой, при этом выходы первого и второго усилителей через термочувствительные резисторы соединены соответственно с инвентирующим входом и выходом, а через термонезависимые резисторы — с выходом и инвентирующим входом третьего усилителя, неинвентирующий вход которого соединен с общей шиной цифрового измерителя температуры, а выход подключен к выходу компенсационного устройства.

12 2 "35

97!iz)

УЩ). ЬОд

pup,,У! 242 ;"

1ммг«смаке

2 ознеренив

Составитель В. Куликов

Редактор Н. Тупица Техред О.Гортвай Корректор М. Пожо

3690/37 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пл. делам изобретений и открытий

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

Заказ

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 г

4

Х

Ю

8

У

l0

77

11

1J

Ф

Я7

17 а

О

Р1 л

1

КС1 е 4

Ю мил и««л

««« л

rpuz. 41

«О4

A 1b ы 4с

7риг. 4У ж««л«

«и

«46

«47

7Puz 44

«Я7

«я

CV J