Цифровой измеритель температуры
Устройство относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры. Целью изобретения является повьшение точности измерения за счет исключения влияния долговременной нестабильности элементов измерителя температуры. Устройство включает измерительный мост 1, усилитель 2 разбаланса, источник 3 опорного напряжения, четыре ключа 4-6, 14, инвертор 7, сумматор.8, два последовательно соединенных интегратора 9, 10, элемент 11 сравнения, блок 12 управления, генератор 13 импульсов , счетчик 15, блок 16 индикации . Линеаризация характеристики термосопротивления происходит за счет определения корня уравнения вида R Кд(1+АТ-ВТ), где RO- сопротивление при О С; А, Б - постоянные коэффициенты; Т - температура,с. Корень уравнения определяется двумя тактами интегрирования, что обусловлено новыми связями в устройстве (заряд и разряд последовательно соединенных интеграторов), это позволяет исключить нестабильность аналоговых элементов. 2 ил. с и (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИА ЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК ду с1 G Ol К 7/20
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3930598/24-10 (22) 18.07.85 (46) 07.01.87. Бюл. Ф 1 (71) Челябинский политехнический институт им,Ленинского комсомола и
Всесоюзный научно-исследовательский институт научного приборостроения
Ленинградского научно-производственного объединения "Буревестник" (72) А.И.Шааб, А.И.Иванов, И.П.Дерябин и В.Ф.Скороходов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 662871, кл. G Ol К 7/20, 1972.
Авторское свидетельство СССР
N 974146, кл. С 01 К 7/20, 1982. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Устройство относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры. Целью изобретения является повьппение точности измерения за счет исключения влияния
„„SU „„1281922 А I долговременной нестабильности элементов измерителя температуры. Устройство включает измерительный мост
1, усилитель 2 разбаланса, источник
3 опорного напряжения, четыре ключа
4 — 6, 14, инвертор 7, сумматор 8, два последовательно соединенных интегратора 9, 10, элемент 11 сравнения, блок 12 управления, генератор 13 импульсов, счетчик 15, блок 16 индикации. Линеаризация характеристики термосопротивления происходит за счет определения корня уравнения вида R=
=R (1+АТ вЂ” BT ), где К вЂ” сопротивление при 0 С; А,  — постоянные коэфо фициенты; Т вЂ” температура, С. Корень уравнения: определяется двумя тактами интегрирования, что обусловлено новыми связями в устройстве (заряд и разряд последовательно соединенных интеграторов), это позволяет исключить нестабильность аналоговых элементов. 2 ил.
1 l2
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устроиств для измерения температуры с нелинейной выходной характеристикой первичного преобразователя, например платинового термометра сопротивления.
Цель изобретения — пэвышение точности измерения температуры.
На фиг.l изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 графики напряжений, поясняющие работу устройства.
Устройство содержит измерительный мост 1 с термозависимым сопротивлением в одном из плеч, усилитель 2 разбаланса, источник 3 опорного напряжения, первый ключ 4, второй ключ
5, третий ключ 6, инвертор 7, сумматор 8, первый интегратор 9, второй интегратор 10, элемент 11 сравнения, блок 12 управления, генератор 13 тактовых импульсов, четвертый ключ 14, реверсивный счетчик 15, блок 16 индикации. а
Устройство работает следующим образом.
Предварительно по команде блока
12 управления производится обнуление первого интегратора 9, второго интегратора 10 и счетчика 15. Одновременно по команде блока 12 управления приводятся в исходное состояние ключи 4 — 6 и 14 (все ключи закрыты).
Аналого-цифровое преобразование начинается по команде блока 12 управления, который открывает ключи ч, 5 и 14, снимает обнулящие сигналы с первого интегратора 9, второго интегратора 10 и счетчика 15, и начинается первый такт работы устройства.
При этом на первый вход сумматора 8 поступает через инвертор 7 усиленное усилителем 2 напряжение разбаланса (-U ) а на второй вход — напряжение
У опорного источника (V;) . Первый интегратор 9 начинает интегрировать напряжение (U — U ), поступающее на его вход с выхода сумматора 8, второй интегратор 10 интегрирует выходное напряжение первого интегратора
9, счетчик 15 начинает подсчитывать импульсы от генератора 13 в режиме прямого счета, задаваемого блоком
l2 управления подачей соответствующего сигнала на управляющий вход счетчика 15. Процесс интегрирования
81922 2 происходит в течение заданного интервала времени t,(фиг.2).
Интервал времени интегрирования задается моментом начала счета счетчика 15 и кончается в момент переполнения счетчика 15. Импульс переполнения по окончании заданного интервала времени, поступает на второй вход блока 12 управления, кото l0 рый обнуляет первый интегратор 9, закрывает ключи 5 и 14, открывает ключ 6 и задает режим обратного счета счетчику 15 подачей соответствующего сигнала на его управляющий вход.
При этом на первый вход сумматора 8 поступает через инвертор 7 напряжение опорного сигнала (-U ) обратной полярности. Начинается второй такт работы устройства, состоящий в интег20 рировании напряжения (-U ) первым интегратором 9. Выходное напряжение интегратора 9 поступает на вход второго интегратора 10 и разряжает его.
Во время второго такта работы уст25 ройства импульсы генератора 13 через ключ 4 продолжают поступать на счетчик 15, который работает в режиме обратного счета. Второй такт и весь процесс измерения оканчиваются одновременно в момент, когда выходное напряжение второго интегратора 10 становится равным нулю. В момент равенства нулю срабатывает элемент 11 сравнения, по сигналу которого блок
12 управления закрывает ключ 4. Фактически счетчик 15 измеряет время второго такта, подсчитывая импульсы, поступающие с генератора 13. После процесса аналого-цифрового преобразования код в счетчике 15 прямо пропорционален измеряемой температуре, и по команде блока управления полученный код передается из счетчика
l5 в блок 16 индикации. При следующем измерении описанный процесс повторяется.
Температура, подлежащая измерению, воздействует на термометрическое сопротивление моста 1, величина сопротивления R которого в зависимости от температуры изменяется по закону
К = К„(1+АT-BT ), (1) где К вЂ” значение сопротивления при
0 С;
А  — постоянные коэффициенты;
У о
Т вЂ” температура, С.
Если выразить температуру в уравнении ()) через сопротивление R, то получим
1281922
А (A т.= — — — (— -) 2В ) 2В (2) (11) (12) 10 (16) Напряжение разбаланса, поступающее с выхода измерительного моста 1, равно
UN = K„(R — RQ) j (3) где К м — коэффициент преобразования моста 1.
Напряжение разбаланса, усиленное усилителем 2, равно
К„Км(— Ro) (4) где K> — коэффйциент усилителя 2, Опйсанная работа предлагаемого устройства основана на последовательном интегрировании разности опорного сигнала (V ) и выходного сигнала усилителя 2 (Б<,) первым интегратором 9, а затем вторым интегратором 10 в течение заданного интервала времени t1.
Во время первого такта интегрирования выходное напряжение первого интегратора 9 описывается зависимостью
U,(t)=К, f (V,-V )dt=K,(U. -U„)t,(Я где К вЂ” коэффициейт интегратора 9.
На выходе второго интегратора 10 напряжение определяется соотношением с + о() . <о 9() <о 9(о
U ) tdt = ->-- (U — U ) t (6)
2 30 где K — коэффициент интегратора 10.
По окончании интервала времени t1 на выходе интегратора 10 формируется напряжение — — -(v -v) t
К Кю
3 (35
Первый интегратор разряжается до нуля подачей импульса обнуления, а на
его вход подается напряжение опорного источника 3 через инвертор 7. 40
Во время второго такта интегрирования выходное напряжение первого интегратора 9 описывается зависимость
U9(t)=к J (-U )dt=-к U. t. (7)
Разряд второго интегратора 10 45 происходит по закону
<о () 2 (о П ) < <о < Кз11о 1
Ко К<о о
Ко К<о 2 KN KN< (U — U)t. — — — — — U t о < 2 о 50
В процессе разряда второго интегратора измеряется время
После полного разряда получается уравнение (U-U )t =-> — U
Ko Kioo г KКю г
1 (9) 55
Выразив время, измеряемое счетчиком 15, получим, чтс оно не зависит от коэффициентов К и К, -1 U — ц
t (о
Времена t u t равны
t,= N,/f;
N,— N
t = --- — ->
f где f — частота следования импульсов от генератора 13;
Н вЂ” максимальная емкость счетчика 15;
N — код в счетчике по окончании второго такта интегрирования.
Учитывая (11) и (!2), перепишем уравйение (10)
N = N. — N -"- - — "--" <<3)
4и.
Максимальную емкость счетчика N, напряжение опорного источника U о т коэффициенты К, К щ выбираем таким образом - А (14) о о 2В
К Км
1 (15) о
С учетом (4), (14) и (15) уравнение (13) перепишется
А A R - R
11 = — — — (— -)
2В 2В R В
Сравнивая (16) и (2), .видим, что код в счетчике 15 равен измеряемой температуре Т.
Ф о р м у л а изобретения
Цифровой измеритель температуры, содержащий мост с термопреобразователем в одном из плеч, выход которого подключен к входу усилителя разбаланса, инвертор, выход которого соединен с первым входом сумматора, два последовательно соединенных интегратора, источник опорного напряжения, элемент сравнения, четыре ключа, генератор тактовых импульсов, двоично-десятичный счетчик, блок управления, блок индикации, причем управляющие входы ключей, входы обнуления и переключения знака сложения двоично-десятичного счетчика, управляющий вход устройства индикации, а также входы обнуления интеграторов соединены с выходом блока управления, а выход генератора тактовых импульсов соединен через первый ключ с входом двоично-десятичного счетчика, выход которого соединен с входом блока индикации, о т л и ч а ю щ и й1281
С остави тель Е . Зыков
Техред Л.Олейник Корректор Т.Колб
Редактор О.Бугир
Заказ 7254/37 Тираж 7 76 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 с я тем, что, с целью повышения точности за счет устранения влияния долговременной и .температурной нестабильности коэффициентов передачи интеграторов на результат измерения, выход усилителя разбаланса соединен с входом инвертора через второй ключ, выход источника опорного напряжения через третий ключ соединен с входом
922 6
1 инвертора и через четвертый ключ с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого интегратора, а выход второго интегратора подключен к входу элемента срав= нения, выход которого и выход переполнения двоично-десятичного счетчика соединены с входами блока управления.
