Цифровой термометр

 

Изобретение относится к цифровым термометрам с термопреобразователями сопротивления. Цель изобретения - повышение точности измерения и повышение надеясности работы устройства, которое содержит термопреобразователь 12 1, двухпроводные линии 2 и 3, резисторы 4, 5, 6 и 7, коммутаторы 8, ,9, 10, 11, 12 и 13, стабилизатор 14 тока , аналого-цифровой преобразователь 15, блок 16 вычисления, блок 17 индикации , блок 18 памяти и блок 19 управления . Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить влияние переходных сопротивлений ключей на точность измерения сопротивления термопреобразрвателя 1 за счет схемы соединения ключей, позволяющей в каждом из шести тактов измерения формировать на выходе аналого-цифрового преобраз ователя 15 код, пропорциональный разности напряжений на входах коммутаторов 8-13 высокого и низкого уровней, величина которого не зависит от величины переходных сопротивлений ключей. 1 ил. Q (О (Л to со Р5 00 ел со

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5D 4 G 01 К 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3970418/24-10 (22) 29.10.85 (46) 15.03.87. Бюл. У 10 (71) Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промышленности "Союзгеофиэприбор" (72) Э.M. Бромберг, Р.К. Велиев и К.Г. Садраддинов (53) 536,531(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 9.32283, кл. G 01 К 7/16, 1980.

Авторское свидетельство СССР

И - 1177687, кл. G Ol К 7/16, 1983. (54) 1(ИФРОВОЙ ТЕР110ИЕТР (57) Изобретение относится к цифровым термометрам с термопреобразователяии сопротивления. Цель изобретения — повышение точности измерения и повышение надежности работы устройства, которое содержит термопреобразователь

„„SU„„1296859 А 1

1, двухпроводные линии 2 и 3, резисторы 4, 5, 6 и 7, коммутаторы 8,,9, 10, 11, 12 и 13, стабилизатор 14 тока, аналого-цифровой преобразователь

15, блок 16 вычисления, блок 17 и дикации, блок 18 памяти и блок 19 управления. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить влияние переходных сопротивлений ключей на точность измерения сопротивления термопреобразователя 1 за счет схемы соединения ключей, позволяющей в каждом из шести тактов измерения формировать на выходе аналого-цифрового преобразователя 15 код, пропорциональный разности напряжений на входах коммутаторов 8-13 высокого и низкого уровней, величина которого не зависит от величины переходных сопротивлений ключей. 1 ил. термопреобразователя от температуры.

Блок памяти может состоять из постоянно запоминающего узла, предназначенного для хранения программы, и программируемого постоянно запоминающего узла, предназначенного для хранения значений коэффициентов. В качестве блока памяти может быль использована стандартная БИС.

Блок управления предназначен для управления работой всего цифрового термометра. Он может, например, состоять из генератора тактовых импульсов, ключа, дешифратора, счетчика, вход которого через ключ соединен с выходом генератора, а выходы подключены к входам дешифратора, выходы которого являются выходами блока управления„ При поступлении коман11 11 ды Пуск ключ открывается, импульсы из генератора тактовой частоты через ключ поступают на вход счетчика и на выходах дешифратора начинает формироваться последовательность команд управления.

Цифровой термометр работает следующим образом.

При поступлении в блок управления команды 1 Пуск> на его выходах начинает формироваться последовательность команд, которые поступают на управляющие входы ключей, аналого-цифрового преобразователя, блока вычисления, блока памяти и блока индикации. Весь процесс измерения осуществляется за шесть тактов. В первом такте блок управления формирует последовательность команд, по которым стабилизатор 14 тока через один из ключей коммутатора 12, основной 4 и дополнительный 6 резисторы и один из ключей коммутатора 8 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 12 и 8 подключаются соответственно к компараторам высокого и низкого уровня аналого-цифрового преобразователя 15. Таким образом на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным основному и дополнительному резисторам

4, 6 и проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 8, а на вход компаратора низкого уровня — напряжение, пропорциональное только проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 8. В результате на выходе преобразователя 15 формируется код !

11,, поступающий в блок 16 и пропор1 1296859

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к цифровым термометрам с термопреобразователями сопротивления.

Цель изобретения — повышение точ5 ности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения изменений переходных сопротивлений ключей и нелинейности аналого-цифрового преобра.зователя, а также повышение надежности работы цифрового термометра.

На. чертеже приведена блок-схема цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термо- f5 преобразователь 1 сопротивления, подключенный к четырем проводам двух двухпроводных линий 2 и 3, где В„

Л,, R,, R„, эквивалентны сопротив-, лениям соответствующих проводов ли- 2п ний связи, резисторы 4 и 5, дополнительные резисторы 6 и 7, первый коммутатор 8, второй коммутатор 9, третий коммутатор !О, четвертый коммутатор ll, пятый коммутатор 12, шес- 25 той коммутатор 13, стабилизатор 14 тока, аналого-цифровой преобразователь с компаратором 15 низкого уровня, блок 16 вычисления, блок 17 индикации, блок 18 памяти и блок 19 уп- 30 равления. . Каждый коммутатор выполнен в виде двух ключей, информационные входы и управляющие входы которых соединены между собой. Блок вычисления предназ- 35 начен для приема информации из аналого-цифрового преобразователя и значений коэффициентов из блока памяти, вычисления сопротивления термопреобразователя и определения темпе- 40 ратуры. В качестве блока вычисления могут быть использованы как однокристальные микропроцессоры, так и микропроцессорные комплекты БИС серий

К580, К581 и других, подключение ко- 4 торых осуществляется в полном соответствии с руководством по их применению.

Блок 18 памяти предназначен для хранения значений основных и дополнительных сопротивлений, коэффициентов полинома, аппроксимирующего градуировочную характеристику термопреобразователя сопротивления, а также программы, по которым блок вычисления осуществляет вычисление сопротивления термопреобразователя и определение температуры по полиномиальной зависимости сопротивления

lэ96

3 циональный напряжению на посЛедовательно включенных основном и дополнительном резисторах 4 и 6. Код И, может быть представлен в виде

И =a ++a, (В„„+Л ), где а,, a, — коэффициенты, зависящие

,от коэффициентов передачи измерительного тракта цифрового термометра, изменение которых обус- 10 ловливает соответственно аудитивную и мультипликативную погрешности тракта;

R — сопротивление основного 15

3!.1 резистора 4;

R — сопротивление дополнительного резистора 6.

Во втором такте стабилизатор тока через один из ключей коммутатора 13, Zp основной 5 и дополнительный 7 резисторы и один из ключей коммутатора 9 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 13 и 9 подключаются соответственно к компара- 25 торам высокого и низкого уровней преобразователя 15. Таким образом, на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным основному 30 и дополнительному резисторам 5, 7 и проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 9,- а на вход компаратора низкого уровня — напряжение, порпорциональное только проходному сопрот*влению второго ключа коммутатора 9. В результате на выходе преобразователя 15 формируется код М„, поступающий в блок 16 и пропорциональный напряжению на последовательно40 включенных основном и дополнительном резисторах 5 и 7. Код N, может быть представлен в виде 2 (З 2.! ВЭ2 2)

45 где R,, — сопротивление основного резистора 5;

R,, — сопротивление дополнительного резистора 7.

В третьем такте стабилизатор тока 50 через один иэ ключей коммутатора 13, основной резистор 5, двухпроводную линию 3 и один из ключей коммутатора

11 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 13 и 55

ll подключаются соответственно к компараторам высокого и низкого уровней преобразователя 15. Таким образом, на вход компаратора высокого уровня

859 4 поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным резистору 5, сопротивлениям двухпроводной линии 3 и проходному сопротивлению второго ключа коммутатора ll а на вход компаратора низкого уровня только напряжение, пропорциональное проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 11. В результате на выходе преобразователя 15 формируется код N, поступающий в блок 16 и пропорциональный напряжению на последовательно включенных резисторе 5 и сопротивлениях двухпроводной линии

3. Код И может быть представлен в виде

N =а,+а,(R„,+R„„+R„, ), где R,,R — сопротивления проволЗ !4 дов двухпроводной линии 3.

В четвертом такте стабилизатор тока через один из ключей коммутатора 13, резистор 5, провод двухпроводной линии 3, термопреобраэователь 1 сопротивления, провод двухпроводной линии 2 и один из ключей коммутатора 10 подключается к общей точке.

При этом вторые ключи коммутаторов

13 и 10 подключаются соответственно к компараторам высокого и низкого уровня преобразователя 15. Таким образом, на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным резистору 5, сопротивлению провода двухпроводной линии 3, сопротивлению термопреобразователя, сопротивлению провода двухпроводной линии 2 и проходному сопротивлению второго ключа компаратора 10, а на вход компаратора низкого уровня — напряжение, пропорциональное только проходному сопротивлению второго ключа компаратора 10. В результате, на выходе преобразователя 15 формируется код N

4 поступающий в блок 16 и пропорциональный напряжению на последовательно включенных резисторе 5, сопротивлении провода двухпроводной линии

3, термопреобраэователе сопротивления и сопротивлении провода двухпроводной линии 2. Код N может быть представлен в виде

N„=a +a, (R„,+R„, +Rt+R„„), где Rt — сопротивление термопреобразователя.

В пятом такте стабилизатор тока через один из ключей коммутатора 12, 129б859 резистор 4, двухпроводную лип по 2 и один из ключей коммутатора 10 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 12 и 10 подключаются соответственно к компа5 .раторам высокого и низкого уровней

l преобразователя 15, Таким образом, на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным .резис- lg тору 4, сопротивлениям проводов двухпроводной линии 2 и проходному сопротивлению второго ключа коммутатора

10, а на вход компаратора низкого уровня поступает напряжение, пропор- 15 циональное только проходному сопротивлению второго ключа коммутатора

l0. В результате на выходе преобразователя 15 формируется код К„, поступающий в блок 16 и пропорциональный 20 напряжению на последовательно вк<поченных резисторе 4 и сопротивлении проводов двухпроводной линии 2. Код

И может быть представлен в виде

5 б (25 где В,, R» — сопротивление проводов двухпроводных линий 2.

В шестом такте стабилизатор тока через однй из ключей коммутатора 12, резистор 4, провод двухпроводной линии 2, термопреобразователь 1 сопротивления, провод двухпроводной линии

3 и один из ключей коьыутатора. 11

35 подключается K o|>lqeII точке. IIpH этом вторые ключи коммутаторов 12 и ll подключаются соответственно к компараторам высокого и низкого уровней преобразователя 15. Таким образом, на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно вкл>оченным резистору 4, сопротивлени>о провода,цвухпроводной линии 2, термопреобразователю 1 сопротивления, сопротивлению провода двухпроводной линии 3 и TIpoходному сопротивлению второго кюпоча коммутатора 11, а на вход компаратора низкого уровня-напряжение, пропор- 5и циональное только проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 11.

В результате на выходе преобразователя 15 формируется код И, поступаю ций

5 в блок 15 и пропорциональный апряже- 5 нию на последовательно включенных резисторе 4, сопротивлении провода двухпроводной линии 2, термопреобразователе сопротивления и сопротивлении провода двухпроводной линии 3.

Код М может быть представлен в виде

Й =а, +а, (R „+Б„, +Б1+Я ) ..

Блок вычисления по командам управления из блока 19 осуществляет вычисление сопротивления термопреобразователя в соответствии с формулой (Б У>.< >2.2) (R ><.1 1 Э<.2

Rt=

° j(Iu -1<. )+(- 1, -11,)7 которая является решением системы из шести уравнений. После вычисления сопротивления термопреобразователя определяется температура в соответствии с полиномом, аппроксимирующим градуировочную характеристику термопреобразователя.

Коэфф циент f „,I-R )-(R +

+11 ) 7, а также коэф<фициенты апЭ!. Я проксимиру|ощего полинома заданы в ,блоке 18 памяти, По команде, поступающей на его управляющий вход, один из этих коэффициентов в соответствии с алгоритмом работы цифрового термометра поступает в блок вычисления.

При поступлении команды на уп1>авля<оший вход блока 17 индикации результат измерения температуры поступает из блока вычисления в этот блок, где он сохраняется до поступления нового результата измерения. Цикл измерения температуры повторяется прп наличии на входе блока 19 управления команды Пуск уменьшение влияния проходных сопротивлений кл<очей на точность измерения сопротивления термопреобразоп толя достигается за счет схемы сое,цпнепия к>почей, которая позволяет в каждом такте измерения формировать на выхоце преобразователя код, пропорциональный разности напряжений на входах компараторов высокого и низкого уровней, величина которого не зависит от величины проходаых сопротивлений ключей.

Благодаря этому увеличивается также надежность ра.боты цифрового термометра, так KIK в пем можно использовать в качестве к>почей как полупроводниковые к>почи на транзисторах. так и БИС коммутаторов, например, серий К590, К591, величина проходного сопротивления которых может изменяться в очень широких пределах от экземпляра к экземпляру и имеющих гораздо большую надежность срабатывания чем герконовые реле.

1296859

Формула изобретения

Составитель В. Куликов

Редактор С. Лисина Техред N.Õoäàíè÷ Корректор С. П!екмар

Заказ 766/42 Тираж 777 Подписное

ВНИ1НИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35> Раушская наб., д. 4/5

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

Уменьшение влияния нелинейности аналого-цифрового преобразователя на точность измерения температуры достигается путем ввода в цифровой термометр двух дополнительных резисторов и подбора величин сопротивлений как основных, так и дополните.пьных резисторов, исходя из следующих соотношений: 2B

У ыл

Il,, R +2В„ где П,,1 — соответственно 1 глад< минимальная и максимальная величина сопротивлений термопреобраэователя;

К„ — сопротивление провода.

При этом результаты N,,N„, 11 попадают в окрестность одной точки,а результаты М,, И,, N, — в окрестность другой точки нелинейной характеристики аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, разброс результатов, получаемых на выходе преобразователя, сводится к минимуму, и тем самым уменьшается влияние на точность измерения нелинейности характеристики аналого-цифрового преобразователя.

Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь сопротивления, включенный по четырехпроводной схеме, стабилизатор тока, аналого-цифрогой преобразователь с компаратором высокого и компаратором низкого уровней, два резистора, первые выводы которых соединены соответственно с первым и четвертым проводами четырехпроводной линии связи, блок вычисления, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход подключен к выходу блока памяти, а выход соединен с блоком индикации, блок управления, выходы которого подключены соответственно к управляющим входам аналогоцифрового преобразователя, блока вычисления, блока памяти и блока индикации, о т .и и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения эа счет уменьшения влияния

10 на результат измерения изменений переходных сопротивлений ключей и нелинейности аналого-цифрового преобраэоватепя, в него введены шесть коммутаторов, каждый из которых выf5 полнен в виде двух ключей с соединенными между собой информационными и управляющими входами, и два дополнительных резистора, первые выводы которых соединены соответственно с первыми выводами резисторов, а вторые выводы подключены соответственно к входам первого и второго коммутаторов, первые выходы которых подключены к компаратору нижнего уровня ана25 лого-цифрового преобразователя, соединенному с первыми выходами третьего и четвертого коммутаторов, а вторые выходы подключены к общей точке цифрового термометра, соединенной с вто30 рыми выходами третьего и четвертого коммутаторов, входы которых соответственно соединены с вторым и третьим проводами линии связи, вторые выводы резисторов подключены соответственно к входам пятого и шестого коммутаторов, первые выходы которых подключены к компаратору верхнего уровня аналого-цифрового преобразователя, а вторые выходы соединены с первым

40 выводом стабилизатора тока, второй вывод которого подключен к общей точке термометра, при этом управляющие входы коммутаторов соединены с дополнительными выходами блока управ45 ления.