Устройство для измерения температуры

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д11 0 01 К 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Мжц лмафимФаяю с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4164456/24-10 (22) 14.11 ° 86 (46 ) 07.05.88. Бюл. Ф 17 (71) Физико-технический институт низких температур АН УССР (72) М.Б.Холодов и М.Я.Фенстер (53) 536.53 {088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 901846, кл. С 01 К 7/22, !980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1118871, кл. G 01 К 7/00, 1982.

„„SU„„ 394063 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 57) Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретенияповышение точности измерения. В блок 12 памяти для каждого участка аппроксимации записываются коды чисел, которые необходимо добавлять к коду числа, залисанного в счетчике 4, . для предварительной аппроксимации

139406 выходного сигнала. В блок 13 памяти записываются коды чисел, которые необходимо добавлять к коду числа, полученного на выходе сумматора 6, для получения линейной зависимости выходного сигнала от температуры. На шину

"Пуск" 26 подается сигнал низкого уровня, который, пройдя элемент

ИЛИ 14, устанавливает счетчики 4,18, 20 и 21 в исходное состояние. Постоянное напряжение, соответствующее из- меряемой температуре с выхода термопреобразователя 1, поступает на вход преобразователя 3 аналого-цифрового преобразователя 2, который преобразует это напряжение в последователь ность импульсов, поступающих на вход счетчика 4. С выхода последнего код числа, соответствующий измеряемой температуре, поступает на регистр 5 кода и на вход формирователя 10 адреса, который определяет номер участка аппроксимации. В устр-ве повышает ся точность аппроксимации характеристики термопреобразователя 1 при сохранении объема памяти устр-ва. 3 ил.

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности термопреобразователя, и может быть исполь-, 5 зовано при точных измерениях темпера туры с представлением результата в ,цифровой форме, Цель изобретения — повышение точности измерения путем повышения точности аппроксимации характеристики термообразователя при сохранении объе" ма памяти устройства.

На фиг.1 изображена схема устрой ства; на фиг.2 и 3 — графики, поясня15 ющие принцип работы устройства.

Устройство содержит термопреобразователь 1, например, термоэлектри ., ческий, последовательный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, содер

20 жащий времяимпульсный преобразователь 3, преобразующий выходной сиг-. нал термопреобразователя в последовательность импульсов, и счетчик 4, ре гистр 5 кода, первый сумматор б, второй сумматор 7, регистр 8 результата, блок 9 индикации, первый формирователь 10 адреса, второй формирователь 11 адреса, первый блок 12 памяти, второй блок 13 памяти, первую схе му ИЛИ 14 и элемент 15 задержки,соединенный с шиной "Конец преобразова ния" 16.

Первый 10 и второй 11 формировате ли адреса представляют собой устрой- 35 ство поиска числа на числовой оси, позволяющие поставить в соответствие группам возможных состояний его входов единственные для каждой группы состояния его выходов.

Первый формирователь 10 содержит схему 17 совпадения, первый счетчик 18 адреса и первое постоянное за поминающее устройство 19. Второй формирователь 11 адреса содержит вычитающий счетчик 20, имеющий входы предварительной установки, второй счетчик 21 адреса, второй элемент

ИЛИ 22 и второе постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 23.

ПЗУ 23, счетчик 20 и элемент

ИЛИ 22 образуют программный делитель 24. Выходы "Конец преобразования" 16 и "Выход информации" 25 предназначены для передачи информации во внешние устройства.

Устройство работает следующим образом.

Весь диапазон измеряемых температур разбивается на и поддиапазонов— участков аппроксимации, Число участков и определяется требуемой точностью измерения температуры. Границы участков и корректирующее число участка выбираются из условия, что погрешность на границах участков, получаемая в результате сложения корректи« рующего числа К участка и числа, соответствующего данной температуре границы, равны между собой на протяжении всего диапазона измеряемых температур, причем корректирующее число

139406 с Ь 1 с" и а Ь+Ь 2 а й+Г 2

1 с — г а

Ь 1 с" а

Ь+Ь 2 a" й+Й

2 где а а, а", Ь, с, с, с" — стороны треугольников. 35

I iI

А так как а = а = °,.= а (треФФ угольники равны), то с = с =...= с

Если треугольники аппроксимации р разбить на большее одинаковое коли» чество частей, результат будет тот 4р же: соответствующие стороны, которые представляют собой погрешности an- o проксимации, будут равны. Если эти погрешности запомнить и s нужный момент прибавлять (или вычитать) к результату предварительной аппроксима ции, то для получения, например, 1000 аппроксимируемых точек необхо димо 130 ячеек памяти - 25 ячеек для разбиения диапазона на 25 участков поддиапазона и запоминания 25 средних значений корректирующих чисел К и 40 ячеек для разбиения на 40 подучастков каждого участка (каждый треугольник разбивается на 20 частей) и для запоминания 40 чисел до полнительной коррекции. Для разбиения можно применить и другие пропор ции: 50х20, 100xlO и т.п. Выбор этих выбрано соответствующим середине всего диапазона измеряемых температур иа участке, исходя из изложенного условия (фиг.2).

Каждый участок состоит из двух треугольников, образованных идеальной характеристикой, ломаной кривой кусочно-линейной аппроксимации и границами участков, причем в первом 10 приближении вследствие малости участ» ков треугольника попарно равны (на фиг ° 3 показаны две пары полученных треугольников). Если полученные участки диапазона температуры разбить 15 на равные, например четыре, части (фиг.2) и с границ полученных частей участков (подучастков.) поднять высоты до пересечения со сторонами указанных треугольников, то внутри 20 каждого треугольника образуются меньшие подобные треугольники, так как углы у полученных треугольников равны.

Известно, что у подобных треуголь- 25 ников соответствующие стороны пропорциональны, а именно:

4 соотношений определяется конкретной элементной базой.

Предлагаемая процедура аппроксимации состоит из двух этапов: грубой (предварительной) коррекции и точной (дополнительной ) коррекции резулъта та измерения.

Рассмотренный принцип аппроксима» ции реализован с помощью устройства (фиг.l).

В блок 12 памяти для каждого участка аппроксимации записываются коды чисел, которые необходимо добавлять к коду числа, записанного в счетчике 4, для предварительной аппроксимации выходного сигнала времяимпульсного преобразователя аналогично известному устройству, В блок 13 памяти для каждого подучастка записываются коды чисел, которые необходимо добавлять к коду числа, полученного на выходе сумматора 6, для получения линейной зависимости выходного сигнала от температур ры. Процесс измерения температуры начинается с подачи на входную шину

"Пуск" 26 сигнала низкого уровня, который, пройдя элемент ИЛИ 14, уста навливает счетчики 4,18,20 и 21 в исходные нулевые состояния.

Постоянное напряжение, соответствующее измеряемой температуре, с выхода термопреобразователя 1 поступает на вход времяимпульсного преобразователя 3 последовательного АЦП 2, который преобразует это напряжение в последовательность импульсов, посту пающих на счетно вход счетчика 4

AIgI 2.

С выхода счетчика 4 код числа, со" ответствующий измеренной температуре, поступает на регистр 5 кода и на вход формирователя 10 адреса который определяет чомер участка аппроксимации. По сигналу с выхода формировате ля 10 адреса блок 12 памяти выдает код числа, которое необходимо добав лять к содержимому регистра 5 кода для получения предварительно аппроксимированной характеристики выходного сигнала.изменяемой температуры. По сигналу "Конец преобразования" с выхода времяимпульсногс преобразователя 3 код счетчика 4 фиксируется в ре гистре 5, сумматор 6 суммирует коды чисел с выхода регистра 5 и блока 7 памяти. Результат первого суммирования поступает на первые входы второго

1394063 сумматора 7. На вторые входы сумматора 7 поступают коды чисел с выхода блока 13 памяти, где записаны числа д ополнительной коррекции. Код адреса выбора ячейки блоюа 13 памяти вырабать|вается в формирователе 11 адреса чисел дополнительной коррекции.

Формирователь 10 адреса функциони рует следующим образом. В ПЗУ 19 фор 10 мирователя 10 адреса хранятся коды границ участков аппроксимации, При

1 н левом состоянии счетчика 18 адреса н выходах ПЗУ 10 сформирован код г аницы первого участка аппроксима- 15 цки. С началом счета импульсов счет

° ° ком 4 его выходной код поступает а входя схемы 17 совпадения и при ! совпадении входного кода и кода ПЗУ 19 схема 17 совпадения вырабатывает 20 сигнал, увеличивающий состояние счетЧика 18 адреса на единицу. При этом на вход ПЗУ 19 поступает этот сигнал, а на его выходе появляется код грани@ы последующего участка аппроксимации. При совпадении этого кода с ко дом, формируемым счетчиком 4, схема 17 совпадения снова вырабатывает

Сигнал, увеличивающий состояние счет чика 18 адреса на единицу, и так да- 30 лее до окончания цикла измерения. В начале следующего цикла измерения, выходным импульсом времяимпульсного преобразователя 3, указывающим на ко нец преобразования, задержанным эле ментом 15 задержки и прошедшим схе му ИЛИ 14, счетчик 4 обнуляется, соответственно происходит и сброс счет- чика 18 адреса, и цикл измерения по вторяется. 40

Формирователь 11 адреса работает следующим образом. Функциями преобразователя 11 адреса являются разбие ние каждого участка аппроксимации на равные подучастки, число которых 0Т участка к участку не изменяется, и выдача адреса в блок 12 памяти. Для этого в ПЗУ 19 записаны коды чисел для каждого участка, с помощью кото рых программный делитель 24 путем

50 изменения от участка к участку своего коэффициента деления делит участ ки на равные (внутри каждого участка) подучастки. Для этого в начале измерения одновременно с обнулением счетчиков 4 и 18 обнуляются счетчи ки 20 и 21, С выхода счетчика 21 адреса информация поступает на адресные шины блока 13 памяти, где происходит выборка первого дополнительного числа, которое поступает на вторые входы сумматора 7 и, сложившись с результатом предварительной аппрок симации, поступает в регистр 8 результата и далее в блок 9 индикации.

На вход схемы ИЛИ 22 поступают с выходов счетчика 20 нулевые потенциалы, поэтому на выходе схемы ИЛИ 22 устанавливается нулевой потенциал, соответствующий логическому нулю.

Этот сигнал поступает на вход записи счетчика 20, по которому код числа с выхода ПЗУ 23, соответствующий ко эффициенту деления счетчика 20 на первом участке аппроксимации, запи сывается в его счетные триггеры.

Адресные входы ПЗУ 19 и 23 совмещены, поэтому номер участка для ПЗУ 23 уже сформирован в формирователе 10 адрет са. Счетчик 20 работает в режиме вы" читания. По мере поступления имгульсов с выхода времяимпульсного преобразователя 3 содержимое счетчика 20 уменьшается до полного обнуления.

При этом срабатывает схема ИЛИ 22 и вновь записывает .код числа первого участка аппроксимации с выхода ПЗУ 23, а также переводит счетчик 21 адреса в следующее состояние, соответствующее в данный момент второму номеру подучастка первого участка аппроксимации, Новый код числа счетчика 21 адреса выбирает из блока памяти второе дополнительное корректирующее число, которое поступает на сумматор 7 для дополнительной коррекции кода, соответствующего данной температуре.

Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будут перебраны . все ячейки блока 13 памяти, если позволит измеряемая температура, т.е. времяимпульсный преобразователь 3 не прекратит выдачу импульсов. Таким образом, весь первый участок аппроксимации разбивается на равные подучастки, каждому из которых ставится в соответствие дополнительно корректирующее число s блоке 13 памяти. По дос.тижении следующего участка (если этого требует температура)из ПЗУ 23 выбирается следующая ячейка, содержащая число, с помощью которого счетчиком 20 второй подучасток будет разбит на равные подучастки, причем их количество будет равно количеству .

1394063 подучастков первого участка аппроксимации, Благодаря этому те же дополнительные корректирующие коды блока 13 памяти вновь будут использованы, но уже для дополнительной коррекции тем" пературы второго участка аппроксимации.

Измерение прекращается по сигналу

"Конец преобразования", прекращается 10 поступление импульсов, поступающих с выхода времяимпульсного преобразователя. При этом на выходе блока 12 памяти находится корректирующее число соответствующего участка и на выхо.15 де блока 13 памяти - код числа, соответствующего последнему подучастку данного участка.

Эти числа поступают на соответствующие сумматоры 6 и 7. В результате, .по окончании измерения, через время, необходимое для 2-кратного суммирования в сумматорах 6 и 7, на информационных входах регистра 8 результата устанавливается скорректиро» 25 ванный код числа, соответствующий из меренной температуре. По импульсу

"Конец суммирования" с выхода времяимпульсного преобразователя 3, задержанному элементом l 5 задержки, время 30 задержки которого выбрано соответствующим времени 2-кратного суммирования, результирующий код фиксируется в регистре 8 результата для отображе. ния значения температуры блоком инди-3

35 кации в течение следующего никла из,мерения. Следующий цикл измерения начинается с момента прихода задержанного импульса элементом 15 задержки; на второй вход элемента ИЛИ. 40

Для сложения и вычитания корректи рующих кодов при дополнительной кор рекции в блоке 13 памяти записаны числа как в прямом, так и в дополни"тельном кодах. 45

В конце каждого участка счетчик 21 должен быть обнулен вследствие деления участков на целое число .подучастков. Но в случае сбоя счетчик 21 ,сбрасывается в "0" дополнительным импульсом начала нового участка, по- ступающим с выхода схемы 17 совпадения.

Дпя регистрации измерений преду» смотрен выход "Конец преобразова-..: ния". 16, по сигналу которого с выхода 25 информация может быть принята внешними устройствами. Увеличение времени элементом 15 задержки менее чем на 1 мкс за счет 2-кратного суммирования незначительно изменяет временные характеристики устройства, так как время работы аналого-цифрового преобразователя 2 со счетом единичных приращений, уже при разрядности выходного кода равным 10, в 1024 раза больше. Кроме того, инерционность . лучших термопреобразователей составляет десятые доли секунд, что более чем в 10000 превышает время задержки дополнительного суммирования.

Формула изобретения.

Устройство для измерения темпера туры, содержащее термопреобразователь, аналого-цифровой преобразователь по- следовательного типа, включающий в себя счетчик импульсов и времяимпульсный преобразователь, вход которого соединен с выходом термопреобразователя, а выходы подключены к счетчику импульсов, первый формирователь адре-. са, включающий в себя первое постоянное запоминающее устройство, схему совпадений и первый счетчик адреса, вход которого соединен с выходом схе мы совладений, а выходы подключены к адресным входам первого постоянногг запоминающего устройства, выходы которого подключены к первым входам схемы совпадений, вторые входы которой соединены с выходом счетчика и входами регистра кода, выходы которого подключены к первым входам перво

ro сумматора, вторые входы которого соединены с выходами первого блока памяти, входы которого подключены к выходам первого счетчика адреса, nep" вый элемент ИЛИ, выход которого, соединен с установочным входом счетчика адреса, и блок индикации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при сохранении объема памяти устройства, в него введены элемент задержки,вто рой блок памяти, регистр результата, второй формирователь адреса, включающий в себя второе постоянное запоминающее устройство, второй элемент

ИЛИ, второй счетчик адреса и вычитавщий счетчик, второй сумматор, входы которого соответственно соединены с выходом первого сумматора и выходом второго блока памяти, а выход подключен к блоку индикации через регистр

9 139406 результата, управляющий вход которого соединен с первым входом первого элемента HJIH и через элемент задерж.ки подключен к выходу "Конец преобра5 ! зования" времяимпульсного преобразо-, вателя, выход которого подключен к счетному входу вычитающего счетчика, входы предварительной записи которо го соединены с выходами второго по- 1п :стоянного запоминающего устройства, выходы и вход записи соединены со ответственно с входами и выходом второго элемента HJIH, соединенным с входом второго счетчика адреса, :.вы10 ходы которого соединены с адресными входами второго блока памяти, а первый и второй установочные входы соединены соответственно с первым и вторым установочными входами вычитающего счетчика и подключены соответственно к выходу схемы совпадения и выходу первого элемента ИЛИ, соединенному с установочным входом счетчика импульсов, при этом адресные входы первого постоянйого запоминающего устройства соединены с адресными входами второго постоянного запоминающего устройства.!

394063

Составитель В. Куликов

Техред Д.Сердюкова, корректор А.Обручар.

Редактор Н.Тупица

Заказ 2209/37

Тирам 607 Подписное

В!!ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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