Многоканальное устройство для измерения температуры
Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить помехоустойчивость при сохранении заданной точности измерения и быстродействия. Многоканальное устройство для измерения температуры содержит два коммутатора, измерительный блок, блок управления и передачи данных, блок выделения помехи и блок формирования интервалов запоминания. При 100%-ном подавлении помехи обеспечивается высокое быстродействие с помощью выпускаемых промышленностью аналого-цифровых преобразователей. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к температурным измерениям, в частности к многоканальным измерительным устройствам для измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости при сохранении заданной точности и быстродействия. На фиг. 1 представлена блок-схема многоканального устройства для измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей; на фиг.2 схема блока выделения помехи; на фиг.3 схема блока формирования интервала запоминания, кратного периоду помехи; на фиг.4 временная диаграмма работы устройства. Устройство содержит термоэлектрические преобразователи 1, первый коммутатор 2, второй коммутатор 3, измерительный блок 4, блок 5 управления и передачи данных, блок 6 управления вторым коммутатором (БУК), запоминающие конденсаторы 7, блок 8 выделения помехи постоянной амплитуды и блок 9 формирования интервалов запоминания, кратных периоду помехи. Блок 8 выделения помехи постоянной амплитуды содержит разделительный конденсатор 10, делитель на резисторе 11, и конденсаторе 12, усилитель-ограничитель 13 с колебательным контуром 14, настроенным на частоту помехи. Блок 9 формирования интервалов запоминания содержит последовательно соединенные диод 15, выделяющий нужную полярность сигнала помехи, элемент И 16, триггер Шмитта 17, счетчик 18 и дешифратор 19, выходы которого, начиная с третьего, соединены с неподвижными контактами переключателя 20, первый триггер 21 и второй триггер 22. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы импульсом "Подготовка", который вырабатывает блок 5, все триггеры и счетчики устройства устанавливаются в исходное состояние (цепи подготовки на чертежах не показаны). В процессе измерений установки триггеров и счетчиков в исходное состояние осуществляет импульс "Конец преобразования", вырабатываемой измерительным блоком 4 по завершении преобразования аналогового сигнала в цифровой эквивалент. Работа устройства начинается по сигналу "Пуск", который вырабатывается в блоке 5. Этот импульс поступает на управляющий вход блока 9, где формируется интервал запоминания входных сигналов термоэлектрических преобразователей 1 на запоминающих конденсаторах 7. Импульс длительностью nТ, кратный периоду помехи, с первого выхода блока 9 поступает на управляющие входы ключей коммутатора 2, открывает их и подключает термоэлектрические преобразователи 1 к конденсаторам 7. По окончании запоминания величины термо-ЭДС с наложенной на нее помехой с второго выхода блока 9 на управляющий вход блока 5 поступает сигнал, по которому блок 5 выдает на блок 6 управления вторым коммутатором сигнала "Пуск БУК" для подключения первого запоминающего конденсатора 7 через соответствующие ключевые элементы коммутатора 3 к измерительному блоку 4. Через интервал времени, необходимый для срабатывания ключевых элементов коммутатора 3 и окончания переходных процессов на входе измерительного блока 4, блок 5 выдает сигнал "Пуск АЦП" на измерительный блок 4 для преобразования аналогового сигнала с конденсатора 7 в цифровой эквивалент. По окончании преобразования в измерительном блоке 4 блок 5 формирует сигнал "Конец преобразования", по которому информация с измерительного блока 5 передается на ЭВМ для дальнейшей обработки, а на блок 6 управления коммутатором выдает сигнал "Пуск БУК" для подключения следующего запоминающего конденсатора 7 к измерительному блоку 4. Далее последовательность импульсов "Пуск АЦП", "Пуск БУК" и "Конец преобразования" повторяется до тех пор, пока не будет опрошен весь массив запоминающих конденсаторов. По окончании этого опроса вновь формируется сигнал "Пуск" в блоке 5. Далее цикл работы устройства повторяется. Блок 8 выделения помехи постоянной амплитуды работает следующим образом. Сигнал помехи на вход этого блока подается через разделительный конденсатор 10 от сети питания силовых нагревательных установок, применяемых при исследовании конструкции (которые и являются основными источниками помехи), или выделяется из входного сигнала одного из термоэлектрических преобразователей. Делитель на резисторе 11 и конденсаторе 12 служит для фильтрации импульсных помех. Усилитель-ограничитель 13 предназначен для усиления и ограничения выходного сигнала до определенного постоянного уровня, а колебательный контур 14 выделяет первую гармонику этого сигнала, которая имеет постоянную амплитуду, не зависящую от колебаний уровня помехи на входе этого узла. Блок 9 формирования интервалов запоминания, кратных периоду помехи, работает следующим образом. По сигналу с блока 5 "Пуск", поступающему на второй вход триггера 21, последний перебрасывается во взведенное состояние и открывает элемент И 16, на второй вход которого поступает сигнал помехи с блока 8 через диод 15. По выходному сигналу с элемента И 16 происходит срабатывание триггера Шмитта 17, выходной сигнал с которого поступает на счетчик 18 и далее на дешифратор 19. При постоянной амплитуде помехи, поступающей на вход элемента И, и достаточно стабильном уровне срабатывания триггера Шмитта фаза помехи, при которой срабатывает триггер Шмитта, будет постоянной, поэтому интервалы между импульсами, поступающими на вход счетчика, начиная с второго, точно равны периоду помехи Т. Сигналы с выхода счетчика 18 поступают на вход дешифратора 19, на выходах которого формируются импульсы, отстоящие во времени один от другого на интервал времени, равный периоду помехи. Так как время запуска блока 9 не синхронизовано с фазой помехи, первый интервал времени между двумя импульсами на выходе триггера Шмитта может быть меньше периода помехи, поэтому триггер 22, управляющий работой ключей первого коммутатора 2, взводится сигналом, поступающим с второго выхода дешифратора 19. Это обстоятельство не снижает общего быстродействия ИИС, а сдвигает начало измерений на интервал времени, меньший 20 мс. Окончание времени запоминания сигналов термоэлектрических преобразователей производится по сигналу, поступающему с подвижного контакта переключателя 20 на второй вход триггера 22, который, перебрасываясь в исходное состояние, запирает ключи первого коммутатора 2. Сигнал с подвижного контакта переключателя 20 осуществляет также запирание элемента И 16 путем перебрасывания триггера 21 в исходное состояние. Этот же сигнал подается на блок 5, который формирует сигнал "Пуск БУК", поступающий на блок 6, и осуществляет управление работой второго коммутатора 3. Измерительный блок 4 может быть выполнен в виде последовательно включенных усилителя постоянного тока и аналого-цифрового преобразователя. Блок 5 управления и передачи данных, синхронизирующий работу всех элементов устройства, может быть выполнен в виде последовательно включенных генератора тактовых импульсов, ключа, управляемого пусковым триггером, счетчика и дешифратора, формирующего управляющие сигналы в соответствии с алгоритмом работы устройства. При времени запоминания t3, равном или кратном периоду помехи, происходит 100%-ное подавление помехи независимо от ее уровня. Блок 9 формирования интервалов запоминания работает практически безынерционно, отслеживая возможные изменения частоты помехи с точностью до 1-2 мкс (необходимых для срабатывания ключевых элементов блока), что обеспечивает высокое быстродействие с помощью выпускаемых промышленностью аналого-цифровых преобразователей.
Формула изобретения
1. Многоканальное устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрические преобразователи, выводы каждого из которых через соответствующие ключи первого коммутатора подключены к выводам соответствующих запоминающих конденсаторов, соединенных с входами второго коммутатора, выход которого подключен к измерительному блоку, а управляющие входы соединены с управляющими выходами блока управления вторым коммутатором, управляющий вход которого соединен с первым управляющим выходом блока управления и передачи данных, информационный вход и второй управляющий выход которого соединены соответственно с информационным выходом и управляющим входом измерительного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при сохранении заданной точности измерения и быстродействия, в него введены блок выделения помехи и блок формирования интервалов запоминания, управляющий вход которого подключен к третьему управляющему выходу блока управления и передачи данных, первый управляющий выход соединен с запараллеленными управляющими входами ключей первого коммутатора, второй управляющий выход подключен к управляющему входу блока управления и передачи данных, а информационный вход соединен с выходом блока выделения помехи, вход которого подключен к источнику помехи. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок выделения помехи выполнен в виде последовательно соединенных разделительного конденсатора, делителя, выполненного на резисторе и конденсаторе, и усилителя-ограничителя амплитуды с колебательным контуром. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования интервала запоминания выполнен в виде первого и второго триггеров, диода, элемента И, последовательно включенных триггера Шмитта, двоичного счетчика и дешифратора, второй выход которого соединен с первым входом второго триггера, а остальные выходы за исключением первого подключены к неподвижным контактам переключателя, подвижный контакт которого соединен с вторым входом второго триггера и первым входом первого триггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с входом триггера Шмитта, а второй вход соединен с первым выводом диода, второй вывод которого является информационным входом блока формирования интервалов запоминания, первым и вторым управляющими выходами и управляющим входом которого являются соответственно выход и второй вход второго триггера и второй вход первого триггера.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
