Цифровой измеритель температуры

 

Изобретение относится к области , .температурных измерений ц может быть использовано в автоматизированных системах измерения и контроля. Целью изобретения является повышение точности измерения путем снижения погрешности измерения, обусловленной нестабильностью параметров элементов устройства. Напряжение разбаланса мостовой схемы 1 усиливается усидителем 2 разбаланса мостовой схемы, выполненным в виде дифференциального импульсного делителя, и поступает на первый вход амплитудного фазового детектора 3, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с выхода формирователя 11 управляющих импульсов. Амплитуда импульсного напряжения на выходе амплитудного фазового детектора 3 запоминается в аналоговом запоминающем устройстве 4 и далее поступает на первый вход генератора 5 управляемой частоты. Импульсное напряжение с выхода генератора 5 управляемой частоты через делитель 7 частоты, формирователь 8 биполярных импульсов и аттенюатор 9 импульсного сигнала поступает на диагональ питания мостовой схемы 1 и обеспечивает балансировку мостовой схемы путем нагрева терморезистора 14 до определенной температуры. 2 ил. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1464050 A 1 (51) 4 C 01 К 7/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (57) Изобретение относится sc области .температурных измерений ц может быть использовано в автоматизированных системах измерения и контроля. Целью изобретения является повышение точ ности измерения путем снижения погрешности измерения, обусловленной нестабильностью параметров элементов устройства. Напряжение разбаланса

2 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1(21) 4286417/24-10

1(22) 17.07.87 (46) 07.03.89. Бюл. Ф 9 (71) Московский институт электронной техники (72) В.И.Осокин, Н.Д.Дубовой, С.N.Афонин и Г.А.Гончаренко (53) 536.531 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

91000786, кл. G 01 K 7/24, 1983.

Авторское свидетельство СССР

1Ф 1312405, кл. G 01 К 7/24, 1985, (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ мостовой схемы 1 усиливается усилителем 2 разбаланса мостовой схемы, выполненным в виде дифференциального импульсного делителя, и поступает на первый вход амплитудного фазового детектора 3, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с выхода формирователя 11 управляющих импульсов. Амплитуда импульсного напряжения на выходе амплитудного фазового детектора 3 запоминается в аналоговом запоминающем устройстве

4 и далее поступает на первый вход генератора 5 управляемой частоты, Импульсное напряжение с выхода генератора 5 управляемой частоты через делитель 7 частоты, формирователь 8 биполярных импульсов и аттенюатор 9 импульсного сигнала поступает на диагональ питания мостовой схемы 1 и обеспечивает балансировку мостовой схемы путем нагрева терморезистора

14 до определенной температуры.

1464050

45

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в автоматизированных системах измерения и контроля.

Целью изобретения является повышение точности измерения, путем снижения погрешности измерения обусловленной влиянием нестабильности параметров элементов устройства. 10

На фиг.1 изображена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг.2 — временные диаграммы работы цифрового измерителя температуры . 15

Цифровой измеритель температуры содержит мостовую схему 1, подключенную измерительной диагональю к входу усилителя 2 разбаланса мостовой схемы, амплитудный фазовый детектор 3, ана- >0 логовое запоминающее устройство 4, генератор 5 управляемой частоты, генератор 6 опорной частоты, делитель

7 частоты, формирователь 8 биполярных импульсов, аттенюатор 9 импульс- 25 ного сигнала, источник 10 питания, формирователь 11 управляющих импульсов, вычитатель 12 импульсных последовательностей и измеритель 13 частоты.

В одно из плеч мостовой схемы 1 включен терморезистор (термистор) 14 с сопротивлением К, а в другие плечи — резисторы 15-17 с сопротивлением

R,,равным сопротивлению R в рабочей точке.

Измеритель температуры работает следующим образом.

Напряжение раэбаланса U мостовой схемы 1 при R T Ro усиливается усилителем 2, выполненным в виде дифференциального импульсного усилителя, и.поступает на первый вход амплитудного фазового детектора 3, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с выхода формирователя 11 управляющих импульсов (фиг.2). Амплитудный фазовый детектор

3 формирует на выходе однополярный импульсный сигнал с амплитудой, равной амплитуде импульсов сигнала разбаланса и полярностью, .определяемой, сдвигом фазы между импульсами сигна,— ла разбаланса мостовой схемы 1 и импульсами на выходе формирователя управляющих импульсов. Амплитуда импульсного напряжения на выходе амплитудного фазового детектора 3 запоминается в аналоговом запоминающем устройстве 4 и далее с ега выхода (U „„ <>) поступает на первый вход

I генератора 5 управляемой частоты, на второй вход которого подается напряжение начального смещения U „ (фиг.2). Временные диаграммы работы цифрового измерителя температуры, представленные на фиг.2, приведены для двух случаев: когда R > R т.е.,термистар 14 недогрет, и когда

R c R, т.е. термистор перегрет.

На диаграмме фиг.2а показано напряжение U„,„, на выходе формирователя биполярных импульсов при R (R, на фиг.2б — напряжение на выходе формирователя биполярных импульсов при R+ с R, на фиг.2в — управляющее напряжение U„,р >ф на входе амплитудного фазового детектора, на фиг.2г — напряжение U gg(y A R, (сплошная линия) и напря1 жение Б цц„ „на выходе аналогового, запоминающего устройства при R R (пунктирная линия), на фиг.2д — напряжение U «,,„ „ э,на выходе амплитудного фазового детектора (сплошная линия) и напряжение U 8и„p39g на выходе аналогового запоминающего устройства (пунктирная линия) при

Rò о

Частота импульсов f р на выходе генератора управляемой частоты зависит от разности напряжений U «,„ pqy с выхода аналогового запоминающего устройства 4 и напряжения У,„ начального смещения.

Импульсное напряжение с выхода генератора 5 управляемой частоты через делитель 7 частоты, формирователь

8 биполярных импульсов и аттенюатор

9 импульсного сигнала поступает на диагональ питания мостовой схемы 1.

При включении напряжения питания мостовой схемы 1 начальное сопротивление термистора 14 много больше Ra и мостовая схема оказывается сильно разбалансированной, частота импульсов, генерируемых генератором 4, в начальный момент времени определяется параметрами генератора, напряжением U „„ д и величиной напряжения начального смещения U, . Импульсное напряжение, усиленное усилителем 2 разбаланса мостовой схемы и преобразованное последовательно соединен,ными амплитудным фаэовым детектором

3 и аналоговым запоминающим устройстз 14б405 вом в напряжение U „„ л постоянного тока, изменяет частоту импульсов Ер на выходе генератора 5 управляемой частоты. При любом нарушении балансировки мостовои схемы на ее выходе

5 будет появляться импульсное напряжение той или иной полярности относительно импульсов формирователя 8 биполярных импульсов в зависимости от направления разбалансировки мостовой схемы. Амплитудный фазовый детектор

3 и аналоговое запоминающее устройство 4 обеспечивают выделение из сигнала на выходе усилителя 2 разбаланаа мостовой схемы импульсов требуемой полярности и преобразование в пропорциональное управляющее напряжение

Б„„р генератора 5. Изменяющееся прй этом напряжение U „ меняет частоту

Йр, а следовательно, и мощность разогрева термистора импульсным сигналом до первоначальной балансировки мостовой схемы.

При этом мощность разогрева термистора биполярным импульсным сигналом (мощность обратной связи P самобалансирующей мостовой схемы) определяется соотношением

2 Б1 ° 7.fP

"oc

Э

Rr u где Н вЂ” постоянная рассеяния термистора, Вт! С; д9 — изменение температуры окружающей среды, С.

Из этого выражения видно, что по сравнению с прототипом, при воздейст» вии на термистор одной и той же величины Л 8 изменение частоты df на., выходе генератора 5 в и раз больше, что ведет к повышению точности изей" рения, 1

Использование делителя 6 частоты позволяет также практически полностью исключить погрешности иэ-за искажения прямоугольной формы импульсного сигнала и нестабильности его длительности, обусловленные фронтами импульсов.

Делитель 7 частоты позволяет получить частоту импульсного сигнала, поступающего на термистор, достаточно небольшой, при которой длительность питающих импульсов много

40 больше длительности их фронтов и влияние последних на стабильность площади импульсов и их форму практически отсутствует. Формирователь

11 управляющих импульсов формирует

45 однополярные импульсы длительностью менее, расположенные на временной оси внутри первой половины двуполяр. ного импульса (фиг.2), исключая тем самым влияние фронтов биполярных импульсов на работу амплитудного фазового детектора 3. где R, — сопротивление термистора в рабочей точке, определяемой резисторами 15-17 мостовой схемы;

U — амплитуда биполярного импульсного сигнала, поступающего на термистор;

f — частота импульсов на выходе

Р генератора 5 управляемой частоты;

à — длительность импульсов, поступающих на термистор;

n — коэффициент деления делителя 7 частоты.

Из этого выражения можно определить чувствительность S р самобалансирующей мостовой схемы по мощности разогрева

4 первоначально происходит разбаланс мостовой схемы. Однако затем возникающий сигнал разбаланса приводит к изменению частоты генератора 5 управляемой .частоты, а следовательно, и мощности его разогрева на величину

dP, благодаря, чему мост возвращается

B сбалансированное состояние. При этом изменение частоты на выходе генератора 5 определяется соотношением лй =S дР=$ ° Н аВ=Н de — — ——

u Rr

P Р

fp nR, S ос 2 и

При воздействии на термистор изменяющейся температуры окружающей среды, эквивалентной дополнительной мощности его разогрева, равной ЛР, Для исключения шунтирования.мостовой схемы выходным сопротивлением источника 10 питания, а следовательно, исключения уменьшения амплитуды импульсного сигнала, его следует выполнять в виде источника тока.

5 1

Ф о р и у л а и s о б р е т е.н и я

464050

Ц4Ц ФБИ

Ugb<>mba

0Aè АР/ иА МФрг

4/Г

Составитель В, Куликов

Техред М.Дидык Корректор М.Пожо

Редактор Н. Лазаренко

Заказ 816/4б Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101 Цифровой измеритель температуры, содержащий мостовую схему с терморезистором в одном иэ плеч, подключенную измерительной диагональю к входу усилителя разбаланса мостовой схемы, источник питания, соединенный с диагональю питания мостовой схемы, генератор управляемой частоты, ныход которого подключен к первому входу вычитателя .импульсных последовательностей, второй вход которого соединен с выходом reнератора опорной частоты, а выход — с входом измерителя частоты, формирователь биполярных импульсов, выход которого через аттенюатор импульсного сигнала связан с диагональю питания мостоной схемы, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены амплитудный фазовый детектор, аналоговое

5 запоминающее устройстно формирователь управляющих импульсов и делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора управляемой частоты, а выход подключен к входу. формирователя биполярных импульсов, причем вход амплитудного фазового детектора соединен с выходом усилителя разбаланса мостовой схемы, управляющий вход амплитудного фазового детектора соединен через формирователь управляющих импульсов с выходом формирователя биполярных импульсов, а выход подключен к входу аналогового запоминающего устройства, выход коg0 торого соединеи с генератором управляемой частоты.