Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к температурным измерениям, может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры и позволяет повысить точность измерения путем уменьшения влияния на результат измерения широкополосных помех. В первом такте первого цикла на вход преобразователя 10 в интервал времени поступает алгебраическая сумма напряжения термоэлектрического преобразователя /ТП/ 7, напряжение помехи, действующей во входной цепи, и напряжение дрейфа преобразователя 10. Вычитающий счетчик 33, постоянное запоминающее устройство 34, счетчик 35, триггер 36, генератор 1 образцовой частоты, переключатель 31, ключ 32, делитель 30 частоты формируют последовательность импульсов с переменной длительностью, в течение которой осуществляется интегрирование входного сигнала преобразователя 10. Во втором такте происходит разряд интегратора преобразователя известным напряжением U<SB POS="POST">O</SB>. Во втором цикле с помощью переключателя полярности изменяется полярность сигнала ТП 7. В каждом цикле измерения на выходе блока 24 цифровой линеаризации формируется код, пропорциональный измеряемой температуре. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„ЯЬ„„1490504

А1 (51) 4 С 01 К 7/02

ВСЕГОВ."НйЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

11Цг;;т,,; с Б " -1С . .

Фие. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4 267 984/24-1 О (22) 24 .06 .87 (46) 30.06.89. Бюл. У 24 (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро Львовского производственного объединения Ювелирпром, Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Львовское производственное объединение им . В.И . Ленина (72) Н.И. Грибок, М.M. Дорожовец, В.В. Забульский, В.М. Макух, В В. Осинчук, С Г. Романюк, С. А. Савенко, Ю.В. Сасин и Б.И. Стаднык (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1120180, кл. G О1 К 7/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1232961, кл. G Ol К 7/02, 1984.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к температурным измерениям, может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры и позволяет повысить точность измерения путем уменьшения влияния на результат измерения широкополос— ных помех. В первом такте первого цикла на вход преобразователя l 0 в интервал времени поступает алгебраическая сумма напряжения термоэлектрического преобразователя (ТП)

7, напряжения помехи, действующей во входной цепи, и напряжения дрейфа преобразователя 10. Вычитающий счетчик 33; постоянное запоминающее устройство 34, счетчик 35, тригrep 36, генератор l образцовой частоты, переключатель 31, ключ 32, делитель 30 частоты формируют последовательность импульсов с переменной длительностью, в течение которой осуществляется интегрирование входного сигнала преобразователя 10. Во втором такте происходит разряд ин490504

4 тегратора преобразователя известным напряжением Ц .Во втором цикле с помощью переключателя полярности изме5 няется полярность сигнала ТП 7. В каждом цикле измерения на выходе блока

24 цифровой линеаризации формируется код, пропорциональный измеряемой температуре. 4 ил.

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть ис- 15 пользовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. 20

Цель изобретения — повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения широкополосных помех.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг . 2 — временные диаграммы, поясняющие работу узлов устройства; на фиг. 3 — временная диаграмма двухтактного весового интегрирования с 30 широтно-импульсной весовой функцией; на фиг. 4 — функциональная схема преобразователя напряжения в интервал времени.

Устройство содержит генератор 1 образцовой частоты, первый триггер

2, первую схему И 3, первый вычитающий счетчик 4, второй триггер 5, схему 6 перезаписи, термоэлектрический преобразователь (ТП) 7, пере- 40 ключатель 8 полярности, источник 9 напряжения смещения, преобразователь

10 напряжения в интервал времени, вторую схему И 11, первую схему

ИЛИ 12, первый счетчик 13, образ- 45 цовый резистор 14, третий триггер 15„ третью схему И 16, селектор 17, четвертый триггер 18, четвертую схему

И 1 9, пятый триггер 20, шестой триггер 21, пятую схему И 22, вторую схему ИЛИ 23, блок 24 цифровой линеаризации, блок 25 индикации, седьмой триггер 27, шестую схему И 26, первый формирователь 28 импульсов, второй формирователь 29 импульсов, делитель 30-частоты, переключатель

3l ключ 32, второй вычитающий счетчик 33, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 34, второй счетчик 35, восьмой триггер 36 и третий формирое ватель 37 импульсов.

Преобразователь 10 напряжения в интервал времени содержит дифференциальный усилитель 38 с коэффициентом усиления К, счетчик 39 импульсов, цифровой автомат 40, ключи 4!в 45, источник 46 опорного напряжения, интегратор, включающий в себя операционный усилитель 47, резисторы 4850, конденсаторы 51 и 52 и компаратор 53.

Цифровой измеритель температуры работает на принципе периодического инвентирования значения информативного параметра (термо-ЭДС) ТП 7, подаваемого на входную цепь преобразователя 10 напряжения в интервал времени.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 2,5, 15,18,20,21, 27 и 36, счетчики 4, l 3 и 35 установлены в состояние "0, а счетчик 33 — в состояние "l". Схемы И 3, 11,. 16 19 и 32 закрыты сигналами с выходов преобразователя 10 и триггеров 15 и 20. В момент t, в преобразователе 10 (фиг. 2 б) формируется импульс длительностью Т, = и задающий дительность первого такта интегрирования. До момента t переключатель 8 полярности находится в положении, которое соответ— ствует подключению к входу преобразователя 10 отрицательной полярности термо-ЭДС (-Е„) термоэлектрического преобразователя 7 . Поэтому на вход преобразователя 10 подается алгебраическая сумма напряжения ТП 7 (-E„), напряжения V „(t) помехи (фиг ° 2 а), действующей во входной цепи измерителя температуры, и напряжения ад преобразователя 1 О, приведенное к его входу.

504 6 счетчик 33. За время t = N /f о (фиг.4) счетчик 33 перейдет в единичное состояние, счетчик 35 перейдет в состояние "3", а триггер 36 опрокинется в единично . состояние.

При этом на вход счетчика 33 с выхода ПЗУ 34 поступит код числа И который По сигналу с выхода формирователя 37 перепишется в вычитающий счетчик 33. К концу интервала

N f счетчик 33 переходит в нулевое состояние, опрокидывает триггер

36 в нулевое состояние, переводит счетчик 35 в состояние "4" и переписывает код числа N с выхода ПЗУ

34 в вычитающий счетчик 33. Аналогично вышеописанному осуществляется формирование последующих импульсов длительностью t 2, Тю на выходе триггера 36 (фиг.3 и фиг. 2 д), которые поступают на четвертый вход преобразователя 10 напряжения во временной интервал (вход управления ключа 40 на фиг. 4), коToPbIA HB ВРемя t 2, 4, ° ° °, подключает выходное напряжение

1490

Преобразователь 10 работает на принципе двухтактного интегрирования. В первом такте измерения цифровой автомат 40 (фиг. 4) в преобраэо5 вателе 10, открывает ключ 45, в результате чего на счетчик 39 импульсов с выхода переключателя 31 по ступают импульсы с частотой fo . При достижении в счетчике 39 числа N в момент t > (фиг.2 б) первый такт заканчивается. В течение интервала времени (t2-t,) импульсы с частотой f< с выхода переключателя 31 .через ключ

32 поступают на вход второго вычи- 15 тающего счетчика 33. В исходном состоянии в нем записан код числа N . С

2 приходом на ег о вход N импульсов с

1 частотой fo за время t = N /fo счетчик 33 переходит в нулевое сос — 20 тояние . Импульс на его выходе опрокидывает триггер 36 в единичное состояние и переводит счетчик 35 в единичное состояние, что вызывает появ— ление на выходе ПЗУ 34 кода числа N2 25

Импульс с выхода третьего формирователя 37 переписывает код числа N2 во второй вычитающий счетчик 33. За время t 2 = N2/ f (фиг . 3) вычитающий счетчик 33 вновь перейдет в нулевое 30 состояние. Импульс на его выходе возвратит триггер 36 в нулевое состояние, приведет счетчик 35 в состоя1! и ние 2 и посредством формирователя

37 перепишет код числа N с ПЗУ 34 в

r s

111 ) > — „ (U+< + К (- E„+ U„(t о где 7 — постоянная времени интегратора преобразователя 10. 4р

В момент t 2 счетчик 39 импульсов сбрасывается в нулевое состояние, а цифровой автомат 40 (фиг.4) замыкает ключ 42. На вход интегратора подается с выхода источника 46 опорно- 45

ro напряжения известное по своему значениюю постоянное напряжение Uo . Выбором значения Пс, при котором К(-Е „+ и

П)

Х вЂ” 1(v„+ к(- е + v„

) + U,„)1,1Е, (2) 55

Импульс длительностью t z — t 2 с первого выхода преобразователя 10 (фиг.4) открывает схему И 3 и импульсы с частотой следования, равной f, поФ ступают с выхода переключателя 31 через схему ИЗ на счетный вход счетчика 13. Эти импульсы не проходят с выхода схемы 1ПИ 1 2 на вычитающий

U, = U„p + K С- E„+ U + U„(t)7 (I) дифференциального усилителя 3S ко входу интегратора. Напряжение U,, определяемое выражением (1), интегрирует" ся в моменты t t (фиг.3) и к моменту t 2 — t, = T, результаты интегрирования равны

+ U n(t) + U ) О, при возможных значениях Е х, U „(t) и 0,4 обеспечивается одна полярность U, .

Выходное напряжение интегратора, начиная с момента времени t 2, линейно уменьшается и в момент t ста3 новится равным порогу U с срабатывания компаратора 53 (фиг.4) .

Баланс зарядов на конденсаторе соответствует условию

43

+ Псм Р + (0 1 Ug (3)

t2 вход счетчика 4, поскольку схема И11 закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 5 (фиг.2 з) . К моменту t > в счетчике 13 эафиксируется число импульсов, равное о („ t2) о (4)

+ Е о х >

1490504

n(t) + Uce jI 1 временно в момент t единичный сигнал с выхода триггера 5 подготав. ливает к открытию схему И19.

В момент t< цифровой автомат преобразователя 10 начинает формирова1О ние временного интервала t — t„=

Э

t< — t Т . Импульс длительно стью С - и проходит через схему И19 и опрокидывает в единичное состояние триггеры 20,и 21 и запускает фор15 мирователь 28 . На его выходе формируется HMIIQJIbc длительностью и -Й

5 С, который посредством схемы переза- писи переписывает код числа N, из счетчика 13 в вычитающий счетчик 4, 20 фиксирует в блоке 25 индикации нулеврй результат, а также запускает формирователь 29. На его выходе импульс,длительностью t — t = 7 (фиг.2 и)

° сбрасывает в "О триггер 15, счетчик 13. триггер 2,и триггер 27. Так как с выхода нереключателя 8 полярности в измерительную цепь включается напряжение Ек, равное термо-ЭДС

ТП 7, то на выходе дифференциально30 ro усилителя 40 в преобразователе 1 0 напряжение равно

Импульсом с первого выхода преобразователя 10 (фиг. 2 г) в момент

t< триггер 18 опрокидывается в единичное состояние. При этом переключатель 8 полярности переходит в противоположное состояние, при котором в измерительную цепь включается термо-ЭДС, равная E „,от ТП 7. Одноfð (t 1о t>) ao

Ех

N -N

6.

2 ц Ек (8)

11о и (" U,— J (V„,+ K(u где а о о U ю о

I зддитивная составляющая функции преобразования.

В момент t> положительным фронтом импульса (фиг. 2 в) с выхода компаратора 53 (фиг. 4) триггер 5 оп—

Прокидывается в единичное состояние, подготавливая к открытию схему И 11 сигналом с единичное выхода триггера 5.

В момент и цифровой автомат 40 (фиг . 4) сбрасывает в "0" по четвертому выходу преобразователя 10 триггер 36 и счетчики 33, 35 и 37 . С некоторой задержкой сигналом с выхода формирователя 37 в вычитающий счетчик 33 записывается код числа N „, В момент t> счетчик 39 импульсов сбрасывается в "0", цифровой автомат 40 возвращается в исходное состояние, в котором ключи 41, 42 и 45 разомкнуты, а ключи 43 и 44 замкнуты. Начиная с момента t з происходит коррекция смещения нуля интегратора и компаратора преобразователя 10.

Число N импульсов записывается в счетчик 13.Это число импульсов поступает также через схему ИЛИ 12 и схему И 11 на счетный вход вычитаюшего счетчика 4. С приходом N импульI

1 сов числа N счетчик 4 переходит в ну левое состояние. Выходной импульс на

его выходе опрокидывает триггер 15 в единичное состояние. Выходной импульс на его выходе опрокидывает триггер 5 в единичное состояние. Нулевой потенциал с нулевого выхода триггера 5 подтверждает закрытие схемы И16,а -единичный потенциал с единичного выхода триггера 5 разрешает прохождение последующих импульсов N1-N, через селектор 17 на счетЦдр+ К (Е х + Пп(Т) + 11смЗ °

Напряжение U (аналогичное напряжению U в первом цикле) в процессе двухтактного преобразования в преобразователе 10 преобразуется в число импульсов на выходе схемы ИЗ, равное

К.f0 г, (а (6)

Uî ный вход триггера 2. Число 1 - N импульсов равно

45,, 2К. f

Е х (7) По

На выходе триггера 2 число импульсов равно пропорциональное значению Е „и не зависящее от параметров 7, Б,, Б

U„(t) и U> цепи аналого-цифрового преобразования.. Эти импульсы в процессе линеариэации в блоке 24 цифро9 1 490504 вой линеаризации становятся пропорциональными значению измеряемой температуры и с выхода блока 24 посту10 лают л

° ° ° ° виду и э+ — — (—

Ех K f Nz N N6

+ ) x

N Е К

U f о о о fo о Uo (9) ИЛИ 23, что свидетельствует о том, что измеряемая термо-ЭДС, имеет отрицательную полярность .

В третьем цикле измерения (не показан) триггер 18 возвращается в исходное состояние. В измерительную цепь подается напряжение — Е„, а триггеры 15 и 27 возвращаются в исходное состояние сигналом с выхода формирователя 29. В счетчик 4 из счетчика 13 записывается код числа

М . При преобразовании (- Е „) получают код числа N — N,. К моменту получения кода числа N З аИ триггер

f.

21 перейдет в нулевое состояние, а триггер 15 будет находиться в нулевом состоянии, так как N > c N . Схема Иl б после окончания формирования

I числа N импульсов откроется и число

Н - Н И " Н, импульсов поступит через схемы ИЛИ12 и И11 на вход вы- читающего счетчика 4 и через селектор 17 и триггер 2 - на вход блока 24 цифровой линеаризации. Так как с формированием числа (N — N ) им3 пульсов при поступлении первого импульса числа (N — N ) триггер 27 ? перейдет в единичное состояние, то схема И22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера

2l, а схема И26 будет открыта единичным сигналом с нулевого выхода триггера 21 и с единичного выхода триггера .27. Наличие единичного сигнала на выходе схемы ИЛИ23 свидетельствует о положительной полярности напряжения Е „.

Если бы измеряемое напряжение Е было отрицательныч, то N + N . и

Поэтому к моменту окончания следования числа Й импульсов,из числа N счетчик 4 перейдет в нулевое состояние, перебросит триггер 1 5 в единичное состояние и закроет схему

Иlб нулевым потенциалом с нулевого — — К f (i+ +

Na — NI E

U О 1 7 о

" + N<+ ° ° + N ) в котором частота f импульсов с выхо-15 да делителя частоты не влияет на результат измерения.

Триггеры 21 и 27, схемы И22 и 26 и схема ИЛИ23 образуют схему индикации полярности. Пусть E„ )0 то в момент t триггер 21 переходит в единичное состояние положительным фронтом импульса с выхода схемы И19, (фиг.2 е) . Так как М N,, то к моменту t на выходе схемы Иl б импульс 25 не появится, в результате чего триггер 27 будет находиться в нулевом состоянии, подготавливая к открытию схему И22 и закрывая схему И26. Поэтому сигнал с единичного выхода триг-З0 гера 2! проходит на выход схемы И 22 и через схему ИЛИ23 поступает на вход блока 24 линеаризации и блока

25 индикации. При этом наличие единичного сигнала на выходе схемы ИЛИ

23 свидетельствует о положительной полярности напряжения Е».

Если напряжение F. x в первом цикле имело бы отрицательную полярность, I то N < c N В этом случае к момен ту 40 . t9 в вычитающем счее 4 б m бы зафиксирован код числа N, - N, а триггер 15 находился бы в нулевом состоянии. В момент t сигналами с о выходов триггеров 20 и 15 и третьего 45 выхода преобразователя 10 схема

Иlб будет открыта (фиг.2 в и фиг.2 д).

Импульсы с частотой следования, равной f,,с выхода генератора 1 через схему И16, схему ИЛИ12 и схему

Иl l проходят на вход вычитающего счетчика 4, устанавливая в единичное состояние триггер 27, а через селектор 17 и триггер 2 проходят на вход блока 24 цифровой линеариэации. Наличие нулевого сигнала на нулевом выходе триггера 27 и нулевом выходе триггера 21 приводит к нали чию нулевого сигнала на выходе схемы на блок 25 индикации. Так как

t (фиг .3 ) 7 то выражение (8) приводится к

1! 1 4905 выхода триггера 15. Поэтому на выходе схемы И16 импульсы не появятся.

Триггер 27 останется в нулевом состоянии. Так как с формированием числа Nг Nç "мпульcos при Ný (5 схема И16 будет закрыта, триггер 27 остайется в нулевом состоянии триггер 21 будет находиться в третьем цикле в нулевом состоянии, то схема 10

И22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 21, а схема И26 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 27.

Наличие нулевого сигнала на выходах 15 схем И22 и 26, а также на выходе схемы ИЛИ23 свидетельствует об отрицательной полярности напряжения Е .

Четвертый цикл преобразования аналогичен второму циклу. 20

Такая организация измерения обеспечивает возможность получения результата измерения в каждом цикле из-. мерения (начиная со второго) . ! 25

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектричеческий преобразователь, подклкиенный через образцовый резистор к входу пе- 10 реключателя полярности, выходы которого соединены соответственно с первьм выводом источника напряжения смещения и первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого подклкиен к второму выводу источника напряжения смещения, а третий вход и первый выход соединены соответственно с входами первой схемы И, выход ко- 40 торой подключен к входу первого счетчика, первому входу первой схемы ИЛИ и первому входу селектора, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, единичный 45 выход которого через схему цифровой линеаризации подключен к первому входу блока индикации, генератор образцовой частоты, вторую схему И, . входы которой соединены соответст- 50 венно с единичным выходом второго триггера, выходом первой схемы ИЛИ и нулевым выходом третьего триггера, а выход подключен к счетному входу первого вычитающего счетчика, входы записи которого соединены с информационными выходами схемы перезаписи, а выход подключен к единичному входу третьего триггера, единичный

04 12 выход которого соединен с вторым входом селектора, третий вход которого подклниен к выходу третьей схемы И, входы которой соединены соответственно с нулевым выходом третьего триггера, единичным входом второго триггера, соединенным со счетным входом четвертого триггера, треть им входом преобразователя в интервал времени и единичным выходом пятого триггера„ единичный вход которого соединен со счетным входом шестого триггера, входом первого формирователя, управляющим входом схемы перезаписи и выходом четвертой схемы И, входы которой соединены соответственно с вторым выходом преобразоваля напряжения в интервал времени и единичным выходом второго триггера, вторую схему ИЛИ, выходы которой соединен с управляющими входами блока цифровой линеаризации и блока индикации, а входы, соединены соответственно с выходами пятой и шестой схем

И, первые входы которых соединены соответственно с нулевыми единичным вы— ходами шестого триггера, а вторые входы подклкиены к нулевому и единичному выходам седьмого триггера, единичный вход которого подключен к выходу третьей схемы И, а нулевой вход соединен с нулевыми входами первого и третьего триггеров, управляющим входом первого счетчика и выходом второго формирователя, вход которого соединен с выходом первого формирователя и вторым входом блока индикации, при этом единичный выход четвертого триггера соединен с управляющим входом переключателя полярности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения влияния на реэультат измерения широкополосных помех, в него введены переключатель, ключ, второй вычитающий счетчик, третий формирователь, восьмой триггер, постоянное запоминающее устройство, второй счетчик и делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого через ключ соединен со счетньм входом второго вычитающего счетчика, вход разрешения записи которого подключен к выходу третьего формирователя, выход -"îåäèнен со счетными входами восьмого

1490504 14 триггера и второго счетчика, а вхо- динен с четвертым входом преобраэоды записи числа подключены к инфор- вателя напряжения в интервал времени, мационным входам постоянного запоми- четвертый выход которого подключен к нающего устройства, управляющие

5 входам установки в "0" второго вычивходы которого соединены с информа- тающего счетчика, триггера и второго ционными выходами второго счетчика, счетчика, а второй выход соединен с при этом выход восьмого триггера сое- управляющим входом ключа.

1490504 %

Ъ йфф

< у с с

cCl щ

Составитель В. Куликов

Техред JI,Олийнык

Корректор М. Шароши

Редактор А. Ревин

Заказ 3742/46

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", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101