Устройство для измерения температуры

 

Изобретение предназначено для температурных измерений и позволяет повысить быстродействие устройства. Выходное напряжение усилителя 2 постоянного тока, к входу которого подключен через термопреобразователь 1 сопротивления (ТС) и ключ 4 источник 5 опорного напряжения, подается на первый вход компаратора 9, на второй вход которого поступает экспоненциально изменяющееся напряжение с RC - цепи, состоящей из конденсатора 7 и резистора 8. В момент равенства напряжений по сигналу с выхода компаратора 9 ключ 13 разряжает конденсатор 7, что приводит к изменению состояния компаратора 9 и началу формирования нового цикла экспоненциально меняющегося напряжения. Импульс с выхода компаратора 9 поступает через элемент И 14 на нулевой вход счетчика 15, устанавливая его в нулевое состояние, что вызывает изменение состояния дешифратора 16. По сигналу с выхода дешифратора 16 срабатывает ключ 4, включая вместо ТС 1 образцовый резистор. После формирования N -циклов экспоненциально меняющегося напряжения по сигналу с дешифратора 16 вновь включается ТС 1. Импульсный сигнал с выхода дешифратора 16, частота которого пропорциональна измеряемой температуре, проходит через формирователь 19 результата измерения и элемент И 18 на счетный вход счетчика 30, запоминается в блоке 31 памяти и отображается цифровым индикатором 32. 2 п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflYSËÈÍ (!9! (!!!

06298 А 1 (5!)4 G Ol К 7/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2! ) 4249581/24-!О (22) 27.05.87 (46) 07.09.89.Бюл. l! 33 (72) Л.А.Демидов (53) 536.53! (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1278623, кл. 0 01 К 7/22, 1985, Авторское свидетельство СССР !

Г 1390516, кл. Л 01 К 7/22, !986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение предназначено для температурных измерений и позволяет повысить быстродействие устройства.

Выходное напряжение усилителя 2 постоянного тока, к входу которого подключен через термопреобраэователь 1 сопротивления (ТС) и ключ 4 источник

5 опорного напряжения, подается на первый вход компаратора 9, на второй вход которого поступает экспоненциально изменяющееся напряжение с НСцепи, состоящей из конденсатора 7 и резистора 8. В момент равенства

2 напряжений по сигналу с выхода компаратора 9 ключ 13 разряжает конденсатор 7, что. приводит к иэмененио состояния компаратора 9 и началу формирования нового цикла экспоненциально меняющегося напряжения. Импульс с выхода компаратора 9 поступает через элемент И 14 на нулевой вход счетчика 15, устанавливая его в нулевое состояние, что вызывает изменение состояния дешифратора 16. По сигналу с выхода дешифратора 16 срабатывает ключ 4, включая вместо ТС 1 образцовый резистор. После формирования и циклов экспоненциально меняющегося напряження по сигналу с дешифратора

16 вновь включается ТС 1. Импульсный сигнал с выхода дешифратора 1б,частота которого пропорциональна измеряемой температуре, проходит через фор- С мирователь 19 результата измерения и элемент И 18 на счетный вход счетчи- 2 ка 30, запоминается в блоке 3! памяти и отображается цифровым индикатором ,32. з,п. ф-лы, 2 ил, 3 15062

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью термопреобразователей с нели5 нейной характеристик:.A.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

На фиг.l представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — вре-10 менные диаграммы выходных сигналов элементов устройства.

Устройство для измерения температуры содержит термопреобразователь сопротивления (ТС) 1, усилитель пос- 15 тоянного тока (УПТ) 2, резистор 3 обратной связи УПТ, первый ключ 4, источник 5 опорного напряжения, BSцепь 6, состоящую из конденсатора 7 и резистора 8, компаратор 9, усили- 20 тель 10 постоянного тока компаратора, первый 11 и второй 12 резисторы компаратора, второй ключ 13, первый элемент И 14, первый счетчик 15, дешифратор 16, дополнительный резистор 17, 25 второй элемент И 18, формирователь

19 результата измерения, включающий третий элемент И 20, триггер 21,импульсный генератор 22, де -итель 23 частоты, суммирующий сэе-ч!тк 24,чет- 30 вертый элемент И 25, реверсивный счетчик 26 с предварительной записью и элемент ИЛИ 27, инвертор 28, третий ключ 29, второй счетчик 30,блок

31 памяти и питеровой индикатор 32.

Устройство работает следующим образом„

В момент изменения выходного сигнала дешифратора 16 с нулевого на единичный он, поступая на управляю- 40 щий вход первого ключа 4, устанавливает его в такое положение, при котором от выхода источника 5 опорного напряжения отключается дополнительный резистор 17 и подключается ТС 1. 45

При этом напряжение на выходе УПТ 2

I изменяется скачком от значения U

-И (К !К ) до U„= -U,(R /R ),где

U — величина выходного напряжения о опорного источника 5; R — величина 50 сопротивления резистора обратной связи УПТ 2 R — величина сопротивлеф ния дополнительного резистора 17;

R „ — величина сопротивления ТС 1.

Величина сопротивления ТС 1 изменяется при изменении измеряемой температуры по закону

Ыт

Rr=Ае

98 4 где А и  — постоянные коэффициенты; е — основание натурального логарифма;

Т вЂ” величина измеряемой температуры, При этом выходное напряжение УПТ 2 (фиг ° 2, график 33) подается на первый вход компаратора 9, на второй вход которого поступает напряжение

И с выхода RC-цепи 6, представленное на фиг.2 графиком 34, причем

КВ

U =Ue — С ---- — —— э 0 1 R + R ь

8 где текущее время, прошедшее от начала генерирования экспоненциального напряжения; " — постоянная RC-цепи 6;

КВ!R,! — величины сопротивлений резисторов 8 и 12.

В момент равенства суммы токов

U /R u i = И /R, протекающих через резисторы 11 и 12 компаратора 9, нулю или при R !, = R, равенства U + И э = О на выходе операционного усилителя 10 компаратора 9 появляется скачок положительного напряжения, который поступает на управляющий вход ключа 13. Последний закорачивает обкладки конденсатора 7, который разряжается через ключ 13. При этом выходное напряжение RC-цепи 6 скачком устанавливается н исходное состояние И, = И, в результате чего о положительный сигнал на выходе компаратора 9 скачком уменьшается до нуля, что в свою очередь приводит к размыканию ключа 13 и начинается новый цикл генерирования экспоненциального напряжения, определяющий начало формирования временного интервала задержки. При этом ка выходе компаратора 9 в момент каждого его срабатывания формируется импульс,, Выходной сигнал компаратора 9 представлен на графике 35 (фиг,2), Первый временной интервал С,, прошедший от начала генерирования экспоненциального напряжения до момента срабатывания компаратора 9, определяемый из равенства

И Ro — a,/

+ U — 0 или — --- -- + И е ч э АеВ(ь

О, составляет

Вл R

11 Р!

Rg п lп о

t < — — nt 2 нл ° л Rо

->1n +

>о А л R Ф вЂ” lп ----, 7 R, 2

+ n.1 I1 л R9

5 15О699

Сформир<>влннь>й 11л выходе комплратора 9 н момент г1 о срлб;>ть1вания импульс поступает на один из входов первого элементл И 14 и, нследстние

5 того, что на другом его выходе в это время присутствует разрешающий сигнал логическои единиць1" с выхода дешифрлтора 16, он проходит на выход и далее нл вход нулевого сброса первого счетчика 15„ Импульсный сигнал на выходе элемента И 14 представлен на графике 36, При этом сигнал нл выходе дешифратора 16 (он представлен на графике

37) меняется с единичного на нулевой, поступает на управляющий нход ключа 4 и устанавливает его н такое состояние, нри котором от выходя ис— точника 5 опорного напряжения отк- 20 лючается ТС 1 и подключается дополнительный резистор 17,что н свою очередь приводит к скачкообразному изменению напряжения на выходе УПТ 2 от величинь> !! = -11о(Ро/R,) пп 1> > = 25

= -П()(R()/R ), С этого момента начинается процесс формирования второго временного интервала — задержки t,з.

Время 1 >, прошедшее от момента 30 начала генерирования экспоненциального напряжения, определяемого предыдущим срабатыванием комплраторл 9,до момента его нового срабатывания > опреИ о деляемого из равенства -П -- -- + 35 о

/л 9

+ !! е = 0, составляет

Сформированный на выходе компарлтора 9 импульс, вследствие блокиров— ки входа элемента И 14, соединенного с выходом дешифратора 16, присутствующим на нем сигналом нулевого уровня, не проходит на вход нулевого сброса счетчика 15, поступая на счетный вход последнего, изменяет по своему заднему Фронту соответствующим образом его состояние-. Так как при этом выходной сигнал дешифратора

l6 изменяется, сформированный на выходе компаратора 9 импульс, вследствие блокиронки входа элемента И 14 по входу соединенному с выходом де%

55 шифратора 16, присутствующим нл нем нулевым сигналом, не проходит на вход нулевого сброса счетчика 15, л поступает на счетный вход последнего и Гноим члдним Фронтом нэмс пист соответствун>щим образом е. >> состояние. Так клк при этом сигнал нл выходе дешифрлторл 16 не изменяется, то очepедной и пОГs(едуюп1ие импульсь1 на выходе ком11;1рлторл 9 *< рмируются с л

R ц периодом t. = )и

В

Так продолжлется до момента формирования п-го импульса, считая с момента нулевого сброса счетчика 15, т.е, с момента начала формирования второго временного интервала задержки,2. Этот импульс, поступая на счетный вход первого счетчика 15,устанавливает его ныходы н тлкое состояние, при котором сигнал на выходе дешифрлторл меняется с нулевого опять на единичный, При этом ключ 4 вновь отключает выход источника 5 опорного напряжения от вывода дополнительного резистора 17 и подключает к нему вывод термопреобразонателя

В этот момент времени закан«инается формирование второго временного интервала t z длительностью

Палее работа устройства анллогичВ ре э ульта те на выходе дешифраторч 16 Формируется первая импульсная последовательность с длительнос т1,ю ич!1уль сон t. z и Г пе риодом Ф, опрслеляемым выражением

При выполнении условия > 1п о

А

R ч Ra tRg)» и " 1г. --- или ---- = i-, «acо A В о тотл Г первого импульсного сигнала на выходе дешифраторл 16 определяется выражением f = 1/1; = Т/i В, т.е. прямо пропорциональна измеряемой температуре, Для получения прямого цифрового отсчета измеряемой темпеРатУРЫ ПГРВЫй ИМПУЛЬГНЫй СИГНаЛ С выхода депифратора 16 подается через формирователь 19 и злемент И 18 на второй счетчик 30, состояние которого через блок памяти выводится на цифровой индикатор 32, Первый импульс выходного сигнала цешифратора I 6, посту на С-вход триггера 21 изм .няет состояние его прямого и инне сного выходов, временные диаграммы сигналов на которых представлены соответственно на графиках 38 и 39, на инверсные по каждому переднему фронту единичного импульса.

Выходной сигнал инверсного выхода триггера 21, поступая на один из вхо- 10 дов элемента И 20, нл период первого импульсного сигнала блокирует другой

В момент окончания этого импульса н реверсивном счетчике 76 оказывается запислнным число N „, и счетчик начинает работать н режиме вычитания °

Через время С „, определяемое из равенства С„Г, = И „, происходит обнуление реверсивного счетчикл 26, Импульс с ныходл нуля реверсивного счетчика 26, ноступля через другой вход элементл ИЛИ 27 на его вход и далее на вход записи реверсивного его вход, соединенный с вь1ходом дешифратора 16. В результате на выход элемента И 70 проходит каждый четный импульс первого импульсного сигнала.

Сигнал с прямого выхода триггера

21, поступая на нулевые входы делителя 23 частоты и суммирующего счетчика 24, устанавливает их по своему переднему фронту в исходное нулевое состояние. По окончании этого фронта делитель 23 частоты и счетчик 24 начинают работать при поступлении импульсов на их счетные входы с исходного состояния ° При этом на выходе делителя 23 частоты формируется импульсный сигнал с частотой f <, определяемой выражением f = Г, /К где о — частота импульсного генератора

7?, К вЂ” коэффициент деления делите9 ля 23 частоты, или при К =

Гд/ „. Импульсы с выхода делителя 23 проходят через элемент И 25 н течение периода t перного импульсного сигнала, когда на прямом выходе триггера 19, соединенного с другим выходом элемента И 25, присутствует сигнал логической единицы. При этом с выхода элемента И 25 на счетный вход счетчика 24 за этот период поступает m импульсов, где m = f t, или с учетом С = !/f, где f — частота первого импульсного сигнала, в счетчике 24 в момент окончания этого периода оказывается записанным число N „ = — fg /Г, В этот момент времени на вход записи реверсивного счетчика 26 с выхода элемента И 20, временная диаграмма сигнала на котором представлена на графике 40, через один иэ входов элемента ИЛИ ?7 поступает четный единичный импульс с выхода дешифратора 16, который переписывает информацию, присутствующую на выходах счетчика 24, в ренерсивный счетчик 26 по его входам начальной установки и блокирует его вычитающий вход, счетчика ?6, временная диаграмма сигнала которого предстлнлена на графике 41, вновь переписывает информацию с выхода счетчика 24 в ренерсинный счетчик 26, а так как эта информация в течение всего четного периода пер1вого импульсного сигнала остается неизменной, то следующий импульс на выходе нуля реверсивного счет чика 26 опять появляется через время

С . Таким образом, на выходе нуля ч реверсивного счетчика 26, являющемся выходом умножителя частоты,формируется вторая импульсная последовательность с периодом С ч = И/е,,тлк как N Ä = f > - t и . > = /Т

Т раз меньше периода первой импульсной последовательности или с частотой 1 ч = 1/С у = т,,,„„ f лревы шающей величину частоты первого импульсного сигнала н Т „, рлз. При этом значение периода выходного сиг35 . нала умножителя частоты не зависит от частоты импульсного генератора

22, поэтому нестабильность частоты генератора 22 не вызывает погрешнос40 ти при делении периода первой импульсной последовательности. Сигнал на управляющем входе ключа 29,поступающий с инверсного выхода триггера, имеет единичное значение в чет45 ном периоде первого импульсного сигнала„ Благодаря этому на выход ключа 29 проходит четный проинвертиронанный инвертором 28 импульс с выхода дешифратора 16 длительностью t >

50 (временная диаграмма сигнала на выходе инвертора 28 представлена íà графике 42), Единичный импульс с выхода ключа

29, временная диаграмма сигнала на выходе которого представлена на графике 43, поступает па нулевой вход счетчика 30, передним

1 506298

10 вход элемента И 18, разрешает прохождение второго импульсного сигнала на счетный вход счетчика 30. По окончании этого импульса в счетчик 30 оказывается записанным код N „

tl

f С = --1- соответствующий

У

У количеству импульсов второго импульсного сигнала за второй временной интервал t .

При этом задний фронт этого импульса, поступая на вход записи блока 31 памяти, переписывает информацию с информационных выходов счетчика 30 в блок 31 памяти„ На этом цикл измерения температуры заканчивается, а результат измерения N „ отображается на индикаторе 32. Так как t„= t/>„„„,= В/т т„„,, л т макс в

С = ln — — -- — = -ч1- ——

А

-- мс чс

20 то (т „,= )()=т.

"мс ко

Формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для измерения температуры, содержащее источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к первому выводу конденсатора RC-цепи и к подвижному контакту 45 первого ключа, два неподвижных контакта которого соединены соответственно через термопреобразователь сопУстройство работоспособно и в том случае, когда выход инвертора 28 непосредственно соединен с первым входом второго элемента И 18. В этом случае формирование результата измере-ния формирователем 19 осуществляется в каждом периоде первого импульсного сигнала. Но, так как результат измерения может измениться только через один период первого импульсного сиг- 35 нала, такой режим работы нецелесообразен. ротивления и дополнительный резистор с инвертирующим входом операционного усилителя с резистором в цепи обратной связи, выход которого подключен к первому входу компаратора, а неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, соединенной с вторым выводом источника опорного напряжения и первым выводом резистора R(;— цепи, и подключен ко второму входу компаратора, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, включенного параллельно конденсатору, первый счетчик, выход которого соединен с входом дешифратора, а вход установки нуля подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен со счетным входом первого счетчика и выходом компаратора, а второй вход подключен к выходу дешифратора, соединенного с управляющим входом первого ключа, блок памяти, выход которого подключен к входу цифрового индикатора, информационные входы соединены с выходами второго счетчика, а вход записи соединен с входом установки нуля второго счетчика и первым входом второго элемента

И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, о т Л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в ного введены инвертор и формирователь результата измерения, вход которого соединен с входом инвертора и выходом дешифратора, а выход подключен к второму входу второго элемента И, при этом выход чнвертора соединен с первым входом второго элемента И.

2. Устройство по и,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выход инвертора соединен с первым входом второго элемента И через третий ключ, управляющий вход которого соединен с дополнительным выходом формирователя результата измерения.

1506298

Редактор И.Горная

Заказ 5420/43 Тирам 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета о изобретениям и открытиям ври ГКНТ СССР

113035, Иосква, _#_-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Ю о

4f

Составитель В,Куликов

Техред А.Кравчук Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ