Цифровой измеритель температуры

 

Изобретение предназначено для температурных измерений и позволяет уменьшить энергопотребление при одновременном упрощении. В первом и четвертом такте неинвентирующий вход первого операционного усилителя 4 подключен к источнику 2 напряжения смещения, интегратор преобразователя напряжения в интервал времени (ПВН) 17 заряжается в течение интервала времени T выходным напряжением усилителя-сумматора 16, на входы которого поступает напряжение с выводов термопреобразователя сопротивления (ТС) 12 и образцового резистора 7. Во втором и пятом тактах вход усилителя 3 подключается к источнику опорного напряжения 1, интегратор ПНВ разряжается суммой опорного напряжения и напряжения смещения от источника опорного напряжения (ИОН) 1 и источника напряжения смещения (ИНС) 2. Результат измерения формируется с помощью реверсивного счетчика 22, селекторов 20, 21, функционального преобразователя 23, генератора опорной частоты 19 и блока управления 18. Транзисторы 6, 14, нестабилизированный источник питания 5 обеспечивают необходимый режим работы ТС 12. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51)5 С 01 K 7/16.Ы4,Д, Г. ° „

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTQPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ!! )Т 1-.-, „,, 6

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2I) 4463567/?4-10 (22) 20,07,88 (46) 07.06.90. Бюл. )Р 21 (7!) Львовский политехнический институт им, Ленинского комсомола и Мукачевский приборостроительный завод

"Мукачевприбор" (75) P.Í,Îãèðêî, В.А.Яцук, В.Б.Здеб, О.Л.Телеп, М.N.Ãóëüêà, И,С,Лучанин, В.M,Ñâèòëûê и А,Е,Карабелеш (53) 536.531(088,8) (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение предназначено для температурных измерений и позволя-. ет уменьшить энергопотребление при одновременном упрощении. В первом и четвертом такте неинвентирующий вход первого операционного усилителя 4 подключен к источнику 2 напряжения смещения, интегратор преобразователя напряжения в интервал времени

Изобретение относится к области, температурных измерений, а именно к цифровым измерителям температуры с термопреобразователями сопротивления, и может быть применено в щитовых цифровых приборах промьш ленного применения.

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления при одновременном упрощении, На фиг.1 изображена структурная электрическая схема цифрового измерителя температуры; на фиг ° 2 — схема усилителя-сумматора; на фиг,3 — схе г

2 (ПВН) 17 заряжается в течение интервала времени Т выходным напряжением усилителя-сумматора 16, на входы которого поступает напряжение с выводов термопреобразователя сопротивления (ТС) 12 и образцового резистора 7.

Во втором и пятом тактах вход усилителя 3 подключается к источнику опорного напряжения 1, интегратор ПНВ разряжается суммой опорного напряжения и напряжения смещения от источника опорного напряжения (ИОН) 1 и источника напряжения смещения (ИНС) 2. Результат измерения формируется с помощью реверсивного счетчика 22, селекторов 20, 21, функционального преобразователя 23, генератора опорной частоты .19 и блока управления 18, Транзисторы 6, 14, нестабилизированйый источник питания 5 обеспечивают необходимый режим работы ТС 12, 1 з.ui ф-лы, 5 ил. ма преобразователя напряжения в интервал времени, на фиг,4 — схема блока управления; на фиг.5 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения (! ОН) источник 2 напряжения смещения (ПНС), электронный коммутатор (К) 3, первый операционный усилитель (ОУ) 4, нестабилизированный источник 5 питания, первый транзистор 6, образцовый резистор 7, первые токовый 8 и потенпиальный 9

1 и вторые потенциальный 0 и токовый

1569590

11 провода, термопреобразователь 12 сопротивления (ТС), второй операционный усилитель 13 второй транзистор

14, переключатель 15, усилитель-сумматор 16, преобразователь 17 напряжения в интервал времени (ПНВ), блок .18 управления (БУ), генератор 19 опорной частоты (ГОЧ), первый 20 и второй 21 селекторы, реверсивный счетчик 1О (РСЧ) 22, функциональный преобразователь (ФП),23, отсчетное устройство

24, источник питания операционных усилителей (на фиг,l не показан). Усилитель-сумматор 16 содержит два опе- 15 рационных усилителя 25 и 26, три прецизионных резистора 27-29 и переменный резистор 30. Преобразователь 17 (31) напряжения в интервал времени содержит коммутатор 32, три операцион-2р ных усилителя 33-35, резистор 36, конденсатор 37. Блок управления содержит делитель 38 частоты, кольцевой счетчик 39, три элемента 2И 40-42, сумматор 43 по модулю два, шесть RS-- 25 триггеров 44-49, D-триггер 50, формирователь 51 короткого импульса, элемент ИЛИ 52, три элемента 2ИЛИ 53 55 и четыре импульсных трансформатора 56-59, 30

В исходном состоянии подвижный контакт электронного коммутатора 3 находится в нижнем по фиг.l положении, ПНВ 17 находится в режиме обнуления конденсатора 37 интегратора (вход пов35 торителя 33 подключен к выходу нульоргана 35), РСЧ 22, ФП 23 и отсчетное устройство 24 обнулены.

Измерение производится в шесть тактов. В первом и четвертом тактах про- 40 изводится заряд интегратора ПНВ 17 выходным напряжением усилителя-сумматора 16 на протяжении фиксированного времени Т. В момент окончания первого и четвертого такта производится 45 переключение коммутатора 3. Во втором и пятом тактах производится разряд конденсатора интегратора суммой опорного напряжения U и напряжения смещения

U до момента срабатывания нуль-ор- 50 гана 35, После чего ПНВ 17 переводится в режим обнуления конденсатора 37 интегратора, На время второго такта выход ГОЧ

19 через первый селектор подключает-. ss ся к суммирующему входу РСЧ 22 что

Э

1 приводит к записи в нем кода N,, равного результату первого двухтактного инN, = F (IN,-И,!» (l ) где F — функция преобразования ФП 23, Ng — число импульсов, прошедшее с ГОЧ 19 за время пятого такта.

Длительность второго и пятого тактов равна

Псм Пч . +1дцп (2)

2 00+1л цп где 1 „„ — эквивалентное напряжение смещения АЦП;

U„ — напряжение смещения; — выходное напряжение на выходе усилителя-сумматора 16;

U, — напряжение ИОН 1.

Выходное напряжение усилителясумматора 16 при четырехпроводном подключении ТС 12

1 1 R» R»

Uyc=I R — -Т К вЂ” — +1 (3)

Р " R +R Ус

l q z (U 1, R H+R z) где Ip

R „В.д

ТС 12;

R > — сопротивление ТС 12;

R — сопротивление образцового резистора 7;

R„,R< R — сопротивления прецизионных резисторов, соответственно

27-29;

1 — напряжение смещения усилителя-сумматора 16;

U — входное напряжение первого .ОУ 4", 1i — на пряжение смещения ОУ 4.

При трехпроводном подключении

ТС 12 рабочий ток (з R3 R3

U =I (R +r ) — -I r ус р e i р .р

1 и

R»

R — - + 1

p a R +R усю

N Э (4) тегрирующего преобразования выходного напряжения усилителя-сумматора в код.

С начала пятого такта и до момента обнуления РСЧ 22 выход ГОЧ 19 подключается через второй селектор 20 к вычитающему входу РСЧ 2?. В промежуток между окончанием пятого такта и обнулением РСЧ 22 импульсы с ГОЧ через второй селектор 21 и ФП 23 поступают на отсчетное устройство 24 ° Таким образом формируется результат измерения

156

Кч R< — — R, и—

+К R гт

К„ где R0 — значение сопротивления ТС 12 при ОС, то разность результатов двух преобразований ку к R QR R о к 1 сп

RRR(1 — - -) я U о где f — частота генератора 19, Функциональный преобразователь

23 моделирует зависимость

В= Р )R,— К, где r, r — сопротивление соответст-— ,9 z венно первого и второго токовых проводов, Если выбрать

6 которая фиксируется D-триггером 50.

Когда К, — К, (О, тогда (t< т..е. в пятом такте ГСЧ ?4,обнулится раньше срабатывания нуль-органа 35 и в D-триг5 гер 50 запишется состояние RS-триггера 45, фиксирующего интервалы tz и t+, равное в этот момент Лог.".1". Если

R e-КО)0, To t z > t, и a D-TpHrгер 50 запишется Лог,"0", Та .èì образом, 1 на выходе D-триггера 50 соответствует знаку "-", а

Π— знаку "+", В случае применения нестабилизиро15 ванного источника 5 опорного напряжения, для исключения влияния пульсирующего тока I на напряжение питания аналоговой части, необходимо коллектор второго транзистора 14 под20 ключить к источнику питания до стабилизатора напряжения.

В отсчетное устройство ?4 поступает с выхода ФП 23 код М=F(N „), пропорциональный температуре.

Результат измерения не зависит от значения напряжения смещения усилителя-сумматора, которое может быть ,вызвано напряжением смещения используемых в нем ОУ, их входными токами и термо-ЭДС на переходных контактах 30 линий связи, Напряжение смещения оказывает воздействие только на мультипликативную составляющую погрешности.

Причем при U « 10 В нестабильность 1 „ не приведет к погрешности более 0,013.З5

ИНС 2 выполняет две функции: сме- ° щает характеристику преобразования

ПНВ 17, что позволяет использовать однополярный источник опорного напряжения, и обеспечивает работу транзис- 40 торов 6 и 14 в активном режиме при модуляции рабочего тока, БУ 18, кроме начальной установки прибора, производит управление коммутатором 3, коммутатором ПНВ 17, фик- 45 сирует момент срабатывания нуль-органа 55 ПНВ !7, управляет селекторами

20 и 21, фиксирует момент обнуления .

РСЧ 22 и знак измеряемой температуры, формирует сигнал записи результата иэ-50 мерения в регистр памяти отсчетного устройства 24, Индикация знака осуществляется путем передачи информации о знаке из БУ 18 в отсчетное устройство

24 и отображения ее на соответствую- 55 щем элементе индикации, Знак измеряемой температуры определяется значением ,R -R по очередности срабатывания нуль8 о органа 35 ПНВ 17 и обнуления РСЧ 22, Формула изобретения

1, Цифровой измеритель температуры, содержащий источник напряжения смещения, источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к первому входу электронного коммутатора, выход которого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к третьему входу усилителя-сумматора и через образцовый резистор соединен с общей шиной измерителя, термопреобразователь сопротивления, первые токовый и потенциальный провода которого подключены через первую группу контактов переключателя к первому входу усилителя-сумматора, второй вход которого соединен с подвижным контактом второй группы контактов переключателя, неподвижные контакты которого соединены соответственно с общей шиной измерителя и вторым токовым проводом термопреобразователя сопротивления, второй потенциальный провод которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине измерителя, источник питания операционных усилителей, преобразователь напряжения в интервал времени, вход которого соединен с выходом усилителя-сумматора, а выход подключен к первому входу блока управ ления, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты

1569590 и первыми входами первого и второго

Селекторов, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами второго селектора, а выход подключен к третьему вхо5 ду блока управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами электронйого коммутатора, преобразователя напряжения Ъ интервал времени, вторыми ! входами первого и второго селекторов и третьим входом первого селекто-! ра, функциональный преобразователь„

Вход которого соединен с выходом второго селектора, выход подключен к цифровому отсчетному устройству, а управляющие входы соединены с управляющими входами цифрового отсчетного уст-2О ройства и подключены к шестому и седьмому выходам блока управления, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления при одновременном упрощении, в него 25 введены два транзистора и нестабилизированный источник питания, первый вывод которого соединен с первым токовым проводом термопреобразователя сопротивления, а второй вывод подключен к gp коллектору первого транзистора, база и эмиттер которого соединены соотSpTcTBeHEIo с выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя, база второго транзистора подключена к выходу второго операционного усилителя, коллектор — к источнику питания операционных усилителей, эмиттер — к второму токовому проводу термапреобразователя сопротивления, а второй вывод источника опорного напряжения подключен к второму входу электронного коммутатора, соединенному с третьим входом преобразователя напряжения в интервал времени и с пер-. вым выводом источника напряжения смещения> второй вывод которого соединен с общей шиной. !

2. Измеритель температуры по и. I, отличающийся тем, что преобразователь напряжения в интервал времени содержит повторитель напряжения, два операционных усилителя, конденсатор, резистор и коммутатор, выход которого через повторитель напряжения и резистор подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, соединенному через конденсатор с его выходом, подключенным к инвертирующему входу второго операционного усилителя, выход которого является выходом преобразователя напряжения в интервал времени, при этом первый вход коммутатора соединен с выходом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и третьим входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй, третий и управляющий входы которого соединены соответственно с вторым, третьим и управляющим входами коммутатора.

I /

l 560590

) 569590

1Т 2т 5 r 4r & 6т jr Г 57 4т 5т

Иых

2Б

27

Л

4 о

3 Г8

Выл РСЧ

РСЦ

Составитель В.Куликов

Редактор JI.Ãðàòèëëî Техред M.ÄHäbïñ КоРРектоР С.Черни

Заказ 1438 . Тираж 516

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР

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

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