Цифровой термометр
Изобретение относится к цифровой термометрии. Цель изобретения является повышение точности путем уменьшения погрешности измерения, вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя. Сигнал с термоэлектрического преобразователя 2 поступает через блок компенсации 3, диференциальный усилитель 4 и первый масштабный преоразователь 5 на инвертирующий информационный вход интегрирующего аналого-цифрового преоразователя (АЦП) 9, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения 1. На опорный вход АЦП 9 поступает опорный сигнал, зависящий от измеряемой температуры, формируемый с помощью масштабных преобразователей 6, 7 и дифференциального усилителя 8. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИX
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
IlPH ГКНТ СССР
1 (21) 4403921/24г10 (22) 05..04.88 . (46) 23,07.90. Бюл. ¹ 27 (72). P Â. Бычковский, Н.И. Грибок, В.И. Зорий, И.Е. Процько, С.Г.Романюк, С,А. Савенко, Ю.В. Сасин, Б.И. Стаднык и T.С. Суркова (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1408248, кл. G 01 К 7/02, 1986.
Патент США № 4588308, кл. G 01 К 7/02, опублик. 1986. (54) ЦИФРОВОЙ TEPMOMETP (57) Изобретение относится к цифровой термометрии. Целью изобретения является повышение точности путем уменьшения погрешности измерения, „„SU„, 1580182 А1
2 вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя. Сигнал с термоэлектрического преобразователя 2 поступает через блок компенсации 3, дифференциальнь»й» усилитель 4 и первый масштабный преобразователь
5 на инвертирующий информационный вход интегрирующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения
1. На опорный вход АЦП 9 поступает опорный сигнал, зависящий от измеряемой температуры, формируемьп» с помощью масштабных преобразователей
6, 7 и дифференциального усилителя 8.
1 ил.
1580182
Изобретение относится к цифрсвой ермометрии и может найти применение при измерении температуры с помощью цифровых портативных термометров с
5 автономным питанием в комплекте с термоэлектрическими преобразователями е
Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьше- 1О ния погрешности измерения, вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя.
На чертеже показана блок-схема цифрового термометра. $5
Цифровой термометр содержит источник 1 опорного напряжения, термоэлектрический преобразователь 2, блок 3 компенсации, первый дифференциальный усилитель 4, первый 5, второй 6 и третий 7 масштабные преобразователи, второй дифференциальный усилитель 8, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9 и цифровое от- . счетное устройство 10. 25
Масштабные преобразователи 5, 7 и 6 могут быть выполнены в виде обычных резистивных делителей напряжения, подключенных к выходам соответственно усилителя 4 и источника 1 напряже- >Q ния. Блок 3 компенсации предназначен для компенсации влияния изменений температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя 2 и представляет собой четырехплечий резистивный мост, питаемый от источника постоянного тока, два противопо,ложных плеча которого образуются термо-. резистивными резисторами, а два других - температурозависимыми. 40
Цифровой термометр работает следующим образом.
Выходная термо 3$C E Х = (х сь) термоэлектрического преобразователя 2, соответствующая измеряемой температу- 4 ре 6> и температуре 9 свободных концов термоэлектрического преобразователя 2, алгебраически,суммируется с выходным напряжением U« = F(0c<, 0 С) блока 3 компенсации, которое равно поправке на температуру Ос . свободных концов термоэлектрического преобразователя 2, вычисленную из градуировочной характеристики последнего, Действительно, значение Ех мож55 но представить как
E Г(Ох, 9, ) = E (8х ю 0 .С) + о
i где E(8» 0 С) — градуировочная характеристика термоэлектрического преобразователя 2, соответствующая измеряемой температуре 6» и температуре свободо о ных концов 0 С
Р
6 К(О, 0 С) — поправка к термоЭДС термоэлектрического преобразователя
2 при отклонении температуры 9 его сво" о бодных концов ст 0 С, причем в (1) знак "+" при с < О С; а знак "-" — при 8, > 0 С, Блок 3 компенсации обеспечивает равенство Uc = Г(()cs 0 С). значению
6Г(8Ä 0 ), и тем самым достигается независимость входного напряжения
Ъ
Пц„первого дифференциального усилителя 4 от изменений температуры 0 свободных концов термоэлектрического преобразователя 2.
Следовательно, входное напряжение
Uz первого дифференциального усилителя 4 выражается как
UUBx — Ех + Uck ° (2)
Выходное напряжение первого дифференциального усилителя 4 равно
"ab)Ä = К4" ьх = К (Е, + П „) (3) где К вЂ” коэффициент усиления первого дифференциального усилителя 4.
Напряжение U>û подается непосредственно на неинвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 9, через первый масштабный преобразова тель 5 « на инвертирующий опорный вход АЦП 9, а через третий масштабный преобразователь 7 — на инвертирующий вход второго дифференциального усилителя 8. Опорное напряжение Uo с выхода источника 1 опорного напряжения подается непосредственно на неинвертирующий опорный вход интег" рирующего АЦП 9 и через второй масштабныи преобразователь б на неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя 8, выходное напря" жение последнего подается на инвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 9.
Таким образом, входное опбрное напряжение Uzz подаваемое на опорный вход интегрирующего АЦП 9, равно
Ной = Uo К, P (E < «+ Пск ) ° (9) где К>
5 >5"Ot где р - коэффициент преобразования первого масштабного преобразователя 5.
При этом на информационный вход интегрирующего АЦП 9 подается напря5 жение U<, которое равно
UaIn US (5) где U — выходное напряжение второго о дифференциального усилителя 8.
Учитывая, что на инвертирующий вход второго дифференциального усилителя 8 подается выходное напряжение третьего масштабного преобразователя У, а на неинвертирующий вход— выходное напряжение второго масштабного преобразователя 6, выходное напряжение второго дифференциального усилителя 8 выразится как 20 (6 о Р7 был() где Кз — коэффициент усиления второго дифференциального усилителя 8;
1 - коэффициент преобразования 25 третьего масштабного преобразователя 7;
p< — коэффициент преобразования второго масштабного преобразователя 6. 30
Подставляя (3) в (6), получают выражение для U в виде
U, = К,Q,U. — К4 P,(E„+ U«)) (7)
Учитывая (7) и (3), получают выражение для входного напряжения
35 подаваемого на информационный вход интегрирующего АЦП 9, в виде .Ux = K<( + Пск), (8) Исходя из Функции преобразования .4О интегрирующего АЦП 9 его выходной ,код определяется из соотношения K Ux K К4(Ех + Пск) 9 9 00 О 4 к 616 0 К4 97 (E x «+ U ск ) 1 коэффициент преобразования интегрирующего АЦП 9; U)(и По„ - входные напряжения, подаваемые соответственно I на информационный и опорвходы интегрирующегo 55 АЦП 9. Выбором значений коэффициента преобразования (5 первого масштабного 82 6 преобра зовятеля 5 и коэд! ипиента усиления К4 первого днд4еренциальпого усилителя 4 обеспечивается линейность преобразования измеряемой температуры в код, а выбором соответствующих соотношений значений коэффициента усиления Кя второго дифференциального усилителя 8 н коэффициентов преобразования 86 и 7 второго 6 и третьего 7 масштабных преобразователей обеспечивается постоянство напряжения смещения при изменении значений термоЭДС Е к термоэлектрического преобразователя 2 во всем диапазоне измеряемых температур 3„, и тем самым устраняется влияние аддитивной составляющей погрешности преобразования на результат измерения. Ф ормула и з о б р е т е н и я Цифровой термометр, содержащий термоэлектрический преобразователь, первый вывод которого соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, а второи вход подключен к выходу блока компенсации, вход которого соединен с вторым выводом термоэлектрического преобразователя, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом цифрового отсчетного устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены источник опорного напряжения, три масштабных преобразователя и второй днфферепциальный усилитель, выход которого подключен к инвертирующему информационному входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, непнвертирующий опорный вход которого соединен с вы" ходом первого дифференциального усилителя и через первый масштабный преобразователь подключен к инвертирующему информационному входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, неинвертирующий информационный входкоторого подключен к выходу источника опорного напряжения и через второй масштабный преобразователь соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен через третий масштабный преобразователь с выходом первого дифференциального усилителя.
