Аналого-цифровой преобразователь температуры

 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в цифровом измерителе температуры. Изобретение позволяет повысить надежность путем упрощения устройства. Это достигается тем, что в первом такте &Tgr;<SB POS="POST">0</SB> интегрируется напряжение термометра 2 за фиксированный промежуток времени. Во втором такте &Tgr;<SB POS="POST">X</SB> интегрируется напряжение на образцовом резисторе 3. При этом перед началом счета в реверсивный счетчик 10 загружается код установки, а температура определяется в результате вычитания текущего значения из кода установки с возможностью перехода через ноль при отсчете положительных температур. Переключение реверсивного счетчика 10 в режим сложения при положительных температурах производится при помощи триггера 16, выход переполнения которого соединен через элемент И-НЕ 11 с P-входом счетчика 10. Временные интервалы &Tgr;<SB POS="POST">0</SB> и &Tgr;<SB POS="POST">X</SB> организуются так, что они составлены из целого количества квантующих импульсов, считываемых реверсивным счетчиком 10. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ч)з Н 03 M 1/52

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

М» ЗВ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4636084/24 (22) 12.01.89 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Специальное конструкторское бюро

"Титан" (72) А.В.Дроздов, А.Г.Паламодов и В.И,IOnдашев (53) 681,325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1015266, кл. G 01 К 7/16, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 855412. кл. G 01 К 7/00, 1979. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в цифровом измерителе температуры. Изобретение позволяет повысить надежность путем упрощения устройства, Это достигается тем, что в первом такте t< интегрируется

„„SU„„1674374 А1 напряжение термометра 2 за фиксирован-ный промежуток времени. Во втором такте тх интегрируется напряжение на образцовом резисторе 3, При этом перед началом счета в реверсивный счетчик 10 загружается код установки, а температура определяется в результате вычитания текущего значения иэ кода установки с возможностью перехода через ноль при отсчете положительных температур. Переключение реверсивного счетчика 10 в режим сложения при положительных температурах производится при помощи триггера 16, выход переполнения которого соединен через элемент И-НЕ 11 с

P-входом счетчика 10. Временные интервалы t< и t> организуются так, чтобы они были составлены из целого количества кван- Б тующих импульсов, считываемых реверсивным счетчиком 10. 1 з.п.ф-лы, 2 ил, 1674374

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в цифровом измерителе температуры.

Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения устройства, .

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы, Аналого-цифровой преобразователь температуры (фиг. 1) содержит источник 1 питания, термометр-сопротивление 2, образцовый резистор 3, аналоговый коммутатор 4, интегратор 5, нуль-орган 6, генератор

7 импульсов, D-триггеры 8и 9, реверсивный счетчик 10, элементы И вЂ” НЕ 11 и.12, элемент

И 13, регистр 14, О-триггер 15, триггер 16, D-триггер 17 и блок 18 управления, выполненный на 0-триггерах 8, 9 и 15 и элементе

И вЂ” НЕ 12. На временной диаграмме (фиг. 2) обозначены напряжения нэ выходах соответствующих элементов устройства.

Работа устройства основана на методе двойного интегрирования. В начале такта в реверсивный счетчик загружается число Np — (код установки); определяющее прямую, аппроксимирующую градуировочную кривую термосопротивления. В такте

t< аналоговый коммутатор 4 устанавливается в верхнее положение, при этом интегрируется напряжение термосопротивления 2 в течение фиксированного интервала времени то. Такт то заканчивается после образования импульса на выходе переноса реверсивного счетчика 10 как результата процесса вычитания до 0 — числа, записанного в счетчике 10.

Отрицательный импульс переноса через элемент И-НЕ 12 поступает на D-триггер

15 и устанавливает его в состояние, соответствующее следующему такту tx, В течение такта тх интегрируется напряжение образцового резистора 3 (R„) обратного знака, при этом аналоговый коммутатор 4 переводится в нижнее положение, Переход через нуль напряжения интегратора 5 фиксируется нуль-органом 6, на выходе которого образуется импульс положительной полярности.

На 0-триггерах 8 и 9 осуществляется формирование импульса нуль-органа 6 по фронтам квантующего импульса. Сформированный импульс через элемент И-HE 12 устанавливает О-триггер 15 в следующее состояние X 0, а также триггер 17 — в единичное состояние, при котором код установки

N< загружается в реверсивный счетчик 10.

По переднему фронту квантующего импульса производится счет импульсов счет иком 10, По заднему фронту квантующего

Uo = Кт о Ig Rg где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

tg — измерительный ток через термосопротивление;

Rg — сопротивление датчика;

Ro — сопротивление образцового резистора, Через интервал времени tx выходное напряжение интегратора становится равным нулю, Поэтому для второго такта гх справедливо выражение

40 (2) 0х- Оо К х Iî Rî где 4 — ток через образцовый резистор, Так как Ig -= I>, получим уравнение . (3) Ro

Принимая 4 равным сопротивлению датчика при Т вЂ” 0 С, получим. Применяя формулу b, R=f4 a T, имеем гх = г + а т, Т

Так как импульса в переходные моменты междутактами загружается код установки, Запись состояния реверсивного счетчика 10 в регистр

14 осуществляется в такте тх . Стробирова5 ние импульса записи температуры производится тактом тх с помощью элемента И-НЕ

13. Временные интервалы то, тх организуются так, чтобы они были составлены из целого количества квантующих импульсов, 10 считаемых реверсивным счетчиком.

В случае, если измеряемая температура меньше или равна нулю, счетчик 10 работает как вычитающий, если температура больше нуля, то при переходе через нуль счетчик

10 вырабатывает импульс переноса, Триггер 16 изменяет свое состояние по импульсу переноса, простробированному импульсом t>< с помощью элемента 11. При этом счетчик 10 начинает работать как суммирующий и считает до момента перехода через нуль напряжения на интеграторе 5, после чего состояние счетчика 10 переписывается в регистр 14.

В конце интервала то выходное напра25 жение

1674374 хо — о х хх — Nx > где No Nx — количество квантов в интервалах,получим (6) aNp T = „— о

Принимая а Np = 1, получим (7) Т =Nx Np °

Используя соотношение (3), получим

Т вЂ” Nî . (8) Из выражения (8) следует, что точность преобразования сопротивления датчика зависит только от точности образцового резистора. Заданное число Np обратно пропорционально коэффициенту а и может быть вычислено по формуле Np = RpT/ A R.

Для устройства не требуется сигнала внешнего запуска, состояние элементов схемы может быть произвольным и процесс измерения температуры происходит циклически с тактами х„и х„. Так как после включения питания цикл измерения может начаться с любого момента тактов tp или хх результат первого цикла может быть неверным. Для исключения этого результата используют регистр 14 с входом R, Устанавливая задержку по этому входу, задерживают появление результата на выходе регистра 14.

Рассмотрим возможные случаи исходного состояния элементов устройства и моменты времени, с которых начинается работа, Если триггер 15 находится в состоянии хо, то сигнал с инверсного выхода

D-триггера 15 устанавливает D-триггеры 8 и

9 в нулевое состояние, тем самым блокируется прохождение сигнала с нуль-органа 6 и ожидается импульс переноса с реверсивного счетчика 10. Разрешение следует "1" с

D-триггера 9. Реверсивный счетчик 10 работает в режиме вычитания, так как на выходе триггера 16 выставляется сигнал "О" с помощью двух "1" на входах S и R, Импульсом приведения схемы в исходное состояние является импульс переноса с реверсивного счетчика 10, так как счетчик работает и не заблокирован, а О-триггер 17 большее время находится в нулевОм состоянии. Реверсивный счетчик 10 считает до момента перехода через нуль, после чего вырабатывается импульс переноса, который через элемент 12 поступает на вход С триггера 15

На временной диаграмме (фиг, 2) показаны случаи, когда температура меньше нуля и больше нуля. Случай равенства нулю температуры, когда такт хо равен такту хх, можно рассматривать как частный случай

Т < О. В момент равенства нулю температуры, если приближение к нулю происходит

40 плавно со стороны отрицательных температур, триггер 16 переходит в другое состояние, соответствующее режиму сложения счетчика 10 и положительному знаку температуры., При этом импульс переноса и им45 пульс с нуль-органа б следует друг за другом без промежутка. Случай Т О не показан на временной диаграмме . Пример Т < О показан на временной диаграмме пунктиром.

Счетчик 10 не успевает досчитать до нуля, и импульсом с нуль-органа б схема устанавливается в исходное состояние. Запись результата в регистр 14 осуществляется нормализованным импульсом с D-триггера

8. Случай, когда Т > О, показан на временной диаграмме сплошной линией. Импульс переноса следует раньше импульса с нульоргана б и переключает триггер 16 в состояние, соответствующее положительной температуре, 5

30 и через D-триггер 17 на вход записи счетчика 10. При появлении такта х„c D-триггеров

8 и 9 снимается блокировка. В момент перехода через нуль напряжения интегратора 5 нуль-органом б вырабатывается импульс, который, пройдя через D-триггеры 8 и 9, нормализуется до длительности импульса тактовой частоты.

Нормализованный сигнал, пройдя через элемент И-НЕ 12, возбуждает с помощью D-триггера 17 запись числа Np в счетчик, а также возобновляет следующий такт.

Рассмотрим случай, когда триггер 15 после включения питания находится в состоянии х„. В этом случае разрешается прохождение импульса с нуль-органа 6. состояние триггера 16 в первом такте х„не имеет значения, так как результат измерения исключается. Импульс переноса следует независимо от режима работы счетчика и устанавливает такт хо .

Такт хо является тактом цикла измерения температуры, с которого показана временная диаграмма. B случае, если импульс с нуль-органа придет раньше импульса переноса, установка в такт хо осуществится не импульсом с нуль-органа, что возможно при принятии предпосылки о произвольном состоянии счетчика в первый момент времени после включения питания.

1674374

Формула изобретения

1, Аналого-цифровой преобразователь температуры, содержащий последовательно соединенные термометр-сопротивление и токоограничивающий элемент, выполненный на образцовом резисторе, второй выход которого объединен с первым аналоговым входом аналогового коммутатора и соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого соединен с вторым выводом термометра-сопротивления и вторым аналоговым входом аналогового коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, а выход соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с первым выводом образцового резистора, а выход соединен с входом нуль-органа, генератор импульсов, элемент И, реверсивный счетчик, триггер, регистр, выходы которого являются выходной шиной, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения устройства, в него введены D-триггер и элемент И вЂ” НЕ, выход которого соединен с R-входом триггера, S-вход которого соединен с первым выходом блока управления, а инверсный выход — с входом "Сложение-вычитание" реверсивного счетчика, информационные входы которого являются шиной установки кода, счетный вход объединен с первым входом блока управления и соединен с прямым выходом генератора импульсов, выход записи реверсивного счетчика соединен с выходом D-триг ера, информационные выходы реверсивного счетчика и инверсный выход триггера соединены с соответствующими информационными входами регистра, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И, выход переноса реверсивного счетчика соединен с первым

5 входом элемента И-НЕ и вторым входом блока управления, второй вход элемента И—

НЕ объединен с первым входом элемента И, третьим входом блока управления и соединен с вторым выходом блока управления, 10 третий выход которого соединен с вторым входом элемента И, причем С-вход D-триггера соединен с четвертым выходом блока управления, 0-вход является шиной логической единицы, R-вход объединен с четвер15 тым входом блока управления и соединен с инверсным выходом генератора импульсов, выход нуль-органа соединен с пятым входом блока управления.

2, Преобразователь по п,1, о т л и ч а ю20 шийся тем, что блок управления выполнен на трех D-триггерах и элементе И вЂ” НЕ, выход которого соединен с С-входом первого

0-триггера и является четвертым выходом блока, первый вход элемента И-НЕ соеди25 нен с инверсным выходом второго D-триггера, второй вход является вторым входом блока, 0-вход первого D-триггера соединен с его инверсным выходом, который является вторым выходом блока, первым выходом ко30 торого является прямой выход первого 0триггера, С-вход второго 0-триггера является первым входом блока, D-вход соединен с прямым выходом третьего 0-триггера, который является третьим выходом

35 блока, инверсный выход третьего 0-триггера соединен с R-входом второго 0-триггера, R-, С- и D-входы третьего D-триггера являются соответственно третьим, четвертым и пятым входами блока управления.

1674374

Редактор А.Лежнина

Заказ 2935 Тираж 444 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

%6

ЛИК

Составитель А.Титов

Техред М.Моргентал Корректор О,Кравцова