Интерфейсный модуль контроля температур


 


Владельцы патента RU 2562749:

Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в многоканальных устройствах для измерения температур с помощью термопреобразователей сопротивления. Интерфейсный модуль контроля температур содержит термопреобразователь сопротивления 1, опорный резистор 2 и эталонные резисторы 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля 5, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу электронных ключей (ЭК) 6 с тремя ключами - А, В, D, вторую группу ЭК 7 с четырьмя ключами - А, В, С, D, первый генератор стабильного тока 8, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей А, В первой группы ЭК 6. Дополнительно введен второй канал контроля 5, представленный термопреобразователями сопротивления 1, опорными резисторами 2 и эталонными резисторами 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока 9, интерфейсная шина обмена 10, контроллер интерфейсов 11, схема управления 12 и последовательно соединенные инструментальный усилитель 13, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей А, В, С второй группы ЭК 7, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК 7, масштабирующий усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и буферное устройство 16. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности измерения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в многоканальных устройствах для измерения температур с помощью термопреобразователей сопротивления, например в телеметрических системах и системах терморегулирования космических аппаратов.

Известно многоканальное устройство для измерения температур, содержащее термопреобразователи сопротивления, опорные резисторы, ключи, источник тока, блок управления, генератор тактовой частоты, блок памяти, схему управления, цифроаналоговые преобразователи, RS-триггеры, схему задержки, схему ИЛИ, RC-цепочки, диоды (см. а.с. СССР №1229599).

Такое устройство позволяет последовательно преобразовывать сопротивление термопреобразователей каждого контролируемого канала в цифровой код, а результаты измерения фиксировать в блоке памяти и передавать на внешние устройства для дальнейшей их обработки (например, в центральное процессорное устройство).

Недостатком указанного устройства является низкая точность измерения сопротивления термопреобразователей из-за отсутствия возможности калибровки результатов измерения с помощью внешнего центрального процессорного устройства и отсутствия возможности изменения диапазонов измерения при переключении каналов контроля с разными типономиналами термопреобразователей сопротивления.

Известно устройство для определения активного сопротивления, содержащее последовательно соединенные неизвестное сопротивление и эталонные резисторы, генераторы тока, ключи, дифференциальный усилитель, блоки усилителей опорного и измерительного трактов, блок аналого-цифрового преобразования, блок подготовки объекта измерения, блок контроля температуры и центральное процессорное устройство (см. патент РФ №2245557).

Такое устройство для повышения точности измерения неизвестного сопротивления позволяет с помощью программных средств центрального процессорного устройства осуществлять выбор пределов диапазона измерения за счет возможности изменения коэффициентов усиления блоков усилителей опорного и измерительного трактов и настройку измерительного тока в генераторах тока в зависимости от выбранных пределов диапазона измерения, а результаты измерения передавать в центральное процессорное устройство для их дальнейшей обработки.

Недостатком указанного устройства являются ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия возможности проводить многоканальные измерения.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, опорный (задающий) резистор и эталонные резисторы нижней и верхней калибровочных точек, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую и вторую группы электронных коммутаторов (ЭК) с четырьмя независимыми ключами - А, В, С, D, генератор стабильного тока, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами всех ключей первой группы ЭК, запоминающий конденсатор, схему выделения дифференциальной составляющей сигнала, состоящую из инвертирующего усилителя, третьей и четвертой групп ЭК с двумя независимыми ключами - А, D, двух помехоподавляющих конденсаторов, RC-фильтра с форсирующей цепочкой из двух встречно-параллельно включенных диодов, включенной между входом и выходом RC-фильтра, выходной усилитель и генератор прямоугольных импульсов с входами управления - калибровка нижней точки и калибровка верхней точки, прямой выход которого при штатной работе подключен к входам управления ключей А всех групп ЭК (при калибровке он подключается к входам управления ключей В и С всех групп ЭК), а инверсный - к входам управления ключей D всех групп ЭК, при этом выход ключа А первой группы ЭК соединен с входом ключа А второй группы ЭК и термопреобразователем сопротивления, выход ключа D первой группы ЭК соединен с входом ключа D второй группы ЭК и опорным резистором, выход ключа В первой группы ЭК соединен с входом ключа В второй группы ЭК и эталонным резистором верхней калибровочной точки, выход ключа С первой группы ЭК соединен с входом ключа С второй группы ЭК и эталонным резистором нижней калибровочной точки, входы ключей А, В, С, D второй группы ЭК объединены и подключены через запоминающий конденсатор к входу схемы выделения дифференциальной составляющей сигнала, выход которой подключен к входу оконечного усилителя, выход которого является выходом устройства (см. патент РФ №2492436).

Такое устройство для повышения точности измерения позволяет проводить калибровку измерительного тракта с помощью эталонных резисторов верхней и нижней калибровочных точек. По существенным признакам и выполняемым функциям оно может быть признано прототипом.

Недостатками прототипа являются низкая точность измерения из-за возможности возникновения большой нестабильности значения разности сопротивлений эталонных резисторов верней и нижней калибровочных точек (технологический разброс значений сопротивления эталонных резисторов и неодинаковый эксплуатационный уход значений сопротивлений эталонных резисторов) и ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия возможности производить многоканальные измерения, а также передавать результаты измерения на внешние устройства для последующей их обработки (например, в центральный процессорный модуль).

Задачей предлагаемого изобретения является создание интерфейсного модуля контроля температур с расширенными функциональными возможностями, позволяющего проводить многоканальные измерения сопротивлений термопреобразователей различных типономиналов и обеспечивать для повышения точности измерения возможность автоматического выбора пределов диапазона измерения и проведения высокостабильной автокалибровки результатов измерения с помощью программных средств внешнего центрального процессорного модуля.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в интерфейсный модуль контроля температур, содержащий термопреобразователь сопротивления, опорный резистор и эталонные резисторы нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу ЭК с тремя ключами - А, В, D, вторую группу ЭК с четырьмя ключами - А, В, С, D, первый генератор стабильного тока, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей А, В первой группы ЭК, причем первый выход ключа А первой группы ЭК соединен с первым входом ключа А второй группы ЭК и термопреобразователем сопротивления первого канала контроля, первый выход ключа В первой группы ЭК соединен с первым входом ключа В второй группы ЭК и эталонным резистором верхней калибровочной точки первого канала контроля, первый вход ключа С второй группы ЭК соединен с эталонным резистором нижней калибровочной точки первого канала контроля, первый выход ключа D первой группы ЭК соединен с первым входом ключа D второй группы ЭК и опорным резистором первого канала контроля, выходы ключей А, В, С второй группы ЭК объединены в общую точку, введены термопреобразователи сопротивления, опорные резисторы и эталонные резисторы нижней и верхней калибровочных точек дополнительных каналов контроля, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока, интерфейсная шина обмена, контроллер интерфейсов, схема управления и последовательно соединенные инструментальный усилитель, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей А, В, С второй группы ЭК, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК, масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь и буферное устройство, причем второй генератор стабильного тока подключен между общей шиной питания и входом ключа D первой группы ЭК, дополнительные выходы ключа А первой группы ЭК соединены с соответствующими дополнительными входами ключа А второй группы ЭК и термопреобразователями сопротивления соответствующих дополнительных каналов контроля, дополнительные выходы ключа В первой группы ЭК соединены с соответствующими дополнительными входами ключа В второй группы ЭК и эталонным резистором верхней калибровочной точки соответствующих дополнительных каналов контроля, дополнительные входы ключа С второй группы ЭК соединены с эталонными резисторами нижней калибровочной точки соответствующих дополнительных каналов контроля, дополнительные выходы ключа D первой группы ЭК соединены с соответствующими дополнительными входами ключа D второй группы ЭК и опорными резисторами соответствующих дополнительных каналов контроля, интерфейсная шина обмена подключена к входу/выходу контроллера интерфейсов, шина приема данных которого соединена с выходами буферного устройства, а шина выдачи данных и выходы синхронизации которого соединены с соответствующими входами схемы управления, первый выход которой соединен с адресными входами всех ключей первой и второй групп ЭК и масштабирующего усилителя, второй выход которой соединен с входами разрешения ключей А первой и второй групп ЭК, третий выход которой соединен с входом разрешения ключа В первой группы ЭК, четвертый и пятый выходы которой соединены соответственно с входами разрешения ключей В и С второй группы ЭК, шестой и седьмой выходы которой соединены соответственно с входами запуска аналого-цифрового преобразователя и буферного устройства, эталонный резистор верхней калибровочной точки во всех каналах контроля выполнен в виде последовательного соединения эталонного резистора нижней калибровочной точки и добавочного эталонного резистора, ключи А, В, D первой группы ЭК выполнены в виде аналоговых демультиплексоров, а ключи А, В, С, D второй группы ЭК выполнены в виде аналоговых мультиплексоров.

Суть изобретения поясняется приведенной на чертеже функциональной схемой предлагаемого интерфейсного модуля контроля температур.

Интерфейсный модуль контроля температур содержит термопреобразователь сопротивления 1, опорный резистор 2 и эталонные резисторы 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек первого канала контроля 5, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу ЭК 6 с тремя ключами - А, В, D, вторую группу ЭК 7 с четырьмя ключами - А, В, С, D, первый генератор стабильного тока 8, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей А, В первой группы ЭК 6, причем первый выход ключа А первой группы ЭК 6 соединен с первым входом ключа А второй группы ЭК 7 и термопреобразователем сопротивления 1 первого канала контроля 5, первый выход ключа В первой группы ЭК 6 соединен с первым входом ключа В второй группы ЭК 7 и эталонным резистором 4 верхней калибровочной точки первого канала контроля 5, первый вход ключа С второй группы ЭК 7 соединен с эталонным резистором 3 нижней калибровочной точки первого канала контроля 5, первый выход ключа D первой группы ЭК 6 соединен с первым входом ключа D второй группы ЭК 7 и опорным резистором 2 первого канала контроля 5, выходы ключей А, В, С второй группы ЭК 7 объединены в общую точку, введены термопреобразователи сопротивления 1, опорные резисторы 2 и эталонные резисторы 3 и 4 нижней и верхней калибровочных точек дополнительных каналов контроля 5, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока 9, интерфейсная шина обмена 10, контроллер интерфейсов 11, схема управления 12 и последовательно соединенные инструментальный усилитель 13, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей А, В, С второй группы ЭК 7, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК 7, масштабирующий усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и буферное устройство 16, причем генератор стабильного тока 9 подключен между общей шиной питания и входом ключа D первой группы ЭК 6, дополнительные выходы ключа А первой группы ЭК 6 соединены с соответствующими дополнительными входами ключа А второй группы ЭК 7 и термопреобразователями сопротивления 1 соответствующих дополнительных каналов контроля 5, дополнительные выходы ключа В первой группы ЭК 6 соединены с соответствующими дополнительными входами ключа В второй группы ЭК 7 и эталонным резистором 4 верхней калибровочной точки соответствующих дополнительных каналов контроля 5, дополнительные входы ключа С второй группы ЭК 7 соединены с эталонными резисторами 3 нижней калибровочной точки соответствующих дополнительных каналов контроля 5, дополнительные выходы ключа D первой группы ЭК 6 соединены с соответствующими дополнительными входами ключа D второй группы ЭК 7 и опорными резисторами 2 соответствующих дополнительных каналов контроля 5, интерфейсная шина обмена 10 подключена к входу/выходу контроллера интерфейсов 11, шина приема данных которого соединена с выходами буферного устройства 16, а шина выдачи данных и выходы синхронизации которого соединены с соответствующими входами схемы управления 12, первый выход которой соединен с адресными входами всех ключей первой и второй групп ЭК 6 и 7 и масштабирующего усилителя 15, второй выход которой соединен с входами разрешения ключей А первой и второй групп ЭК 6 и 7, третий выход которой соединен с входом разрешения ключа В первой группы ЭК 6, четвертый и пятый выходы которой соединены соответственно с входами разрешения ключей В и С второй группы ЭК 7, шестой и седьмой выходы которой соединены соответственно с входами запуска аналого-цифрового преобразователя 15 и буферного устройства 16, эталонный резистор верхней калибровочной точки во всех каналах контроля 5 выполнен в виде последовательного соединения эталонного резистора 3 нижней калибровочной точки и добавочного эталонного резистора 4, ключи А, В, D первой группы ЭК 6 выполнены в виде аналоговых демультиплексоров, а ключи А, В, С, D второй группы ЭК 7 выполнены в виде аналоговых мультиплексоров.

Как показано на чертеже, в интерфейсном модуле выбор номера канала контроля 5 обеспечивается подачей на адресные входы всех ключей первой и второй групп ЭК 6 и 7 кода номера канала контроля с первого выхода схемы управления 12. При этом ключи А или В первой группы ЭК 6 при наличии сигнала разрешения со второго или третьего выходов схемы управления 12 обеспечивают в выбранном канале контроля 5 протекание тока Iг1 первого генератора стабильного тока 8 через термопреобразователь сопротивления 1 с текущим сопротивлением Rтс или эталонный резистор 3 нижней калибровочной точки с сопротивлением Rкн и последовательное соединенные эталонные резисторы 3 и 4 верхней калибровочной точки с сопротивлением Rкв=Rкн+ΔRкв и формирование на них уровней соответственно текущего напряжения Uтс=RтсIг1 или калибровочных напряжений Uкн=RкнIг1 и Uкв=RквIг1, а ключ D первой группы ЭК 6 не зависит от сигналов разрешения и обеспечивает постоянное протекание тока Iг2 генератора стабильного тока 8 через опорный резистор 2, сопротивление которого Rоп определяет нижнюю границу диапазона измерения, и формирование на нем уровня опорного напряжения Uоп=RопIг2. Обычно в генераторах стабильного тока 8 и 9 устанавливают равные токи Iг1=Iг2=Iг, что позволяет обеспечить баланс напряжений на выходах каналов контроля 5 и упростить расчеты характеристик измерительного тракта.

Ключи А, В или С второй группы ЭК 7 в соответствии с поступающим сигналом разрешения со второго, четвертого или пятого выхода схемы управления 12 совместно с ключом D второй группы ЭК 7, который не зависит от сигналов разрешения, обеспечивают относительно уровня опорного напряжения Uоп на опорном резисторе 2 выбор дифференциальных составляющих текущего напряжения ΔUтс=Uтс-Uоп на термопреобразователе сопротивления 1, калибровочного напряжения ΔUкн=Uкн-Uоп на эталонном резисторе 3 нижней калибровочной точки или калибровочного напряжения ΔUкв=Uкв-Uоп на последовательно соединенных эталонных резисторах 3 и 4 верхней калибровочной точки. При этом с объединенных выходов ключей А, В, С второй группы ЭК 7 относительно выхода ключа D второй группы ЭК 7 обеспечивается подача выбранного дифференциального напряжения ΔUx={ΔUтс, ΔUкн, ΔUкв} на входы инструментального усилителя 13.

Инструментальный усилитель 13 обеспечивает преобразование выбранного дифференциального напряжения ΔUx в однополярное и предварительное его усиление до уровня Uиу, достаточного для нормальной работы масштабирующего усилителя 14 во всех требуемых диапазонах измерения.

Масштабирующий усилитель 14 для установления требуемого диапазона измерения, определяемого типономиналом термопреобразователя сопротивления 1, позволяет при подаче на его адресные входы кода номера канала с первого выхода схемы управления 12 изменять коэффициент усиления и обеспечивает согласование максимального уровня напряжения Uму на его выходе с максимально допустимым уровнем входного сигнала аналого-цифрового преобразователя 15.

Аналого-цифровой преобразователь 15 обеспечивает по сигналу запуска с шестого выхода схемы управления 12 преобразование напряжения Uму в цифровой эквивалент Yx.

Буферное устройство 16 обеспечивает по сигналу чтения с седьмого выхода схемы управления 12 передачу цифрового эквивалента Yx преобразованного напряжения Uму на входы приема данных контроллера интерфейсов 11.

Схема управления 12 обеспечивает формирование всех выходных сигналов управления в соответствии с установленными данными на шине выдачи данных контроллера интерфейсов 11 по синхроимпульсам, поступающим с выходов синхронизации контроллера интерфейсов 11.

Контроллер интерфейсов 11 по отношению к внешнему центральному процессорному модулю (на чертеже не показан) является оконечным устройством и обеспечивает через интерфейсную шину обмена 10 в режиме приема информации преобразование последовательного интерфейса в параллельный и в режиме выдачи информации преобразование параллельного интерфейса в последовательный.

Интерфейсный модуль контроля температур работает следующим образом.

После начальной инициализации центральный процессорный модуль начинает взаимодействовать по шине обмена 10 с контроллером интерфейсов 11 и формировать диаграмму циклического опроса каналов контроля 5 интерфейсного модуля. Эта диаграмма предполагает фиксацию в памяти схемы управления 12 режимов работы интерфейсного модуля, чтение через буферное устройство 16 данных о результатах измерения сопротивлений термопреобразователей сопротивления 1 в каналах контроля 5 и обработку результатов измерения в центральном процессорном модуле. Процесс формирования диаграммы опроса в одном цикле включает в себя следующую последовательность действий:

- в момент времени t0 в схему управления 12 производится запись номера опрашиваемого канала 5 (активен первый выход схемы управления 12) и требуемой точки контроля (активен второй выход схемы управления 12 для измерения текущего дифференциального напряжения ΔUтс; активны третий и четвертый или третий и пятый выходы схемы управления 12 для измерения соответственно калибровочного напряжения ΔUкв или ΔUкн);

- в момент времени t1 после установления переходных процессов в масштабирующем усилителе 14 через схему управления 12 производится запуск аналого-цифрового преобразователя 15 для начала преобразования напряжения Uму, полученного при усилении одного из трех дифференциальных напряжений ΔUx={ΔUтс, ΔUкн, ΔUкв} инструментальным усилителем 13 и масштабирующим усилителем 14, в цифровой эквивалент Yx (активизируется на короткое время шестой выход схемы управления 12);

- в момент времени t2 после завершения процесса преобразования в аналого-цифровом преобразователе 15 производится через буферное устройство 16 чтение цифрового эквивалента Yx напряжения Uму на шину приема данных контроллера интерфейсов 11 (активизируется на короткое время седьмой выход схемы управления 12) и передача его через контроллер интерфейсов 11 по шине обмена 10 в центральный процессорный модуль для обработки результатов измерения.

После завершения цикла опроса предыдущего канала контроля 5 начинается новый цикл опроса следующего канала контроля 5 и процесс формирования диаграммы опроса в новом цикле повторяется.

Поскольку результат измерения текущего дифференциального напряжения ΔUтс может содержать систематическую погрешность измерения, то ее вычисляют с помощью программных средств центрального процессорного модуля путем определения констант уравнения передаточной характеристики усилительной части измерительного тракта по результатам измерения дифференциальных напряжений ΔUкв, ΔUкн в верхней и нижней калибровочных точках, а результат измерения калибруют.

Действительно, в общем случае цифровой эквивалент Yx напряжения Uму, полученного после усиления измеряемого напряжения ΔUx, определяется отклонением реальной передаточной характеристики усилительной части измерительного тракта от идеальной и может быть получен с погрешностью из-за наличия начального смещения Yсм (аддитивная составляющая), отличия коэффициента передачи Кп от номинального (мультипликативная составляющая) и нелинейности передаточной характеристики (нелинейная составляющая). Если пренебречь последней из составляющих (линейность измерительного тракта обеспечивают выбором элементной базы), то получение результата, свободного от погрешностей, предполагает проведение трех измерений: текущего дифференциального напряжения ΔUтс на термопреобразователе сопротивления YтспΔUтс+Yсм, где ΔUтс=(Rтс-Rоп)Iг, дифференциального напряжения ΔUкв на эталонных резисторах верхней калибровочной точки Yкв=KпΔUкв+Yсм; где ΔUкв=(Rкв-Rоп)Iг, и дифференциального напряжения ΔUкн на эталонном резисторе нижней калибровочной точки Yкн=KпΔUкн+Yсм, где ΔUкн=(Rкн-Rоп)Iг.

Учитывая, что измеряемыми параметрами в каналах контроля являются текущее сопротивление Rтс термопреобразователя сопротивления, сопротивление Rкн эталонного резистора нижней калибровочной точки и сопротивление Rкв эталонных резисторов верхней калибровочной точки, целесообразно приведенные соотношения выразить через эти параметры: Yтс=αRтс+β, Yкв=αRкв+β, Yкн=αRкн+β, где α=КпIг - общий коэффициент передачи измерительного тракта, β=-КпIгRоп+Yсм - общее смещение измерительного тракта. Две последние операции являются калибровочными, позволяющими центральному процессорному модулю автоматически рассчитать: общий коэффициент передачи измерительного тракта α=(Yкв-Yкн)/(Rкв-Rкн), общее смещение измерительного тракта β=(RквYкн-RкнYкв)/(Rкв-Rкн) и значение текущего сопротивления термопреобразователя сопротивления Rтс=Rкн+(Rкв-Rкн)(Yтс-Yкн)/(Yкв-Yкн).

Из последнего выражения видно, что значение текущего сопротивления Rтс термопреобразователя сопротивления определяется по значениям сопротивлений Rкв и Rкн эталонных резисторов верхней и нижней калибровочных точек, которые хранятся в памяти центрального процессорного модуля. Влияние же общего коэффициента передачи α измерительного тракта и общего смещения β измерительного тракта, изменяющихся в процессе длительного срока эксплуатации, на результат вычисления исключается.

Учитывая, что в верхней калибровочной точке сопротивление Rкв=Rкн+ΔRкв, выражение для вычисления значения текущего сопротивления Rтс термопреобразователя сопротивления приобретает упрощенный вид: Rтс=Rкн+ΔRкв(Yтс-Yкн)/(Yкв-Yкн).

Значение текущей температуры Ттс, соответствующее измеренному значению текущего сопротивления Rтс термопреобразователя сопротивления, либо пересчитывается по градуировочной характеристике используемого типономинала термопреобразователя сопротивления, либо сразу вычисляется по расчетным соотношениям, аналогичным приведенным выше для текущего сопротивления Rтс, в которых константами являются калибровочные температуры Ткв и Ткн вместо калибровочных сопротивлений Rкв и Ркн, т.е. Ттскн+(Тквкн)(Yтс-Yкн)/(Yкв-Yкн) или с учетом того, что в верхней калибровочной точке сопротивление Rкв=Rкн+ΔКкв, в упрощенном виде Ттскн+ΔТкв(Yтс-Yкн)/(Yкв-Yкн).

Эффективность автокалибровок, проводимых программными средствами центрального процессорного модуля, зависит от стабильности сопротивлений Rкв и Rкн эталонных резисторов верхней и нижней калибровочных точек в течение всего срока эксплуатации интерфейсного модуля, поэтому они реализуются на прецизионных резисторах. Так, при использовании прецизионных резисторов типа С2-29В класса точности ±0,05% нестабильность, гарантируемая техническими условиями на резисторы (см. ОЖО.467.099 ТУ), при суммарном времени включения менее 2000 ч составляет ±0,05%, а при превышении этого времени в течение срока эксплуатации интерфейсного модуля может возрасти до ±0,5%. Поэтому для повышения точности измерения эталонные резисторы верхней и нижней калибровочных точек включаются на короткое время, при котором суммарное время включения не превышает 2000 ч. Использование последовательного соединения эталонных резисторов верхней калибровочной точки, при котором Rкв=Rкн+ΔRкв, дополнительно повышает стабильность измерения, т.к. при условии Rкн>>ΔRкв погрешность измерения текущего сопротивления Rтс термопреобразователя сопротивления будет определяться нестабильностью только одного сопротивления Rкн, при этом разность сопротивлений ΔRкв=Rкв-Rкн, определяющая рабочий диапазон шкалы аналого-цифрового преобразователя, будет оставаться практически неизменной.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом интерфейсном модуле техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерения при различных условиях эксплуатации.

Рассмотренный интерфейсный модуль контроля температур найдет применение в аппаратуре системы терморегулирования космических аппаратов. В настоящее время такой модуль находится на стадии внедрения в конструкторскую документацию различных изделий предприятия и реализован на следующих элементах: электронные коммутаторы - на микросхемах 1127КН6, аналоговые устройства - на операционных усилителях 140УД1701А, образцовые элементы в аналоговых устройствах - на прецизионных резисторах С2-29В и высокостабильных стабилитронах 2С198Е, АЦП - на микросхеме 1113ПВ1А, цифровые устройства схемы управления - на микросхемах серии 1554, контроллер интерфейсов - на большой интегральной схеме Н5503ХМ5-171.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

1. Интерфейсный модуль контроля температур, содержащий термопреобразователь сопротивления, опорный резистор и эталонные резисторы нижней и верхней калибровочных точек первого канал контроля, общая точка которых соединена с общей шиной питания, первую группу электронных коммутаторов (ЭК) с тремя ключами - A, B, D, вторую группу ЭК с четырьмя ключами - A, B, C, D, первый генератор стабильного тока, который подключен между общей шиной питания и объединенными входами ключей A, B первой группы ЭК, причем первый выход ключа A первой группы ЭК соединен с первым входом ключа A второй группы ЭК и термопреобразователем сопротивления первого канала контроля, первый выход ключа B первой группы ЭК соединен с первым входом ключа B второй группы ЭК и эталонным резистором верхней калибровочной точки первого канала контроля, первый вход ключа C второй группы ЭК соединен с эталонным резистором нижней калибровочной точки первого канала контроля, первый выход ключа D первой группы ЭК соединен с первым входом ключа D второй группы ЭК и опорным резистором первого канала контроля, выходы ключей A, B, C второй группы ЭК объединены в общую точку, отличающийся тем, что в него введены термопреобразователи сопротивления, опорные резисторы и эталонные резисторы нижней и верхней калибровочных точек дополнительных каналов контроля, общая точка которых соединена с общей шиной питания, второй генератор стабильного тока, интерфейсная шина обмена, контроллер интерфейсов, схема управления и последовательно соединенные инструментальный усилитель, первый вход которого соединен с точкой объединения выходов ключей A, B, C второй группы ЭК, а второй вход которого соединен с выходом ключа D второй группы ЭК, масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь и буферное устройство, причем второй генератор стабильного тока подключен между общей шиной питания и входом ключа D первой группы ЭК, дополнительные выходы ключа A первой группы ЭК соединены с соответствующими дополнительными входами ключа A второй группы ЭК и термопреобразователями сопротивления соответствующих дополнительных каналов контроля, дополнительные выходы ключа B первой группы ЭК соединены с соответствующими дополнительными входами ключа B второй группы ЭК и эталонными резисторами верхней калибровочной точки соответствующих дополнительных каналов контроля, дополнительные входы ключа C второй группы ЭК соединены с эталонными резисторами нижней калибровочной точки соответствующих дополнительных каналов контроля, дополнительные выходы ключа D первой группы ЭК соединены с соответствующими дополнительными входами ключа D второй группы ЭК и опорными резисторами соответствующих дополнительных каналов контроля, интерфейсная шина обмена подключена к входу/выходу контроллера интерфейсов, шина приема данных которого соединена с выходами буферного устройства, а шина выдачи данных и выходы синхронизации которого соединены с соответствующими входами схемы управления, первый выход которой соединен с адресными входами всех ключей первой и второй групп ЭК и масштабирующего усилителя, второй выход которой соединен с входами разрешения ключей A первой и второй групп ЭК, третий выход которой соединен с входом разрешения ключа B первой группы ЭК, четвертый и пятый выходы которой соединены соответственно с входами разрешения ключей B и C второй группы ЭК, шестой и седьмой выходы которой соединены соответственно с входами запуска аналого-цифрового преобразователя и буферного устройства.

2. Интерфейсный модуль контроля температур по п. 1, отличающийся тем, что эталонный резистор верхней калибровочной точки во всех каналах контроля выполнен в виде последовательного соединения эталонного резистора нижней калибровочной точки и добавочного эталонного резистора.

3. Интерфейсный модуль контроля температур по п. 1, отличающийся тем, что ключи A, B, D первой группы ЭК выполнены в виде аналоговых демультиплексоров, а ключи A, B, C, D второй группы ЭК выполнены в виде аналоговых мультиплексоров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры контактными резисторными датчиками в окружающей среде и в технологических процессах. Техническим результатом изобретения является повышение точности за счет уменьшения динамической погрешности измерения, обусловленной тепловой инерцией датчика, снижения случайной и систематической погрешностей вторичного измерительного преобразователя схемно-алгоритмическим способом. Измеритель выполнен в составе измерительного моста 1, блока преобразования и обработки 2 и источника питания 3.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения неисправности датчика температуры, используемого в устройстве формирования изображения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе терморегулирования и телеметрии космических аппаратов (КА). Многоканальное устройство для измерения температуры содержит термометры сопротивления (ТС), задающие резисторы (ЗР), общая точка которых соединена с общей шиной, генератор стабильного тока (ГСТ), один из выводов которого подключен к общей шине, три усилителя, соединенные последовательно, схему управления (СУ), восемь многопозиционных однополюсных электронных переключателей (МОЭП).

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерений температуры тела. Датчик температуры изготавливается из нескольких слоев, где первый слой имеет центральный нагревательный элемент, встроенный в него.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры объекта. Заявлен резистивный датчик (10) температуры с первым элементом (6) датчика температуры и вторым элементом (7) датчика температуры.
Область применения: системы измерительной техники. Сущность изобретения: предлагаются варианты изготовления серии чувствительных элементов из участков моноспирали или прямого термочувствительного провода с заданными параметрами сопротивления, осуществляют подгонку параметра пробной группы из партии готовых чувствительных элементов к номинальному значению, а затем в выбранном режиме осуществляют подгонку всей партии.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в приборостроении, в технологии изготовления пленочных термометров сопротивления с температурным коэффициентом сопротивления платины.

Изобретение относиться к термометрии и может быть использовано при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для анализа жидких и газообразных сред. Заявлен способ изготовления термопреобразователя сопротивления, согласно которому после герметизации стеклянного чехла с установленным внутри термочувствительным элементом кассету повторно приближают к нагревателю и после заданной выдержки по времени, обеспечивающей размягчение стекла, удаляют кассету в исходное положение, а в вакуумную камеру подают воздух.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к дискретным измерителям уровня, и может быть использовано для контроля уровня и массового расхода компонентов топлива при заправке, расходовании и хранении в химической, космической и других областях промышленности.
Наверх