Устройство для измерения температуры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

=Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (51}М. Кл. (22) Заявлено 231179 (21) 2851009/18-10 с присоединением заявки ¹

G 03 К 7/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (5З} УДК 536 53 (088.8) Опубликовано 15,0781 Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 15.0781 (5 4 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к температурным измерениям, а имеено к цифровым измерителям температуры с .коррекцией нелинейности датчика температ. ры.

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, цифроаналоговйй преобразователь, генератор постоянной частоты, нуль-орган, в котором коррекция нелинейности датчика температуры осуществляется путем введения второго цифроаналогового преобразователя, включенного в цепь питания первого преобразователя (1J. . : г5

Недостатком этого цифрового измерителя температуры является низкаяточность измерения.

Известен также цифровой измеритель: температуры, содержащий датчик тем- 20 пературы, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение — частбта, выход которого через ключевое устройство и реверсивный счетчик соединен с блоком памяти, источник калиброванного напряжения, переключатель:поддиапа-: зонов. В этом измерителе температуры производится поочередное измерение сигнала датчика температуры и калиб.- 30 ровочного напряжения,. которбе далее обрабатывается p2).

Недостатком этого устройства являются его сложность и низкая точ ность измерения.

Наиболее близким по технической .сущности и достигаемому результату к данному изобретению являетея цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение -частота, выход которого .через ключ и реверсивный счетчик соединен с входом блока памяти, выходы которого соединены с управляющими входами нелинейного цифроаналогового преобразователя и выходами дешифратора, управляющий вход блока памяти соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами ключа и реверсивного счетчика, а третий выход — с управляющим входом входного переключателя, второй вход которого соединен с выходом нелинейного цифроаналогового преобразователя, состоящего из линейного цифрового делите- ля напряжения, вход которого .соединен с источником опорного напряжеВ47073 ния, а выход — с первым входом сумматора и выходом блока дискретных резисторов, соединенного с,выходом дешифратора, блока дискретных напряжений, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход. — c вторым входом сум5 матора (3.) . !

В этом .устройстве производится коррекция интегральной систематической погрешности основной измерительной цепи и линеариэация характеристики преобразования термодатчика путем ее кусочно-линейной аппроксимации и использования нелинейного цифроаналоFoBOIo преобразователя. точность

ro устройства определяется погрешнос-. тью аппроксимации и погрешностью нелинейного цифроаналогового преобразователя, не охваченного обратной связью.. Выходной сигнал цепи обратной связи снимается с выхода аналогового ,сумматора, погрешность (дрейфа нуля, 1 изменения коэффициента передачи.и т.д.) которого входит в общую погрешность нелинейного цифроаналогового преобразователя. Это ограничивает точность последнего и устройство для измерения температуры в общем, Кроме того, используемый в устройстве нелинейный цифроаналоговый преобразователь позволяет работать с датчиками., имеющими щ() только монотонновозрастающую функцию преобразования (т.e., с одинаковым,знаком производной в диапазоне изменения аргумента)..При этом цифроаналоговый преобразователь воспроизводит характе-З5 ристику, проходящую через начало коор-. динат или же сдвинутую относительно нее на некоторую постоянную величину.

Однако термодатчики имеют разные характеристики преобразования .- как с одинаковым, так и с,изменяющимся знаком производной. Это ограничивает класс решаемых задач и следовательно, область применения известного цифрового измерителя температуры:

Цель изобретения — повышение точ- 4g ности и расширение области использования устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры„ содержащее датчик температу- ро ры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение -. частота, выход которого через ключ и реверсивный счетчик соединен с блоком памяти, выходы которого соединены с управляющими входами цифроаналогового преобразователя и входами дешифратора, блок дискретных напряжений, вход которого соединен с. выходом ис-; точника опорного напряжения, блок уп, равления, выходы которого связаны c N управляющими входами переключателя, блока памяти„ ключа и реверсивного счетчика, введены два коммутатора, входы первого их которых соединены с выходами блока дискретных напряжений, 4$ кроме последнего, управляющий вход с выходом дешифратора, а выход - с первым входом цифроаналогового преобразователя, входы второго коммутатора соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме первого, управеяющий вход - с другим. выходом деши4батора, а выход — co вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом переключателя.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения теЪщературы; на фиг.2 — выходная характеристика датчика температуры.

Устройство содержит датчик 1 температуры, входной переключатель 2, преобразователь 3 напряжения в частоту, ключ.4, реверсивный счетчик 5, блок б управления, цифроаналоговый преобразователь 7, коммутаторы 8 и

9, источник 10 опорного напряжения, блок 11 дискретных. напряжений, блок

12 памяти и дешифратор 13. Цифроана" логовый преобразователь 7 имеет два информационных входа и состоит из сетки резисторов R - 2R и двухпоэи-. ционных переключателей 14.

Устройство для измерения темпера- . туры работает .следующим образом.

В начале измерения входной переключатель 2, управляемый сигналом с блока б управления, подключает ко входу преобразователя 3 термодатчик

1. Производится цифровое измерение., его результат записывается в реверсивный счетчик 5 и блок 12 памяти.

Поскольку характеристику преобразования датчика температуры с боль-. шей степенью точности можно аппрак" симировать кривой второго порядка, результат записанный в реверсивном счетчике, можно представить в виде = + т)т, (3) . где Т - измеряемая температура;

- коэффициент нелинейности.

Затем входной переключатель 2 ,подключает ко входу преобразователя

3 напряжения в частоту выход цифроаналогового преобразователя 7. Производится цифровое измерение выход.ного сигнала цифроаналогового преоб" разователя, соответствующего измеряемой температуре,.во время которого блок б управления переключает направление. счета реверсивного счетчика 5 на вычитание, в результате которого в реверсивном счетчике получается разность двух измерений а(1 Ф kT)T - (1 + kT) =

-kT (1 + kT) .. (2)

После этого переключатель 2 под.ключает.ко входу преобразователя 3 выход датчика 1 температуры. Произ-, водится цифровое измерение со слбжег

847073 нием в реверсивном счетчике. 5. В итоге получается результат у„ = у+ а =т(1+мт)-кто(1+kT)й

T(1-РТ ). .(3)

Продолжая измерительно-вычислительный процесс путем измерения вы-

5 ходного сигнала преобразователя 7, соответсвующего коду У> вычитания полученного результата íà У< и сло,жения результата повторного измерения (g сигналов датчика 1 температуры с раз-. ностью в счетчике 5 можно получить .второй скорректйрованный результат

Y - 7(1+k T ). (4)

Значение и-го скорректированного результата можно записать в виде

Y„= т P-(1) k т" ч1 . (5)

Ф

Выходная характеристика цифроаналогового преобразователя аналогична 20 характеристике датчика температуры и воспроизводится путем кусочно-линейной аппроксимации функции датчика температуры (фиг.2).

В зависимости от цифрового резуль- гата измерения температуры (Y Y Yg) записанного в блоке 12 памяти, в каждом цикле коррекции дешифратор 13 определяет участок аппроксимации ха.рактеристики датчика. По сигналам дешифратора через коммутаторы 8 и 9 на входы цифроаналогового преобразователя 7 подаются опорные напряжения, соответствующие границам выбранного участка аппроксимации {Х участок— напряжения 00=0 и 0„. П участок—

U„ è U,1л участок - U и ПЗ и т.д.).

Блок 11 дискретных напряжений, питаемый блоком 10 опорного напряжения, вырабатывает напряжения Uq, U, Ug... 4 4О соответствующие определенным границам участка аппроксимации. В соответ" ствии с этим на участке аппроксимации. на выходе коммутатора 8 имеется сигнал Ug а на выходе коммутатора45

9 — .сигнал U, на втором участке аппроксимации на выходе коммутатора 8 .имеется сигнал U1, а на выходе коммутатора 9 †.сигнал U и т.д.

При Y=O все триггеры блока 12

S0 памяти находятся в нулевом состоянии. и переключатели 14 подключают звенья реэисторной декодирующей матрицы на вход .сигнала, поступающего с выхода коммутатора 8.. При этом напряжение на з5 выходе цифроаналогового преобразователя равно выходному сигналу коммутатора 8 (для приведенного графика

U =0).

Когда триггеры находятся в единич- у ном состоянии Y=Y = 2-1, где Р - чисР ло разрядов счетчика 5, переключатели 14 подключают все звенья упомянутой матрицы на.вход сигнала, поступающего с выхода коммутатора 9. При,у этом напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя будет равно а0 УП1+ 0|- - ок - hu, Ок-u -< ,где Π†:. — величина, определяющая дискретность преобразования (уроФ вень квантования. для k.-ro участка)

U„=< и U< - напряжения, соответствующие границам

k-го участка аппроксимации.

При любых промежуточных значениях

У1 „ (Ус=у напряжения на выходе схемы для каждого участка равно 60 Y+0; где Y и У„ - коды, соответавующие границам 1-го участка .аппроксимации, ОФ- U;2 уровень квантования для i-го участка.

В зависимости от разности U ° - U

1 1.1 знак уровня квантования получается разный (для монотонно возрастающей части характеристики (+), а для участка характеристики, где меняется знак производной (-) . Поэтому в зависимости оТ напряжений, подаваемых на входы. цифрОаналогового пре- . образователя и соответствующих границам участков аппроксимации, воспроизводится аппроксимированная характеристика датчика температуры, причем знак производной этой характеристики может быть любым.

Поскольку в данном устройстве при воспроизведении кусочно-линейной функции исключено суммирование двух напряжений, что выполняется аналоговым сумматором. в известном устройстве, то настоящее изобретение обладает., более высокой точностью измерения.

Кроме того,. устройство может работать с различными датчиками температуры, обладающими разнообразными харакТеристиками преобразования,. что расширяет его сферу применения.

Формула изобретения устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжениечастота, выход которого через ключ и реверсивный счетчик соединен с блоком памяти., выходы которого соединены с управляющими входами цифроаналол гового преобразователя и входами дешифратора, блок дискретных напряжений, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, блок управления, выходы которого связаны с управляющими входами переключателя, блока памяти, ключа и реверсивного ечетчика, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области использования устройства, в него введены

847073 ф .1

Составитель Н.Горшкова

Редактор Т.Парфенова Техред A.A÷ Корректор Л,Иван

Заказ 5468/64 Тираж 907 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 два коммутатора, входы первого из которых соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме последнего, управляющий вход - с одним из выходов дешифратора, а выход — с первым входом цифроаналогового преобразователя, входы второго коммутато5 ра соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме первого, уйравляющий вход — с другим выходом дешифратора, а выход — co вто-. рым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом переключателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

9 502237, кл. G 01 К 7/16, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 224466111155, кл. G 01 К 7/02, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР

9 646205, кл. G 01 К 7/02,. 1969 (прототип).