Цифровой измеритель температуры

 

Союз Советск мк

Социалистические

Республик

О П И С А H И Е (1939966

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)заявлено 05 ° 12.80 (21) 3211932/18-10 с присоединением заявки М— (23) ПриоритетОпубликовано30.06 82 ° Бюллетень № 24 (51)М. Кл.

G 01 К 7/16 (Ьеудерстееквий кемктет

СССР ав делам язобретений и ютермткй (53) УДК 536. 532 (088.8) Дата опубликования описания 30.06.82

А. И. Чередов, 0. Н. Кликушин, Е. П. Дьяков, В. Н. Никуленко и А. И. Чернин (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к цифровым измерителям температуры.

Известны цифровые измерители температуры, содержащие резистивный датчик, сравнивающее устройство, ге" нератор опорной частоты и цифровое отсчетное устройство (1 ) и (2).

Недостатком известных устройств является невысокая точность иэмере" ний, обусловленная приближенной компенсацией нелинейности характерис" тики датчика, наличием аддитивной и мультипликативной погрешностей сравнивающего устройства, погрешностей вносимых сопротивлением линий связи и наводок в них.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является цифровой из". меритель температуры, содержащий датчик температуры, питаемый от стабилизированного источника тока, блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика температуры, второй - с выходом генератора линейноиэменяющегося напряжения, 5 а выход — с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а третий - с входом генератора линейноиэменяющегося напряжения и с первым выходом блока управления.

Выход ключа через счетчик импульсов соединен с первым входом схемы сравнения кодов, второй вход которого соединен с первым входом блока функционального генератора, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а второй выход блока функционального генератора соединен с цифровым отсчетным устройством 3).

Недостатками измерителя являются его невыоская точность и малая помехозащищенность. Первый недостаток обусловлен погрешностями блока сравнения, генератора линейноизменяющегося

939966

50.спряжения и наличием сопротивления линий связи. Второй недостаток обусловлен наводимой в линии для связи помехой.

Цель изобретения — повышение точ5 ности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий реэистивный датчик температуры, подключенный к стабилизиро- а0 ванному источнику тока, генератор линейноизменяющегося напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с первым входом сравнивающего устройства, гене-15 ратор опорной частоты, блок функционального генератора, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов, а выходы - с ее первым входом и цифровым отсчетным устройством, введены: блок коммутации и памяти, вычислительное устройство и эталонное сопротивление, причем первый вход блока коммутации и памяти соединен с общим проводом, второй и третий входы - с первым выводом датчика температуры через сопротивления линии связи, при этом второй вход соединен с общим проводом через эталонное сопротивление, а четвертый вход соединен с вторым выходом датчика температуры через сопротивление линии связи, причем первый и второй управляющие входы блока коммутации и памяти соединены со вторым и тре35 тьим выходами блока управления, а выход блока коммутации и. памяти - с вторым входом сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом блока управления и с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с генератором опорной частоты, а третий - с четвертым выходом блока управления, при этом первый и второй выходы вычисли45 тельного устройства соединены с вторыми входами схемы сравнения кодов и блока функционального генератора соответственно.

Блок коммутации и памяти содержит коммутатор входных сигналов, входы которого соединены с входами блока коммутации и памяти, а выход через усилитель соединен с входом распределителя, причем управляющие входы коммутатора входных сигналов и распределителя соединены с первым управляющим входом блока коммутации и па.мяти, а вьмоды распределителя череэ блок аналоговых запоминающих устройств соединены с четырьмя входами коммутатора, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом блока коммутации и памяти, выход которого соединен с выходом коммутатора.

Вычислительное устройство состоит из блока комбинированной логики, вход которого соединен с первым входом вычислительного устройства, выходыс первыми входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые входы которых соединены с вторым входом вычислительного устройства, а третьи входы первого, третьего и пятого ключей - с третьим входом вычислительного устройства, причем выход первого ключа соединен с вычитающим входом первого счетчика импульсов, выход второго ключа соединен с суммирующим входом этого же счетчика, выходы третьего и четвертого ключей соответственно соединены с вычитающим и суммирующим входами второго счетчика импульсов, а выход пятого - с входом счетчика импульсов деления, причем первый и второй входы этого ключа соединены с выходами первого и второго счетчика импульсов, выход второго счетчика соединен с вторым выходом вычислительного устройства, а параллельный вход первого счетчика соединен с параллельным выходом буферного регистра, параллельный вход которого соединен с параллельным выходом первого счетчика, причем вход разрешения записи первого счетчика соединен с его же выходом, а вход разрешения записи буферного регистра — с первым входом второго ключа °

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 — временная диаграмма, поясняющая принцип действия, измерителя.

Цифровой измеритель температуры содержит датчик 1 температуры (ДТ), стабилизированный источник 2 тока (ИТ), три сопротивления 3-5 связи, эталонное сопротивление 6, блок 7 коммутации и памяти (БКП), блок 8 управления(БУ), генератор 9 линейноизменяющегося напряжения (ГЛИН), сравнивающее устройство(СУ) 10, вычислительное устройство (СВУ) 11, генератор 12 опорной частоты (ГОЧ), схему 13 сравнения кодов(ССК), блок

БУ и БКЛ, управляемые от СУ, закрывают четвертый вход К и четвертый ключ 25. Этот ключ, вход которого соединен с суммирующим входом СИ, открыт от момента t< до t>. Следовательно, код, записанный в счетчике, должен быть пропорционален с но так как первоначальное содержимое является дополнительным к коду, 5 9399

14 функционального генератора(ВфГ), цифровое отсчетное устройство(ЦОУ)15.

Блок 7 коммутации и памяти содержит коммутатор 16 входных сигналов, усилитель 17, распределитель P 18, блок 19 аналоговых запоминающих устройств, коммутатор 20.

Вычислительное устройство 11 содержит блок 21 комбинационной логики, пять электронных ключей 22-2б, первый to и второй счетчики 27 и 28 импульсов, буферный регистр 29 и счетчик 30 импульсов деления.

Устройство работает следующим образом. 15

Во время первого такта происходит запоминание напрлжений U„ - U4 на входах БКП. Напрлжение на первом входе равно нулю U = 0, напряжение на втором входе равно 20

Uz= Ro(io+ !и)1 где i - ток источника тока;

i - ток, обусловленный помехой;

Рц - эталонное сопротивление.

Напрямение на третьем входе равно

U> -(Ro+ R>) (io + 1и) противление линии; напряжение на четвертом входе 04=(R +2R„ + Rт)(1о +1и), где R - сопротивление датчика.

После включения питания устройства БУ вырабатывает четыре последовательных во времени сигнала, управляющих работой КВС и P. При этом на входы БАЗУ последовательно подаются напряжения. В результате в

БАЗУ оказывается записанным напряжение Ц, — 04

С началом второго такта БУ вырабатывает сигнал, открывающий первый вход К и одновременно сигнал, запускающий ГЛИН. Причем напряжение с выхода ГЛИН и с выхода К поступают на входы СУ. Момент времени (фиг.2) срабатывания СУ, относительно начала развеРтки напряжения ГЛИН 45 можно найти из уравнения

"см+ I:-to =0 1 (1) где Й вЂ” напряжение смещения, равное алгебраической сумме заданного напряжения смещения, смещения нуля СУ и смещения нуля ГЛИН;

К - коэффициент наклона линейноизменяющего напряжения.

Иэ (1 следует, что

Осм 55 о

По сигналу с выхода СУ в момент времени и импульсом с БУ закрывается первыи и открывается второй вход бб 6

К, сигналами БКП открывается второй ключ и на суммирующий СИ l начинают поступать импульсы от ГОЧ.

Момент времени t (фиг.2) следующего срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравнения -U + Kt =(1 + i)R иэ косм о o торого следует, что (o+ è)1lî+t1ñì (3)

4" к

В этот момент сигнал с выхода СУ поступает на вход БУ и импульс, вырабатываемый БУ, закрывает второй и открывает третий вход К. Тот же сигнал поступает и на вход БКЛ, закрывающий второй 23 и открывающий третий 24 ключи, Второй ключ 23, соединенный с суммирующим входом СИГ, был открь1т от момента времени t до t„, следовательно код, записанный в этом счетчике, пропорционален t - t . Сигнал, 1 закрывающий второй ключ 23, приходит и на вход разрешения записи БР и в него происходит перепись кода из СИ1.

Момент времени с2 третьего срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравнения -0 + Kt =(i + i„)(Ro + Rä). Слесм довательно (

В этот момент времени сигнал с выхода СУ поступает на вход БУ,сигналами которого закрывается третий и открывается четвертый вход К. Одновременно БКЛ, управляемый СУ, закрывает третий 24 и открывает четвертый 25 ключи. Третий ключ 24, соединенный с вычитающим входом СИ, открыт с момента времени t до следовательно, код,записанный в йем, является дополнительным к коду, пропорциональному интервалу (т. — t ).

Момент времени и (фиг.2) четвертого срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравне.ия -Ос„+ Kt =(iо + 1и) (о + +

+281,), нз которого следует, что (о т р )(Ро+Кт+2.1 1 )+Осм к

939966 пропорциональному (1 — t ), то код, записанный в счетчике, пропорционален (1. - t. ) — (. — t„).

По окончанию развертки линейноизменяюшегося напряжения БУ вырабатывает сигнал, открывающий первый 22, третий 24 и пятый 26 ключи. Под воздействием импульсов ГОЧ и СИ 1 и СИ 2 вычитываются записанные там коды.

Причем, как только содержимое СИ 1 10 становится равным нулю, импульс с выхода этого счетчика через пятый ключ записывается в счетчике импульсов деления СИД и поступает на вход резрешения записи СИ 1. По этому импуль- 15 су в СИ 1 переписывается его первоначальное содержимое из БР. Цикл продолжается до тех пор, пока не обну" лится СИ 2. 1:ак только это произойдет сигнал с выхода СИ 1 закрывает пятый 2р ключ 26 и запускает БФГ. А в СИД оказывается записанным код

ИЪ t ) (t -ал) (6), Этот код подается на первый вход 25

ССК, на второй вход которой из БВГ подается последовательность кодов, соответствующая статической характеристике датчика температуры, заданной таблично. Как только код, 30 подаваемый из БФГ, становится равным или большим, ССР вырабатывает сигнал, по которому БФГ осуществляет выдачу на ЦОУ кода, пропорционального измеренной температуре.

Бсли в формулу (6) для и подставить,(2) †(5), то получим и = К Кр из которого видно, что М не зависит от параметров генератора линейноиз- 4р меняющегося напряжения, сравниваюцего устройства и генератора тока, и от значения сопротивления линий связи.

Следовательно, погрешности, oGyc- 45 ловленные вышеуказанными причинами, отсутствуют.

3а счет введения БКП усилителя 17 достигается во-первых, пренебрежимо малый входной ток устройства, во-вторых развязка БАЗУ и цепи датчика температуры.

Таким образом, создана возможность запоминать значения напряжений за промежуток времени намного меньший, 55 чем период основной помехи. За это время можно считать, что ток, наводимый этой помехой, постоянен. Ток в цепи датчика температуры = 1д + I», а так как N не зависит от величины то погрешность, возникаюцая от наводок в линии связи, также отсутствует.

Возрастание затрат связанных с усложнением предложенного устройства по сравнению с прототипом, компенсируется существенным повышением уров ня метрологической надежности устройства, снижением погрешностей уровня измерения и расширением диапазона измерений в сторону измерения малых значений температуры при воздействии сильных помех и наводок.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель температуры, содержащий резистивный датчик температуры, подключенный к стабилизированному источнику тока, генератор линейно-изменяюцегося напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с первым входом сравнивающего устройства, генератор опорной частоты, блок функционального генератора, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов, а выходы - с ее первым входом и цифровым отсчетным устройством, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок коммутации и памяти, вычислительное устройство и эталонное сопротивление, причем первый вход блока коммутации и памяти соединен с общим проводом, второй и третий входы - с первым выводом датчика температуры через сопротивление линии связи, при этом второй вход соединен с общим проводом через эталонное сопротивление, а четвертый вход блока коммутации и памяти соединен со вторым выводом датчика температуры через сопротивление линии связи, причем первый и второй управляюцие входы блока коммутации и памяти соединены с вторым и третьим выходами блока управления, а выход блока коммутации и памяти - с вторым входом сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом блока управления и с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с генератором опорной частоты, а третий вход - с четвертым выходом блока управления, при этом первый и второй выходы вычислительного устройства соединены с вторыми входами схемы сравнения кодов и блока функционального генератора соответственно.

2, Измеритель температуры по п.l, отличающийся тем, что блок коммутации и памяти содержит коммутатор входных сигналов, входы которого соединены с входами блока коммутации и памяти, а выход через усилитель соединен с входом распределителя, причем управляющие входы коммутаторов входных сигналов и распределителя соединены с первым управляющим входом блока коммутации и памяти, а выходы распределителя через блок аналоговых запоминающих устройств соединены с четырьмя входами коммутатора, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом блока коммутации и памяти, выход которого соединен с выходом коммутатора.

3. Измеритель температуры по и.1, отличающийся тем, что вычислительное устройство содержит блок комбинационной логики, вход которого соединен с первым входом вычислительного устройства, выходыс первыми входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые входы которых соединены с вторым входом вычислительного устройства, а третьи входы первого, третьего и пятого ключей — с третьим входом вычислительного устройства, причем

39966 10 выход первого ключа соединен с вычитающим входом первого счетчика им» пульсов, выход второго ключа соединен с суммирующим входом того же счетчика, выходы третьего и четвертого ключей соответственно соединены с вычитающим и суммирующим входами второго счетчика импульсов, а выход пятого - с входом счетчика импульсов

tp деления, причем первый и второй входы этого ключа соединены с выходани первого и второго счетчиков импульсов, выход второго счетчика соединен с вторым выходом вычислительного устройства, а параллельный вход первого счетчика соединен с-параллельным выходом буферного регистра, параллельный вход которого соединен с параллельным выходом первого счетчика, го причем вход разрешения записи первого счетчика соединен с его же выходом, а вход разрешения записи буферного регистра соединен с первым входом второго ключа. и

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 466401, кл. 6 01 К 7/18, 1973.

2. Зорий В. И., Полищук Е. С.,Чайковский О. И. Иетод проектирования цифровых измерителей температуры, "Известия вузов". Приборостроение", 1976, k 7.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке И 268253/18-10 кл. 6 01 К 7/00, 09.11.78.(прототип).

939966

Составитель Н. Горшкова

Редактор Е.Лушникова Техред Т фанта Корректор И. Шароши

Заказ 4654/61 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4