Цифровой термометр

 

Изобретение относится к температурным измерениям и может использоваться при построении цифровых термометров с автоматической компенсацией термо-ЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя (ТЭП) 1. Цель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия при упрощении термометра. Сопротивление термопреобразователя 3 сопротивления, линейно зависящее от темперАтуры свободных концов,преобразуется с помощью преобразовате (Л с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (1I) 2 9598 А1 (59 4 С 01 К 7/12 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ

Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, д .

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

jp ., (56) Авторское свидетельство СССР

В 542917, кл. G 01 К 7/12, 1977.

Авторское свидетельство СССР

В 979891, кл. С 01 К 7/12, 1981. (21) 371 7824/24-10 (22) 30.03.84 (46) 07.05.86. Бюл. В 17 . (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) P.JO.Тарнавская, Б.В.Дунец, Е.С.Полищук и О.И.Чайковский (53) 536.53 (088.8) (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР (57) Изобретение относится к температурным измерениям и может использоваться при построении цифровых термометров с автоматической компенсацией термо-ЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя (ТЭП) 1. Цель изобретения — повышение точности измерения и быстродействия при упрощении термометра. Сопротивление термопреобразователя 3 сопротивления, линейно зависящее от температуры свободных концов,преобразуется с помощью преобразовате1229598 ля 4 в напряжение ° На выходе преобразователя 6 получаем число-импульсный .код (ЧИК) й,, который через мультиплексор !2 подается на вход демультиплексора 13 и далее на вычитающие входы реверсивного счетчика

14 и счетчика 9 участков линеаризации. Во втором цикле измерения на вход преобразователя 6 через коммутатор 2 подается напряжение смещения и термо-ЭДС ТЭП 1. На выходе преобразователя 6 получаем ЧИК N, кото.рый через мультиплексор 12 и демультигйгексор 13 подается на суммирующие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации, По истечении времени г от начала

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых термометров с автоматической компенсацией термо-ЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя (ТЭП).

Цель изобретения — повышение точ" ности измерения и быстродействия при упрощении термометра.

На фиг. 1 приведена блок-схема 10 термометра; на фиг. 2 — схема блока управления °

Цифровой термометр содержит термо.электрический преобразователь (ТЭП)

1, трехвходовый коммутатор 2 сумми- 15 рующего типа, т.е. осуществляющий одновременно суммирование соответствующих сигналов, термопреобразователь 3 сопротивления, расположенный совместно со свободными концами тер- щ моэлектрического преобразователя, преобразователь 4 сопротивления в напряжение, источник 5 напряжения смещения, преобразователь 6 напряжения в число-импульсный код (ПНЧ), напри- 25 мер, интегрирующего типа, в котором в течение одного такта производится интегрирование входного сигнала, а в течение другого — считывание интеграла до нуля опорным напряжением З от внутреннего источника опорного напряжения с формированием импульспоступления ЧИК М по сигналу с выхода блока 7 управления закрывается второй вход мультиплексора 12 и открывается первый вход. В результате вторая часть ЧИК N< поступает на суммирующие входы счетчика 9 участков линеаризации и реверсивного счетчика 14. Интервал времени г генерируется блоком 7 управления и равен времени, за которое с выхода преобразователя 6 поступает число импульсов N, которое подается на суммирующие входы счетчика 9 линеаризации и реверсивного счетчика 14 без искажений, остальное количество импульсов (N — N, ) проходит через схему 8 цифровой линеаризации. 2 ил. ного кода от внутреннего генератора импульсов, блок 7 управления, схему

8 цифровой линеаризации, состоящую иэ .счетчика 9 участков линеаризации и функционального преобразователя

10„ например, выполненного на основе управляемого делителя частоты, управляющие входы которого, определяющие коэффициент деления делителя, подключены к постоянному запоминающему устройству, в котором записаны требуемые коэффициенты деления в зависимости от функции преобразования термопреабразователя, а адресные входы — к выходам счетчика 9 участков линеаризации, управляемый коммутатор 11, включающий в себя мультиплексор 12 и демультиплексор 13, реверсивный счетЧйк !4 и блок 15 индикации.

Блок 7 управления представляет собой простой цифровой автомат, имеющий пять состояний, и содержит генератор 16, делители 17 и 18 частоты, триггер 19, двухразрядный двоичный счетчик 20, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 21, адресные входы которого подключены к выходам триггера 19 и счетчика 20, двухвходовую схему ИЛИ 22 и трехвхадовую схему ИЛИ 23 (возмажны другие варианты блока управ. пения . з 1

Цифровой термометр работает сле— дующим образом.

Сопротивление термопреобразователя 3, линейно зависящее от температуры свободных концов, преобразуется с помощью преобразователя 4 в напряжение. В первом цикле измерения на вход преобразователя 4 через коммутатор 2 подается напряжение смещения

Uc и напряжение U, пропорциональное температуре свободных концов ТЭП, обратной полярности по отношению к напряжению U„, что достигается соответствующим подключением преобразователя 4.

На выходе преобразователя 6 получаем число-импульсный код

229598 4

8 цифровой линеаризации. Интервал времени 1 генерируется блоком 7 управления и равен времени, за которое с выхода преобразователя 6 поступит определенное число импульсов

>, =рь 0,„ (3)

Это число импульсов подается на суммирующие входы счетчика 9 участков линеаризации и реверсивного счетчика 14 беэ искажений, остальное количество импульсов (Й вЂ” и ) проходит через схему 8 цифровой линеаризации.

Таким образом, во втором цикле на суммирующие входы счетчиков 9 и 14 поступает число импульсов

N,=N, KF(N N,) ° KU,„ K(K(Uüð U )) (д) И,= К (u,„U„ - () c>3, 20 (1) где k — постоянная преобразователя напряжения в число импульсов напряжение дрейфа преобра1 зователя 6.

Этот код через мультиплексор 12 подается на вход демультиплексора 13 и далее на вычитающие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9

+ (),, UTj (2) 4р

Этот код через мультиплексор 12 и демультиплексор 13 подается на суммирующие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации.

По истечении интервала времени (. .от начала поступления число-импульсного кода М по сигналу с третьего выхода блока 7 управления закрывается второй вход мультиплексора 12 и открывается первый вход. В результате этого вторая часть число-импульсного кода )(поступает на суммирующие входы счетчика 9 участков линеаризации и реверсивного счетчика 14, проходя предварительно через функциональный преобразователь 10 схемы участков линеаризации.

Во втором цикле измерения на вход преобразователя 6 через коммутатор

2 подается напряжение смещения и термо-ЭДС 0, ТЭП. На выходе преобразователя 6 получаем число-импульсный код где Р (р(, — К,) — число импульсов Йа выходе схемы 8 цифровой линеаризации, на вход которой поступило М -М, импульсов. Поскольку код 11„ поступает на вычитающие входы счетчиков

9 и 14, а N — на суммирующие, то в конце второго цикла измерения в указанных счетчиках записан код

N-NK-N,=K(K(UK (),))ь (()ь ° ()Ьр) (g)

Коэффициент преобразования схемы цифровой линеаризации в диапазоне изменения температуры свободных концов близок к единице. Так, например, для ТЭП типа ХК в диапазоне 0-100 С укаэанный коэффициент преобразования составляет 0,986-1,0065, поэтому а также учитывая, что значение полезного сигнала существенно превосходит напряжение дрейфа, можно принять с достаточной степенью точности

K(K(UKð () )) KUKF+F(KU ) () . Поэтому выражение (5) можно записать

Й KU+ +F(0 0 )+K(Ucs-U )=Ã(kU,Ä+ кО (7)

Далее код М выводится на блок индикации.

Блок управления работает следующим образом.

На первом разряде выхода ПЗУ имеется сигнал управления для ПНЧ, нулевое состояние которого указывает на то, что интегратор в ПНЧ должен

1229598

В момент включения прибора общим

35 импульсом сброса делитель 17 частоты, триггер 19 и счетчик 20 устанавливаются в нулевое состояние. Таким образом, активизируетс.я ячейка памяти

4О

ПЗУ с нулевым адресом. Это приводит к тому, что к входу ПНЧ 6 подключается источник 5 напряжения смещения и преобразователь 4 сопротивления в напряжение. Через 20 мс после сброса

45 на выходе делителя 17 частоты появляется импульс, который переводит триггер в единичное состояние и, таким образом, активизирует следующую ячейку памяти. В результате этого начинается разряд интегратора источ5О ника опорного напряжения ПНЧ 6. Им" пульсы выходного числа-импульсного кода ПНЧ через мультиплексор 12 и демультиплексор 13 подаются на вы5 читающие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации ° Поскольку выход триггера 19 соединен с входом установки в нуль интегрировать входную величину (при этом импульсы на выходе ПНЧ отсутствуют). При единичном сигнале на этом выходе интегратор разряжается опорным напряжением ПНЧ и на его выходе появляются импульсы выходного число-импульсного входа.

Логическая единица на втором разряде выхода ПЗУ подключает второй и третий входы коммутатора 2 к его выходу, а логический нуль — первый и третий входы к выходу коммутатора 2. Логическая единица на третьем разряде выхода ПЗУ активизирует первый вход мультиплексора 12, в против ном случае активизируется еro второй вход . Логическая единица на чет вертом разряде выхода ПЗУ подключает первый выход демультиплексора 13 к его входу, а логический нуль — второй выход.

Коэффициент деления делителя 17 выбирают таким образом, чтобы период следования импульсов на его выходе равнялся. номинальному периоду сети (20 мс), а коэффициент деления делителя 18 — так, чтобы период следования импульса на его выходе равнялся времени, необходимому для разряда конденсатора интегратора, предварительно заряженного в течение 20 мс от источника опорного напряжения

ПНЧ 6.

l0

i!5

ЗО делителя 17 частоты, то постедний удерживается в нулевом остоянии.

При переходе выходного напряжения интегратора через нуль на втором выходе ПНЧ появляется импульс, который через трехвходовую схему ИЛИ 23 сбрасывает в нуль триггер 19, при этом активизируется новая ячейка памяти и к входу интегратора подается напряжение смещения и термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя

Одновременно снимается обнуляющий сигнал с делителя частоты, поэтому через 20 мс на его выходе появляется импульс, который переводит триг— гер в единичное состояние. При этом выбирается новая ячейка памяти, интегратар начинает разряжаться от источника опорного напряжения ПНЧ, а импульсы выходного число-импульсного кода ПНЧ через мультиплексор

12 и демультиплексор 13 подаются на суммирующие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации. В это же время снимается обнуляющий сигнал с делителя 18 частоты, который до этого времени удерживался логической единицей на пятом разряде выхода ПЗУ в нулевом состоянии.

Через интервал времени 1, равный времени, за которое q, выхода преобразователя 6 поступит определенное число импульсов йо = КО,ц, на выходе делителя 18 появляется импульс, который через трехвходовую схему ИЛИ сбрасывает триггер 19. Активизация новой ячейки памяти приводит к тому, что импульсы выходного число-импульсного входа ПНЧ с этого момента подаются на суммирующие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации через функциональный преобразователь 10, мультиплексор 12 и демультиплексор 13. В момент перехода интегратора через нуль импульс с выхода ПНЧ через трехвходовую схему ИЛИ сбрасывает триггер, что приводит к активизации последней используемой ячейки памяти ПЗУ. Поскольку в шестом разряде этой ячейки записана логическая единица, которая через двухвходовую схему ИЛИ сбрасывает все элементы блока управления, то измерительный цикл начинается сначала е

Формула изобретения

1229598 р WVS м лИчб д ммюемуге®ввуза ж гуемйилмкщ у к Ммуююиею сюру :

Составитель В.Куликов

Редактор В.Петраш Техред Н.Боикало Корректор Т.Колб

Заказ 2444/41 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Цифровой термометр, содержащий термоэлектрический преобразователь, подключенный к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивления в напряжение, к входу которого подключен термопреобраэователь сопротивления, расположенный совмест- >р но со свободными концами термоэлектрического преобразователя, источник напряжения смещения, преобразователь напряжения в число-импульсный код, первый выход которого подключен к входу функционального преобразователя, а второй выход и управляющий вход соединены соответственно с входом и первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, два реверсивных счетчика и блок индикации, входы которого подключены к выходам первого реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия, в него введены управляемый переключатель, выходы которого подключены к суммирующим и вычитающим входам реверсивных счетчиков, управляющие входы соединены с выходами блока управления, а первый и второй входы соединены соответственно с первым выходом преобразователя напряжения в число-импульсный код и выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом второго реверсивного счетчика, при этом выход источника напряжения смещения подключен к дополнительному входу коммутатора, выход которого подключен к входу преобразователя напряжения в числоимпульсный код.