Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразователя. Цель изобретения - обеспечение взаимозаменяемости термопреобразователей. Устройство содержит термопреобразователь сопротивления 1, резистор 2, эталонные резистивные делители напряжения 3.1-З.п с ключами. 4-9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор опорной частоты 12, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции, схему 15 сравнения , функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, триггеры 18 и 19 и временной селектор. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволили достичь цель изобретения без дополнительной настройки устройства и снижения точности измерения. 3 ил. 1 jSKsem tiaxsta

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (511 4 G 01 К 7 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗСЕС6И З" l Ю

l3,",;,13

ИВ,11КОТЫА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) 3831936/24-10 (22) 25.12.84 (46) 30.07.86. Вюл. 1(- 28 (72) О. С. Трошкин и А. M. Пахомычев (53) 536.53(088.8) (56} Авторское свидетельство СССР

11 - 830146, кл. G Ol К 7/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N - 907402, кл. G 01 К 7/22, 1980.

E (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразователя. Цель изобретения — обеспечение взаимозаменяемости термопреобразователей. Устройство содержит термопреобразователь сопротивления 1, резистор 2, эталонные ре зистивные делители напряжения 3.1-3.п с ключами, 4 — 9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор опорной частоты 12, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции, схему 15 сравнения, функциональный преобразователь

16, генератор 17 тактов, триггеры !8 и 19 и временной селектор, Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволили достичь цель изобретения без дополнительной настройки устройства и снижения точности измерения.

3 ил.

1247682

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразователя. 5

Целью изобретения является обеспечение взаимозаменяемости термопреобразователей без дополнительной настройки устройства и снижения точности измерения. !О

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные. диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 схема формирователя импульсов коррек- 15 ции.

Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, например полупроводниковый, подключенный через постоянный резистор 2 к выводам источ- 20 ника напряжения (не показан), эталонные резистивные делители напряжения

3.1 — З.п с ключами 4, 5 и 6, первый — третий ключи 7 — 9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор 12 опор-25 ной частоты, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов кбррекции, схему 15 сравнения, функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, первый 18 и второй 19 триг- З0 геры и временной селектор 20.

Функциональный преобразователь 16 содержит конденсатор 21, в цепи разряда которого последовательно с постоянным резистором 22 включен 35 аналоговый ключ 23.

Число делителей напряжения и соответствующих им ключей соответствует числу поддианазонов измерения, на которые разбит весь диапазон 40 измеряемых температур.

Резистор 2 и эталонные делители напряжения 3.1 — З.п выполнены на термостабильных резисторах и откалиброваны таким образом, что напряжения, снимаемые с этих делителей, равны по величине падению напряжения на термопреобразователе 1 в граничных точках поддиапазонов измерения температуры.

Эталонные делители напряжения могут быть расположены в отдельном нормирующем блоке, подключаемом к остальным элементам устройства через разъем. Таким образом, каждому термопреобразователю соответствует свой нормирующий блок, который работает в комплекте с любым устройством.

Формирователь 14 импульсов коррекции содержит (фиг. 3) три инвертора 24, 25 и 26, две схемы И-HF. 27 и 28, два резистора 29 и 30 и два диода 31 и 32. Выходные цепи формирователя совместно с емкостью 33 образуют интегратор.

Устройство работает следующим образом.

Температурная характеристика полупроводникового термопреобразователя в небольшом температурном интервале может быть с высокой степенью точности представлена в виде

U(e) =I А С (1) где А и  — постоянные коэффициенты, зависящие от свойств материала чувствительного элемента и конструкции полупроводникового термопреобразователя сопротивления", ток, протекающий через термопреобразователь;

6 — основание натурального логарифма;

8 — абсолютная температура в К.

Температурная характеристика термопреобразователя может быть аппроксимирована на ограниченном участке экспоненциальным законом разряда конденсатора, который имеет вид

U(-t) =U e"",, (2) где U — напряжение на конденсаторе в момент времени t=O текущее время; л — постоянная времени цепи разряда конденсатора.

Практическая погрешность от аппроксимации температурной характерис0 тики U(8) в диапазоне 25 С экспоненциальным законом разряда конденсатора а составляет 0,15 С. Поэтому весь поддиапазон измеряемых температур разбивается на ряд поддиапазонов нао

1 пример, кратных 25 С, для чего берется соответствующее число эталонных делителей напряжения.

Устройство для измерения температуры предусматривает выполнение последовательно трех режимов работы: поиска поддиапазона, автоматической коррекции и измерения.

В режиме поиска поддиапазона измерения (график ТП на фиг. 2) сигналами с генератора 17 тактов происходит сброс по установочному входу счет3 1247682 Д чика 11 и по входу Е дается разреше- кости уменьшается до значения U<, ние на заполнение ег его импульсами с : равного напряжению на выходе делитегенератора 12 опорной частоты. В ля 3.3 схема 15 схема сравнения меняет этом же такте кана(Х мультиплексо- . полярность вь ходного сигнала ра 10 пропускает импульсы с выхода (фиг. 2) и взводит триггер 18. В счетчика 11 на управляющие входы клю- такте Т2 счетчик-делитель 13 заполчей 4 5 и 6. К 5 и

Ключи 4, 5 и 6 коммути- няется импульсами с генератора 12 руют постоянные уровни напряжений с опорной частоты. По началу 256-го эталонных делителей 3.1-3.3 на второй импульса сигналом с выхода счетчивход схемы 15 сравнения. На первый >р ка !3 взводитс 19. В взводится триггер 9. Временвход схемы 15 сравнения через ключ 7, ные интервалы, вырабатываемые тригкоторый управляется сигналом ТП с герами 18 19 б б и, о ра атываются в выхода генератора 17 тактов пост ов, поступа- такте контроля схемой формирователя ет постоянный уровень U< с термопре- 14 импульсов к импульсов коррекции (фиг. (ф . 3). образователя 1. Таким образом в режи 5 Временн е

У i ременные интервалы, сформироме поиска происходит последовательное ванные триггерами 18 и 19 должны

Р сравнение уровнеи напряжения с эта- быть равны. Если длительность временлонных делителей с постоянным уровнем ного интервала на выходе триггера 19 напряжения на те моп еоб а р р бразователе, окажется больше временного интервала

Схема 15 сравнения меняет полярность 2р на выходе триггера 18, причиной чевыходного сигнала (фиг. 2) в тот мо- ro является во д о является воздеиствие на устройстмент времени, когда на втором входе во дестабилизирующих факторов (клиуровень постоянного напряжения будет матические изменения окружающеи сребольше чем на пе вом в

7 р ом входе. В этот ды, изменение напряжения источника момент генератор 17 тактов по входу 25 питания и т.д.), то блок 14 формирусинхронизации Е закрывает доступ ин- ет положительный импульс которым

У формации в счетчик 11 и на его выходе заряжается емкость 33 (фиг. 3 б). формируется сигнал, соответствующий При этом частота опорного генератоподдиапазону измерения, в котором на- ра, в частотно-задающей цепи которого ходится измеряемая температура, гра- Зр стоит элемент, увеличивающий или ницами которого является напряжение уменьшающий частоту генератора в зас эталонных делителей 3.2

Ре и 3.2 и 3.3, висимости от величины напря ени ж я, ежим автоматической коррекции подаваемого на ег о управляющии вход, устройства происходит в такте конт- увеличивается д я до тех пор, пока врероля (график Т2 на фиг. 2). В ф . 2). В так- менные интервалы на выходах триггете Тl по сигнал с выхо а у д генератора, ров 18 и 19 не сравняются. Если раз17 тактов замыкается ключ я ключ 8, а по ность временных интервалов на выхосигналу с выхода мультиплексора 10 — дах тРиггеРов 18 и 19 бУдет положиключ .5. Начинается заряд конденсато- тельной, то .блок 14 формирует отра 21 функционального преобразовате- р Рицательный импУльс (фиг. 3 в), емля 16 через ключи 5 и 8 до напряже- кость 33 РазРЯжаетсЯ и частота опоРния на эталонном делителе 3.2. Такт ного генератора уменьшается.

Tl является подготовительным к ре- Измерение температуры происходит жимам контроля и измерения и череду- в такте измерения (график ТИ на ется с тактом поиска. По переднему фронту такта Т2 генератором 17 тактов фиг. 2) . Такт измерения чередуется с тактом контроля. Последовательность вырабатывается сигнал сброса счетчика-делителя 13 и триггеров 18 и 19. всех операций, производимых функциоВ нальными блоками устройства в такте этом же такте генератор 17 тактов измерения ТИ, такая же, как и в такоткрывает канал Х мультиплексора 10, те контроля, с той лишь разницей, что через который происходит управление вместо эталонного делителя напряжеключом 6. Ключ 6 замыкается, и на ния 3.3 на второй вход схемы 15 сраввторой вход схемы 15 сравнения под- нения подключается термопреобразоваключается эталонное напряжениЕ с делите 3 3. Е тель 1 сопротивления. Сформированлителя . . Емкость конденсатора 21 55 ный временной интервал с выхода тригразряжается через резистор 22 и замкнутый ключ 23 (фиг. 2). В момент гера 18 поступает на один из входов временного селектора 20, который в времени, когда напряжение на ем- такте измерення пропускает пачку имтакта измерения ограничена минимально необходимым временем для автоматической коррекции устройства, а верхняя — временем смены показаний на цифровом табло регистратора, период смены информации на котором выбирается исходя из удобства визуального считывания показаний.

Устройство наиболее целесообразно применять при использовании полупроводниковых термопреобразователей с отрицательным температурным коэффициентом.

25

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, первый вывод которого З0 соединен с первым выводом источника постоянного напряжения, а второй вывод подключен к входу первого ключа и через постоянный резистор подключен к второму выводу источника напряжения, соединенному с эталонными резистивными делителями напряжения, выходы которых подключены к входам кличей делителей напряжения, схему сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого ключа, а выход подключен к первому входу первого триггера, выход которого соединен с первыми входами формирователя импульсов коррекции и временного селектора, второй вход которого подключен к выходу

$ 12476 пульсов. Количество импульсов н пачке, равное значению измеряемой температуры, поступает в блок регистрации (не показан).

Генератор 17 тактов выполнен та5 ким образом, что такт измерения повторяется через 126 тактов контроля, а такт поиска — через 127 тактов Т1. Период повторения тактов измерения ограничен двумя критериями. 10

Нижняя граница периода повторения

82 б генератора опорной частоты, управляющий вход которого соединен через интегратор с выходом формирователя импульсов коррекции, генератор тактов, выходы которогб соответственно подключены к управляющему входу первого ключа, второму входу первого триггера, управляющему входу функционального преобразователя и третьему. входу временного селектора, счетчик, отличающееся тем, что, с целью обеспечения взаимозаменяемости термопреобразователей без дополнительной настройки. устройства и снижения точности измерения, в него введены два ключа, второй триггер, счетчик-делитель и мультиплексор, входы, которого соединены с выходами генератора тактов и выходами счетчика„ а выходы подключены к управляющим входам ключей делителей напряжения, выходы которых через второй ключ соединены с выходом функционального преобразователя и первым вхо дом схемы сравнения, второй вход которой подключен к входу второго ключа и выходу третьего ключа, вход которого соединен с входом первого ключа, а управляющий вход подключен к выходу генератора тактов, соединенному с управляющим входом второго ключа и с установочными и синхронизирующими входами счетчика и счетчика-делителя, счетные входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, при этом выход схемы сравнения соединен с входом генератора тактов, а выход счетчика делителя соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к второму входу первого триггера, а выход соединен с вторым входом формирователя импульсов коррекции, третий-вход которого подключен к синхронизирующему входу счетчика-делителя.

1247682

Т!

О,у

Bx. f б1Х gp

Ug

Uj иу, уи.Ы

9ььг.б/Р

РькбЯ

Bar б79 . Вых.f0»

Вь.гб»

Иых.36» ,йи.гю

Ю» О/О

Вю. 61g

5 И

ВЫ1,5

Вы 617 ьи Аа.618>

Вык. б/7 йи. р б В

gb t.

ВхЮтг

Ья, б2

Вь ь .

Ю и .б12

Риг. Л

ВНИИПИ Заказ 4113/39 Тираж 778 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4