Измеритель температуры

 

Изобретение относится к области температурных измерений и позволяет повысить быстродействие измерителя. Аналого-цифровой преобразователь 8 по сигналам с блока 12 управления формирует коды N<SP POS="POST">X</SP><SB POS="POST">P</SB>, N<SP POS="POST">1</SP><SB POS="POST">P</SB>,N<SP POS="POST">2</SP><SB POS="POST">P</SB>, пропорциональные сопротивлению термопреобразователя сопротивления 3, первого 4 и второго 5 эталонных резисторов, подключаемых с помощью коммутаторов 1, 2 к источнику тока 7 и измерительному усилителю 6. С выходов регистров 9, 10, 11 коды N<SP POS="POST">1</SP><SB POS="POST">P</SB>, N<SP POS="POST">2</SP><SB POS="POST">P</SB> и N<SP POS="POST">X</SP><SB POS="POST">P</SB> поступают на первый 13 и второй 14 блоки вычитания. На выходе третьего блока вычитания 15 формируется код, соответствующий максимальной мультипликативной ошибке, который поступает в блок регистров 17. С помощью блока вентилей 16, на входы которого поступает сигнал, пропорциональный сопротивлению термопреобразователя, на выходе блока регистров формируются коды, сумма которых равна мультипликативной погрешности измерения. Блок сумматоров 18 формирует скорректированный результат измерения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 К 7/00

8 ; ИВ53М

ПБЕИТ-l: ; -... ;E ",4 1

БИБИ С

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4181170/24-10 (22) 14.01.87 (46) 07.04.89. Бюл, N - 13 (71) Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения АН СССР (72) Т.А.Мустафин (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 999988887722, кл. 6 01 К 7/02, 1979.

Европейский патент ЕР 0120102 Al, кл. G Oi К 7/20, опублик. 1984. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к области температурных измерений и позволяет повысить быстродействие измерителя. Аналого-цифровой преобразователь 8 по сигналам с блока 12 управления формирует коды И, N, N пропорциональные сопротивлению термо„„Я0„„1471085 А1 преобразователя сопротивления 3, пер-, вого 4 и второго 5 эталонных резис/ торов, подключаемых с помощью комму-; таторов 1, 2 к источнику тока 7 и измерительному усилителю 6. С выходов регистров 9, 10, 11 коды N И х

Э ° р Э и И поступают на первый 13 и второй

14 блоки вычитания. На выходе тре- тьего блока вычитания 15 формируется код, соответствующий максимальной мультипликативной ошибке, который поступает в блок регистров 17. С помощью блока вентилей 16, на входы которого поступает сигнал, пропорциональный сопротивлению термопреобраэователя, на выходе блока регистров формируются коды, сумма которых равна мультипликативной погрешности измерения ° Блок сумматоров 18 формирует скорректированный результат измерения. 3 ил.

1471085

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при построении точных систем измерения и регулирования температуры.

Целью изобретения является повышение быстродействия измерителя температуры.

На фиг. „1 приведена структурная схема измерителя температуры; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 — функциональная схема блока сумматоров, Измеритель температуры содержит первый коммутатор 1, второй коммута» тор 2, термопреобразователв 3 сопротивления, два опорных резистора 4 и

5, измерительный усилитель 6, источник 7 тока, и-разрядный аналого-цифровой преобразователь 8, три регистра 9 - 11, блок 12 управления, первый блок 13 вычитания, второй блок 14 вычитания, третий блок 15 вычитания со схемой задания кода (не показана), блок 16 вентилей, блок 17 регистров и блок 18 сумматоров.

Блок 12 управления может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг. 2. Он содержит первый одновибратор 19, счетчик 20, первый элемент:

21 задержки, элемент ИЛИ 22, дешифратор 23, второй элемент 24 задержки, второй одновибратор 25 и третий элемент 26 задержки.

Блок 18 сумматоров содержит двухвходовые сумматоры 27-29 и блок 30 вычитания.

Измеритель температуры работает следующим образом.

По переднему фронту сигнала

"Пуск", поступающему на вход блока 12 управления, одновибратор 19 формирует импульс запуска, который обнуляет счетчик 20.

Нулевой код с выхода счетчика 20,, поступает на управляющие входы коммутаторов 1 и 2. Тем самым ток с выхода источника тока поступает в термопреобразователь 3 сопротивления, подключенный к нулевым каналал коммутаторов 1 и 2. Падение напряжения с выводов термопреобразввате ля 3 через нулевой канал коммутатора 1 поступает на входы измерительного усилителя 6. Нормированный сигнал с выхода усилителя 6 преобра" зуется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 8, запускаемом также импульсом с одновибратора 19, задержанным в элементе 21 задержки на время переходных процессов в коммутаторах и усилителе 6. Импульс запуска на управляющий вход АЦП 8 поступает с выхода элемента ИЛИ 22.

Код преобразованного сигнала И с выхоца АЦП 8 поступает на входы регистров 9-11 и записывается в регистр 11 по сигналу с дешифратора

23. Импульс "Конец преобразования" с выхода АЦП 8 поступает на счетный

15 вход счетчика 20 через элемент 24 задержки, задерживающий его на вре« мя, необходимое для записи результата преобразования в регистр 11.

Счетчик 20 устанавливается в следу20 ющее состояние (" Единица" ). Сигналы с выхода счетчика 20 поступают на управляющие входы коммутаторов 1 и 2, которые включают в измерительную цепь первый опорный резистор 4.

25 . По фронту импульса с выхода АЦП 8 одновибратор 25 формирует второй импульс запуска AIgI 8, который через элемент 26 задержки и элемент ИЛИ 22 поступает на управляющий вход АЦП 8

30 и запускает его. На выходе АЦП 8 . формируется код N пропорциональный сопротивлению первого эталонного резистора, который записывается в регистр 10, открытый сигналом с де шифратора 23. Второй импульс "Конец преобразования" с выхода АЦП 8 поступает на счетный вход счетчика 20 через элемент 24 задержки и устанавливает его в следующее состояние

40 (состояние Два ) . Этот код с выхода счетчика 20 включает вторые каналы коммутаторов. В этот раз на выходе

АЦП 8 формируется код И р, пропорциональньй сопротивлению второго опор45 ного резистора 5, который записывается в регистр 9. Импульс "Конец преобразования" через элемент 24 задержки поступает на счетчик 20 и устанавливает его в состояние "Три".

В этот раз одновибратор 25 закрыт сигналом с дешифратора 23, поступающим на вход блокировки одновибратора 25 (вход В). Сопротивление первого резистора выбирается равным сопротивлению термопреобразователя сопротивления в начальной точке диапазона измеряемых температур, а сбпротивление второго резистора выбирается равным сопротивлению термопреобк х

N = N т р з 1471085

4 разователя 3 в конце диапазона из- которая ввиду малости величины мерения. dpNp(лр N р "-О и не различима в кот 2,„

Х 1

Коды Ир, NP, NP связаны с точны- де АЦП) принимает внд ми кодами Nz И,, И r сигналов, пропорциональных сопротивлениям термо5 преобразователя и опорных резисторов, (И (N И ))х

P соотношениями х

P

И

1 р

И

AN," +

AN 1 +

AN + (5) И а< ю

Nа

45 где N а - аддитивная погрешность измерения всего измери- 15 тельного тракта;

А - коэффициент, обусловленный мультипликативной погрешностью, При этом точные значения кодов, 20 соответствующие температуре в начальной (И = О) и конечной (И ) точках диапазона измерения измерителя известны априорно.

Выражения (1) можно представить 25 в виде

x x X

Ит 1Им+ Иа11

N = N -LIN + N (2)

Ир Nx DN„+ Иа где дИ» = N "(1 - A), дИ = И (1 - А), 1

И„= N (1 — A) - значения муль35 типликативных погрешностей, соответствующие кодам N

1 2

Ир HNр

Так как N = О, то максимальное значение мультипликативной погрешнос-4 ти можно представить в виде

C дИ =а = .Q 2 р. = N,- (N - И ), р р ° (3) где 1 - количество разрядов числа

Д И в двоичном коде, которым соответствует мультипликативная погрешность, различимая в коде АЦП; р.- разрядные коэффициенты.

Зная значение максимальной мультиплнкативной погрешности,др, точное значение сигнала И, термопреобразо- 55 х вателя можно определить по формуле х, х х L

Ny = N p + d1„Ир- И р + д1 - Npx (4) х - -i х где Nр = 2 2 Ы - реальный код измеряемого сигнала; п — число разрядов числа Nx в двор ичном коде; х ; - разрядные коэффициенты.

При измерении температуры коды

1

И и Ир с выходов регистров 9 и

10 поступают в блок 13 вычитания, на выходе которого формируется разHocTb (N р — N p). х l

Коды NP u Np с выходов регистров 10 и 11 поступают на выходы блока

14 вычитания, на выходе которого формируется разность (И вЂ” И ) . Разр р ность (N — N ) с выхода блока 13 р вычитания поступает на первые входы блока 15 вычитания, на вторые входы

1 которого поступает код числа N

Так как код числа И известен априорно, то он может быть сформирован путем подачи соответствующего напряжения-на вторые входы блока 15 вычитания. С выхода блока 15 вычитания г 1 1

РезУльтат, Разности д1 = N,-(И -N р), соответствующий значению максимальной мультипликативной погрешности измерителя, поступает на соответствующие регистры блока 17 регистров.

При этом если разрядность числа др- 1, то на блок регистров подается (1 - 1) старших разрядов кода.

При этом в первый регистр записывается код погрешности, возникающий при включении старшего (первого) разряда АЦП, во второй регистр — погрешность, возникающая при включении второго разряда преобразователя, и т.д. (на фиг. 1 блок 17 регистров содержит четыре регистра, 1 — 1=4).

На входы блока 16 вентилей с выходов 1 - 1 старших разрядов регистх ра 11 поступают коды сигнала N р = х х

2 Ы,, где ; - разрядный коэф-!

s=-0 4 фициент, равный нулю или единице.

При этом в первый вентиль подается сигнал, соответствующий коэффициенту at„ старшего (i = nI разряда, во второй - сигнал, соответствующий коэффициенту d „„, и т.д, С приходом управляющего сигнала с дешифратора 23 блока управления на выходах вентилей формируются сигналы, соответствующие разрядным коэффициентам. d;, подаваемым па входы вен-. тилей, Кдиничные сигналы О ткpbTB QIO т соответствующие регистры блока l7 и сигналы с их Выходов поступают В блок 18 суьппаторов, где суммируются, формируя сигнал мультипликативной

ПОГgЕШНОСТИ СООТВЕТСТВУ1 ЩП КОДУ сигнала термопреобразователя. Зто: код суммируется с соответствующим знаком с кодом сигналя, поступающего

Вь хода блока 14 вычитания. в результате чего на Выходе блока 18 формируется В соответствии с формулой (5) код точного сигнала термопреобразователя.

Повышение быстродействия измерителя достигается путем сокращения времени, затрачиваемого на коррекцио кода результата, которое практи-. чески определяется временем суммирования чисел в блоке 18 сумматоров.

Формула из о бретения

Измеритель температуры, содержащий первый и второй коммутаторы, вы-. ходы которых соответственно соединены с первым входом измерительного усилителя и первым Выводом источника тока, первый, второй и третий входы которых соединены соответственно между собой и подключены к первым выводам термопреобразователя сопро

71 085 6 тивления и двух опорных резисторов, вторые выводы которых подключены к второму выводу источника тока, соединенному с вторым входом измеритель ного усилителя, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, три регистра, входы которых подключены к выходу аналогоцифрового преобразователя, а управляющие входы соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, пятый выход подключен к Входу запуска аналого-цифрового преобразователя, выход "Конец преобразования" которого соединен с входом блока управления, первый блох вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, второй блок вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего регистров, о тличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия измерителя, в него введены блбк вентилей, блок регистров, блок сумматоров и третий блок вычитания со схес мой задания кода, первый вход которого соединен с выходом первого блока вычитания, второй вход связан со схемой задания кода, а выходы подключены к информационным входам блока. регистров, управляющие входы коЗБ торого соединены с выходами блока вентилей, входы которого подключены к выходу третьего регистра, а управ40 ляющие ВхОды соединены-с шестым Вы ходом блока управления, при этом входы блока сумматоров соединены с выходами блока регистров и выходом второго блока вычитания.

147! 085 к&9 к &10

K &.11 к &.16 к да 8

4ЬГ. Z

Составитель В. Куликов

Техред М.Дилык Корректор И. Муска

Редактор С. Пекарь

Заказ 1601/45 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,10!