Цифровой термометр для дистанционного измерения температуры

 

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить быстродействие. Весь процесс измерения осуществляется за пять тактов. В первом такте к входу АЦП 11 подключается первый эталонный резистор 7, во втором такте - второй эталонный резистор 8. В третьем такте подключается термопреобразователь сопротивления (терморезистор) 1 с параллельно подсоединенной к нему цепью, состоящей из сопротивлений проводов 3 и 4 и резистора 7. В четвертом такте к входу АЦП 11 подключается цепь, состоящая из последовательно включенных терморезистора 1 и сопротивлений проводов 2 и 5. В пятом такте подключается цепь из последовательно включенных терморезистора 1 и сопротивлений проводов 3 и 4. По окончании пятого такта микропроцессорный блок 12 осуществляет вычисление сопротивления термопреобразователя сопротивления и передачу вычисленного значения в блок 13 индикации. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1)S С 01 К 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ lHHT СССР (21) 4461578/24-10 (22) 15.07.88 (46) 30.04.90. Вюл. ¹ 16 (71) Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения (72) Е.Б, Грейз, А.И. Мехович и Н.В. Попов (53) 536.53 (088.8) (56) Патент США №- 4.122719, кл. G 01 К 7/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1177687, кл. С 01 К 7/16, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить быстродействие. Весь процесс измерения осуществляется за пять тактов. В первом такте к входу АЦП

„„Я0„„1560989 А1

11 подключается первый эталонный резистор 7, во втором такте — второй эталонный резистор 8 ° В третьем такте подключается термопреобразователь сопротивления (терморезистор) 1 с параллельно подсоединенной к нему цепью, состоящей из сопротивлений проводов 3 и 4 и резистора 7. В четвертом такте к входу АЦП 11 подключается цепь, состоящая из последовательно включенных терморезистора 1 и сопротивлений проводов 2 и 5.

В пятом такте подключается цепь из последовательно включенных терморезистора 1 и сопротивлений проводов

3 и 4. По окончании пятого такта микропроцессорный блок 12 осуществляет вычисление сопротивления термопреобразователя сопротивления и передачу вычисленного значения в блок 13 инди-кации. 2 ил.

1560989

Изобретение относится к технике температурных измерений, а именно к цифровым термометрам для дистанционного измерения температуры.

5

Цель изобретения — повышение быстродействия при сохранении требуемой точности путем сокращения количества тактов измерения..

На фиг. 1 представлена структурная 1б схема цифрового термометра ; на фиг.2 — схема микропроцессорного

; блока.

Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 сопротивления, четыре провода 2-5 линии связи, первый коммутатор 6, два эталонных ре зистора 7 и 8, второй коммутатор 9, ключ 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, микропроцессорный блок 12 и блок 13 индикации.

Микропроцессорный блок образуют ,I микропроцессор 14, оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) 15, посто:янное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, регистры 17 — 19 ввода-вывода,,магистраль 20 и таймер 21.

Цифровой термометр работает сле.,дующим образом.

По команде Пуск (шины этой команды не показаны, это может быть внешняя команда или команда, формируемая внутри микропроцессорного блока 12 автоматически при включении питания или через заданные в прог35, рамме интервалы времени) микропро, цессорный блок 12 начинает выпол .нение программы измерения.

Весь процесс измерения осуществляется за пять тактов.

В исходном состоянии ключи коммутаторов 6 и 9 и ключ 10 разомкнуты.

В первом такте микропроцессорный блок 12 формирует последовательность команд, по которым коммутаторы 6 и

9 подключают к входам АЦП 11 первый эталонный резистор 7, т.е, ключи В, Б и Д замыкаются. Номинал резистора 7 в конкретном устройстве рекомендуется выбирать равным максимально возможному значению, которое принимает терморезистор 1 (термопреобразователь сопротивления). Диапазон изменения его сопротивления соответствует диапазону изменения измеряемых температур. Номинал резистора 7 соответствует верхней границе этого диапазона.

При таком подключении на выходе

АЦП 11 формируется цифровой код

N, = а К +а где а,, а — постоянные коэффициенты, изменение которых обусловливает соответственно.мультипликативную и аддитивную погрешности измерения;.

R — номинальное значение резистора 7.

Код М1 заносится через регистр

17 ввода-вывода в ОЗУ 15 микропроцессорного блока 12, Во втором такте микропроцессорный блок 12 формирует последовательность команд, по которым коммутаторы

6 и 9 подключают к входам АЦП 11 второй эталонный резистор 8, т.e= замкнуты ключи Б, В и Е, остальные ключи коммутаторов 6 и 9, а также ключ 10 разомкнуты. Для конкретной схемы номинал резисторов 8 рекомендуется выбирать равным минимально возможному значению, которое принимает терморезистор

Таким образом, во втором такте на выходе АЦП 11 формируется цифровой код (2) Ng = a„Rg+ a, R2K 2+ К ii (7+ КЗ К4) На выходе АЦП 11 формируется цифровой код где Rq — номинальное значение резистора 8.

На третьем такте микропроцессорный блок 12 формирует последовательность команд, по которым замыкается ключ 10, а в коммутаторах 6 и 9 ключи А, Г и Д, Таким образом, к входу АЦП 11 подключена цепь, состоящая.из последовательно включенных сопротивлений провода 2 (R ), термопреобразователя сопротивления 1 (R „) с параллельно подключенной к нему цепью, состоящей из сопротивлений проводов 3 (R ) и 4 (К ) и резистора 7 (R ), и из сопротивления провода 5 (R ) т.е. к входу АЦП 11 подключен резистор с эквивалентным сопротивлением

1560989 6 микропроцессорный блок 12 вычисляет . цифровые коды N и Хч,Значения с1 1 Яр . а 1 и а за пять тактов измерения считаются неизменными, так как время измерения много меньше постоянных времени дестабилизирующих фактов (например, старения элементов или изменения условий эксплуатации устройства) . На четвертом такте измерения микропроцессорный блок 12 вы- числяет выражение

+ (т + 9) 1+ а (З)

R +R +R +R3 0 5 т

Этот цифровой код поступает через регистр 17 ввода-вывода в ОЗУ 15 микропроцессорного блока 12.

В четвертом такте измерения ключи 10, А и Г коммутатора 6 остаются замкнутыми, остальные ключи первого коммутатора 6 и все,ключи второго коммутатора 9 разомкнуты. Как и в предыдущих тактах, необходимые команды управления ключами формирует микропроцессорный блок 12, К входу

АЦП 11 подключена цепь, состоящая из последовательно включенных сопротивлений КВ, R, и R5. На выходе

АЦП 11 формируется цифровой код

20 М вЂ” о = R + R + и и

Ol 1 а, + R1(R т+ Re + кэ)

R1 + R7 + RФ + Кз (8) М* = ®2+ R5+ R ) + ао ° (4) 25

Этот цифровой код поступает через регистр 17 ввода-вывода в ОЗУ 15 микропроцессорного блока 12.

В пятом такте микропроцессорный З0 блок 12 формирует последовательность команд, по которым ключ 10 остается замкнутым, замыкаются ключи Б и В коммутатора 6, остальные его ключи. и все ключи коммутатора 9 разомкнуты. К входу АЦП 11 подключена цепь, состоящая из последовательно включенных сопротивлений Кэ R„ R4.

На выходе АЦП 11 формируется цифровой код

35 4 N 1O

= — 4- О=К +К +В. (9) 4

1 <

По окончании 5-го такта микропроцессорный блок 12 вычисляет выра40 жение

На этом цикл работы коммутаторов закончен. Микропроцессорный блок 12 45 вычисляет сопротивления термопреобразователя К1 и передает вычисленное значение К1 в блок 13 индикации.

Так как значения Rz и R8 записаны в ПЗУ 16 до начала работы устройства в виде констант, то на третьем такте по уравнениям (11)

55 т 4 з к

111 112 а1 Н вЂ” R т 8

Так как в правую часть выражения (11) входят величины, цифровые (7) значения которых уже находятся в

5 * атНэ В ао + Rg + Н5+

И" =а,(К„+К +К,) +а. (>) +N, ао R + R + R1(R R4 + R3) а а R + R + R + R

1 т

Цифровой код результата этого вычисления

На пятом такте измерения микропроцессорный блок 12 вычисляет выражение, полученное из уравнения (4) N* а, — — = R2+ R5+ R

1 а1 1

Цифровой код результата этого вычисления — - — — =R+R+R

N* а, 3 Ф

1 1

Это выражение получено из уравнения (5), Цифровой код результата этого вычисления

N= — =R+R+R.(1О) йы з

01

Решением системы уравнений (8), (9) и (10) является выражение

1560989

Формула и з о б р е т е н и я к @пзбг

+кОп. 18

Составитель В, Ярыч

Редактор Л. Пчолинская Техред Л.Сердюкова Корректор N. Самборская

Вакаэ 973 Тираж 506 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГJ,ÍÒ СССР

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

f»

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уд. Г «рина, 101 микропроцессорном блоке 12, микропроцессорный блок 12 вычисляет значение R,, которое соответствует измеренному значению температуры.

Как видно, результат измерения R не зависит от значений R» R» R u

К, т.е. от сопротивлений проводов

4иний связи, а также от а „ и ао, 10

Цосле вычисления сопротивления термот реобраэователя определяется температура в соответствии с полиномом, аппроксимирующим градуировочную хаг1актеристику термопреобраэователя.

Цифровой термометр для дистанционг1ого измерения температуры, содержа- 0

Б1ий термопреобраэователь сопротивлег1ия, г1одключенньгй первым выводом через первый, а вторым выводом через второй и третий провода линии связи, к первому, второму и третьему 25 входам первого коммутатора соответ дтвенно, первый эталонный резистор, подключенный первым выводом к первому входу второго коммутатора, второй эталонный резистор, подключенный первым выводом к второму входу второго коммутатора, а вторым выводом — к четвертому входу первого коммутатора, микропроцессорный блок, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а первый выход †.с управляющими входами первого и второго коммутаторов, и блок индикации, соединенный с вторым выходом микропроцессорного блока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен ключ, первый вход которого подключен через четвертый провод линии связи к первому выводу термопреобраэователя сопротивления, управляющий вход соединен с третьим выходом микропроцессорного блока, а выход — с вторым выводом первого эталонного резистора и с четвертым входом первого коммутатора, второй вход которого соединен с первым и вторым выходами второго коммутатора, а выходы — с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя.