Цифровой измеритель температуры
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
1 и Ъ
/ -. -" .- (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 030481 . (21) 3268381/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетОпубликовано 30.10.82. Бюллетень ¹ 40
Дата опубликования описания 3010.82
151) М. Кп.з
G 01 К 7/02
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 536.532 (088.8) ()Щ уй
Н. И. Грибок, В. И. Зорий и В. И. Пуцыро -;.- у «т 14 арщ ", ййегр,;:
Львовский арлена Ленина политехнический институа им. Ленинского комсомола (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
Изобретение относится к электротермометрии и может найти широкое применение при построении цифровых измерителей температуры и термо-ЭДС, в комплекте с ниэкочувствительными термопарами.
Известны измерители температуры, содержащие последовательно соединен. ные усилитель, резистор, ключ, селектор, счетчик результата и цифровое отсчетное устройство, причем к другому входу селектора подключен выход генератора тактовых импульсов, к входу которого подсоединен выход устройства автоматической подстройки частоты, а к общей. точке соединения выхода ключа и входа интегратора подключен через второй резистор и второй ключ выход источника опорного напряжения 11).
Однако известные измерители имеют строго линейную функцию преобразования и поэтому непригодны для непосредственного измерения температуры, поскольку градуировочные характеристики термопар нелинейны.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, которое содержит последовательно соединенные термопару, усилитель, резистор, переключатель, интегратор, блок сравнения, селектор, счетчик результата, цифровое отсчетное устройство, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу селектора, а вход соединен с выходом устройства автоматической подстройки частоты а также n: блоков кусочно-линейной аппроксимации, состоящих иэ и источников опорного напряжения, выходы которых через соответствующие резисторы каждого из блоков кусочно-линейной аппроксимации соединены с подвижными контактами переключателей участков аппроксимации, первые не-. подвижные контакты которых соединены между собой и с подвижными контактами переключателей соответствующих блоков аппроксимации, первые неподвижные контакты которых соединены между собой и подключены к входу интегратора, а вторые неподвижные контакты этих переключателей и переключателей участков аппроксимации в каждом из блоков линеаризации связаны с общей шиной, причем выходы блока управления связаны с входами управления селектора, цифрового отсчетно-
30 го устройства и входами управления
970134 всех переключателей, а сигнальный вход блока управления подключен к выходу генератора тактовых импульсов (2) .
Однако в этом устройстве первичные измерительные преобразователи температуры, например термопары, имеют обычно нелинейные градуировочные характеристики, что при повышении точности измерения приводит к необходимости увеличения количества участков аппроксимации, а тем самым к увеличению количества блоков линеаризации и, соответственно, количества резисторов и ключей, подключенных к входу интегратора во втором такте интегрирования. Следовательно, пбявляется дополнительный источник погрешности — обратные токи ключей, которые влияют на значение токов заряда-разряда интегратора, а значит, и на результат измерения. Кроме того, некоторые термопары в определенных обГ. -..тях температур имеют очень низкую чувствительность. Например, термопара медь-константан при 20 К имеет чувствительность приблизительно
5 мкВ/К, а при 10 К ее чувствительность еще ниже и составляет всего
2,5 мкВ/К. Это приводит к тому, что для обеспечения линейного преобразования измеряемой температуры в код необходимо увеличивать значения разрядных резисторов блоков линеариэации
Действительно, значения разрядных резисторов считывают по формуле
ЕО111 й1
R1=
0 напряжения блока линеаризации; R - сопротивление зарядного ре4 зистора интегратора в первом такте интегрирования; К - коэффициент усиления усилителя; Т вЂ” длительность первого такта 1 интегрирования; 5U; — значения термо-ЭДС термопары на i-ом участке аппроксимации; и. — количество импульсов на i-ом 1 участке аппроксимации, соответствующее значению измеряемой температуры на этом участке; f - частота генератора тактовых О импульсов. Для серийного цифрового вольтметра Щ 68000 и термопары медь-константан в диапазоне 10-20 К значение Ry составляет 2,5 МОм. Включение таких больших сопротивлений на входе интегратора приводит к резкому возрастанию погрешности, поскольку их значения становятся соизмеримыми с сопротивлениями утечки. Уменыаить значения разрядных резисторов возможно, например, путем увеличения частоты С генератора тактовых импульсов, однако при этом уменьшается помехоустойчи5 вость измерения, поскольку усложняется осуществление фазовой автоподстройки частоты тактовых импульсов с заданной точностью. Кроме того, при ,измерении температуры низкочувстви-, тельными термопарами, невозможно в одном устройстве совместить две функции: измерение температуры и измерение термо-ЭДС, что особенно важно в термометрии ° ! 5 Цель изобретения — повышение,точности измерения температуры при расширении функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены схема ;@ ИЛИ, второй счетчик результата, делитель частоты, реверсивный счетчик, второе цифровое отсчетное устройство и схема И, один из входов которой соединен с выходом реверсивного счетчика, а два других соединены соответственно с выходом генератора тактовых импульсов и одним из выходов блока управления, выход схемы ИЛИ соединен с входом схемы цифровой линеариэации, выход которой через второй счетчик результата соединен с входом второго цифрового отсчетного устройства, а один иэ входов схемы ИЛИ соединены с выходом селектора и вычитающим входом реверсивного счетчика, другой вход — с выходом схемы И и входом делителя частоты, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика. На чертеже представлена функци40 ональная схема устройства для измерения температуры. Устройство содержит последовательно соединенные первичный измерительный преобразователь 1, усилитель 2, 45 резистор 3, переключатель 4, интегратор 5, блок 6 сравнения, селектор 7, счетчик 8 результата и цифровое отсчетное устройство 9. К общей точке соединения переключателя 4 и ин50 тегратора 5 подключен выход источника 10 опорного напряжения через второй резистор 11 и второй переключатель 12, а к второму входу селектора 7 подключен выход генератора 13 тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом устройства 14 автоматической подстройки частоты. К двум входам схемы И 15 соответственно подключены выход генератора 13 тактовых импульсов и один из выхо60 дов блока 16 управления, а к ее третьему входу подсоединен выход реверсивного счетчика 17, к суммирующему входу которого подключен выход делителя 18 частоты, а к вычитающему входу - вы65 ход селектора 7. Вход делителя 18 970134 (4) 4 = оТк = Е„, 15 где f — частота импульсов генератоо ра 13 тактоных импульсов. В момент окончания интервала Т» 2О импульсы с частотой -f с выхода генератора 13 тактовых импульсов через селектор 7 поступают на счетчик 8 результата и одновременно на вычитающий вход реверсивного счетчика 17 25 и на один иэ входов схемы ИЛИ 19. В тот же момент по сигналу блока 16 управления, поступающего на один из входов схемы И 15, импульсы частотой с выхода генератора 13 тактовых импульсов через схему И 16 поступают ЗО на вход делителя 18 частоты и на второй вход схемы ИЛИ 19. С выхода делителя 18 частоты импульсы частотой f (и-1) (где (n-1) — коэффициент деления частоты делителя 18 частоты) З5 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 17. Эти импульсы будут поступать до момента перехода его через ноль. Таким образом, на суммирующий вход 4© реверсивного счетчика 17 должно поступить количество импульсов N частотой f (n-1), поскольку на вычитающий вход поступило N импульсов частотой Ко,так как н момент окончания 5 интервала Т> по сигналу блока сравнения закрывается селектор 7 и поступление импульсов частотой f на его вычитающий вход прекращается. В момент перехода реверсивного счетчика р 17 через ноль по его выходному сигналу, поступающему на третий вход схемю И, последняя запрещает прохождение,,импульсов с выхода генератора 13 тактовых импульсов на вход делителя 18 частоты, а значит и на второй вход схемы ИЛИ. Таким образом, на один вход схемы ИЛИ 19 поступает N импульсов, а на второй — (n- 1) N импульсов . СледоваЕ тельно, с выхода схемы ИЛИ 19 на вход ® цифровой схемы 20 линеаризации посту-! пает nN< импульсон. Цифровая схема линеариэации может быть построена по любому известному принципу. С выхода цифровой схемы 20 линеариэации на ЙЗ вход второго счетчика 21 результата Ях УТ» р К к р хчастоты связан с выходом схемы И-15 и с одним иэ входов схемы ИЛИ 19, другой вход которой подключен к выхо. ду селектора 7. Выход схемы ИЛИ 19 через схему 20 цифровой линеариэации и второй счетчик 21 результата связан с входом второго цифрового отсчетного устройства 22, причем выходы блока 16 управления соединены с входами упранления переключателей 4 и 12, селектора 7, а также генератора 13 тактовых импульсов. Устройство работает следующим образомм. Выходная термо-ЭДС Ех термопары 1 усиливается усилителем 2 до номинального уровня К Е<(где КУ - коэффициент усиления усилителя 2). На время Т = mT кратное периоду Т напряжек ния сети 50 Гц, блок 16 управления своим сигналом открывает переключатель 4, вследствие чего в интеграторе 5 начинает интегрироваться выходное напряжение К>Е< усилителя 2. К моменту окончания интервала Т» на .выходе интегратора б получаем напряжение "ими к с Р к» " g, ñ (Ц о где B - сопротивление резистора 3; . С - емкость конденсатора интегратора 5. Во втором такте (после окончания интервала Т» ) блок 16 упранления своим сигналом закрывает переключатель 4, тем самым отключая выход усилителя 2 от входа интегратора 5, ключ 12 открывается, подключая к входу интегратора 5 выход источника 10 опорного напряжения, а селектор 7 открывается для прохождения импульсов от генератора 13 тактовых импульсов на вход счетчика 8 результата. При этом происходит разряд интегратора 5 до момента его возвращения н исходное состояние, что фиксируется блоком б сравнения. Во втором такте на выходе интегратора 5 возникает напряжение х т 0 = — ) Е d4 —, (2) е„7„ вых a. c I ac о где R — сопротивление резистора 11; Е - выходное напряжение источника 10 опорного напряжения; T> — интернал времени от момента начала второго такта интегрирования до момента возвращения интегратора 5 в исходное состояние, т.е. до момента, когда выполняется Равенство 138ых» = Uste . Приравнивая выражения (1) и (2), . определяем длительность Т„ второго такта интегрирования где К = -р- - - коэффициент аналогоВ КУ Т цифрового преобразования. В момент окончания интервала Тх срабатывает блок б сравнения и своим выходным сигналом закрывает селектор 7, вследствие чего прохождение импульсон от генератора 13 тактовых импульсов на вход счетчика 8 результата 1О прекращается. Таким образом, н счетчике 8 фикси руется код числа, пропорциональный иэмеРЯемой теРмо-ЭДС Ех теРмопаРы 1 970134 Формула изобретения Составитель Н. Горшкова Редактор A. Огар Техред Т.Фанта Корректор Г. Огар Заказ 8372/48 Тираж 887 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 поступает N> импульсов, количество которых прямо пропорционально измеряемой температуре ц . Результаты измеренйй Е и 6 индицируются соответственно цифровыми отсчетными устройствами 9 и 22. Затем цикл измерения повторяется. Таким образом, эа счет введения дополнительных узлов и связей в предлагаемом устройстве по сравнению с известным повыаается точность измерения температуры и значительно расширяются функциональные возможности, поскольку одновременно можно получать результаты измерения термо-ЭДС и температуры. Цифровой измеритель температуры, содержащий последовательно включенные термойару, усилитель, резистор, ключ интегратор, блок сравнения, t селектор, счетчик результата, цифровое отсчетное устройство, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу селектора, а вход - к выходу устройства автоматической подстройки частоты, а также соединенные последовательно источник опорного напряжения, второй резистор, второй ключ, выход которого пйдключеи к общей точке соединения выхода первого ключа и входа интегратора, блок управления, выходы I которого связаны с управляющими входами ключей, селектора и генератора тактовых импульсов „ а вход соединен с входом блока автоматической подстройки частоты, и цифровую схему 5 линеаризации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены схема ИЛИ, второй счетчик результата, делитель частоты, реверсивный 10 счетчик, второе цифровое отсчетное устройство и схема И, один из входов которой соединен с выходом реверсивного счетчика, а два других соединены соответственно с выходом генера15 тора тактовых импульсов и одним из. выходов блока управления, выход схеьн ИЛИ соединен с входом схемы цифровой линеариэации, выход которой через второй счетчик результата со20 единен с входом второго цифрового отсчетного устройства, а один иэ входов схемы ИЛИ соединен с выходом селектора и вычитающим входом реверсивного счетчика, другой вход— 25 с выходом схемы И и входом делителя частоты, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 347909, кл, G 01 К 7/02, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР! по заявке Р 2787095/18-10, кл. G 01 К 7/02, 1979 (прототип). 
