Цифровой измеритель температуры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Соцналистичесмии

Реслублнк рн974146.(61) Дополнительное к авт. свид-еу(22) Заявлено 26.03.81 (21) 3268632/18-10 (51) М. Кл.з с присоединением заявки №

G 01 К 7/ 0

Государственным комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 1511.82 Бюллетень ¹ 42 (5З) УДК 536. 532 (088.8j

Дата опубликования описания 151182

Г (72) Авторы изобретения

Н.М.Лицын, Л.А.Пермяков, В.П.Денисов и С.И.Чванов

Пермский политехнический институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к электро,измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для измерения температуры с нелиней-, ной выходной характеристикой первичного преобразователя, например платинового термометра сопротивления.

Известно устройство, содержащее датчик температуры, подключенный к аналого-цифровому преобразователю, генератор импульсов, счетчик импульсов, цифровой индикатор, подкюпоченный к счетчику импульсов, формирователь временных интервалов, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй — к генератору импульсов, второй счетчик импульсов, управляющий вхбд которого подключен к выходу формирователя временных интервалов, а счетный вход соединен с генератором импульсов и схемой сравнения, входы которой подключены к выходам счетчиков импульсов, а выход - к установочному входу второго счетчика.и .счетному входу первого счетчика 1).

Точность линеариэацни этого измерителя температуры недостаточна, так как она определяется величиной дискретности преобразования, то есть 30 частотой генератора импульсов и емкостью счетчиков, а практическая величина дискретности преобразования ограничена быстродеиствием дискретных интегральных схем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату К предлагаемому является цифровой термометр, содержащий мост с термозависимым сопротивлением в одном из его плеч, усилитель раэбаланса моста, время«импульсный преобразователь, генератор счетных и тактовых импуль-сов., двоично-десятичный счетчик импульсов, цифровой делитель напряжения, включенный в плечи моста, двоично-десятичный счетчик индикации, триггер знака, блок управления, состоящий иэ триггера, двух элементов совпадения и элемента ИЛИ, двоичнодесятичныи регистр. В устройстве 3col4 пенсируется погрешность, обусловлен ная применением неуравновешенного моста, эа счет создания уравновешивающего моста сигнала обратной свя» эи (2).

Однако иэвестное устройство при применении первичных преобразователей с нелинейной характеристикой, например платинового термометра сопротив»

974146 4 ления, измеряет температуру с большой погрешностью, так как оно не линеаризует нелинейность выходной характеристики первичного преобразователя.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры. 5

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий мост с термозависимым сопротивлением в одном из

его плеч, усилитель разбаланса моста, вход которого соединен с изме- . рительной диагональю моста, время-импульсный преобразователь, двоичнодесятичный счетчик импульсов, цифровой делнтель напряжения, включенный в плечи моста, генератор импульсов, один вход которого соединен с первым входом время-импульсного преобразователя, второй его выход соединен с вторым входом двоично-десятичного счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом время-импульсного преобразователя, двоичнодесятичный счетчик индикации, триггер знака, блок управления, состоящий из триггера, двух элементов совпадения и элемента ИЛИ, двоично-десятичный регистр, выходы разрядов которого со единены с ключами цифрового делителя напряжения, а входы разрядов регистра соединены с выходами разрядов 30 счетчика импульсов, причем первые входы элементов совпадения соединены с выходами триггера блока управления, вторые их входы соединены с выходом генератора импульсов, третьи входы, 33 соединены с выходом время-импульсного преобразователя, а выходы элементов совпадения соединены с входом .элемента ИЛИ и с входами триггера знака, выход элемента ИЛИ соединен с 4п входом двоично-десятичного счетчика индикации, введены источник опорного напряжения, два интегратора, инвертор, сумматор, элемент сравнения, усилитель-формирователь, два асинхронно- 45 .управляемых ключа, вход одного из них соединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа — с выходом инвертора, а управляющие. входы ключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления, два синхронно-управляемых ключа, первые входы которых соединены с выходами интеграторов, вторые входы — с нуле. вой шиной, причем выход источника опорного напряжения соединен с входом первого интегратора и с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, третии вход сумматора соединен с выходами асинхронно-управляемых 60 ключей, а его выход соединен с одним из входов элемента сравнения, другой вход которого соединен с выходом усилителя раэбаланса, а выход элемента сравнения соединен с-управляющими входами асинхронно-управляемых ключей и с входом усилителя-формирователя, выход которого соединен с одним из входов время-импульсного преобразователя интегратора, причем вход первого интегратора соединен с .выходом источника опорного напряжения, а вход второго интегратора соединен с выходом первого интегратора, инвертор, вход которого соединен с выходом первого интегратора, два асинхронно-управляемых ключа, причем .вход первого ключа соединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа соединен с выходом инвертора, а управляющие входы ключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления, сумматор, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй — с выходом второго интегратора, а третий вход соединен с объединенными выходами асинхронных ключей, два синхронно-управляемых ключа, первые входы которых соединены с выходами интеграторов, вторые - с нулевой шиной, элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом усилителя разбаланса, второй вход соединен с выходом сумматора, а выход соединен с управляющими входами син хронных ключей и усилитель-формирователь, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выход соединен со вторым входом время-импульсного преобразователя.

На .чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя температуры.

Устройство содержит измерительный мост 1 с термозависимым сопротивлением в одном иэ плеч, усилитель разбаланса 2, источник опорного напряжения 3, интеграторы 4 и 5, синхронно-управляемые ключи 6 и 7, инвертор 8, асинхронно-управляете ключи 9 и 10, сумматор 11, элемент сравнения 12,.усилитель-формирователь 13, время-импульсный преобразователь 14, генератор счетных и тактовых импульсов 15, двоично-десятичный счетчик импульсов 16, двоично-десятичный регистр 17, цифровой делитель напряжения 18, двоично-десятичный счетчик индикации 19 с регистром и дешифрато ром, триггер знака 20, блок управления, состоящий as триггера 21, элементов совпадения 22 и 23 и элемента ИЛИ 24.

Устройство работает следукщим об(разом.

Температура, подлежащая измерению, воздействует на термометрическое сопротивление моста 1, величина сопротивления которого в, зависимости от температуры изменяется по закону

R R (1+At-8t ), где Вв - значение сопротивления температура при О С 9 741 46

A и В - постоянные коэффициенты; воителя разбаланса 2, которое зависит а

Ф

- температура, С. от измеряемой температуры по эаконуг

Измерение температуры происходит. следующим образом. 0 0 (1+Ай-Bt )

Пропорционально R изменяется наS пряжение 0 на выходе усилителя раз- где t — значение измеряемой темпебаланса 2. Напряжение U, равное вы- ат ходному напряжению усилителя раэбаА и В - постоянные коэффициенты. ланcà 2 при О С, поступает с выхода При достижении напряжения 0 (C3 ) источника опорного напряжения 3 на . уровня Ug, то есть когда

Х вход интегратора 4, выходное напря- !О жение которого поступает на вход вто- 0. 11,„А -Bt ) 0 (1+ а -Ь- ), рого интегратора 5. В начале цикла измерения синхронно-управляемые клю- элемент сРавнениЯ 12 вырабатывает чи. 6 и 7, коммутирующие выходные на- сигнал, который открывает ключи 6 и:. пряжения интеграторов 4 и 5 на нуле- 15 7, закорачивая выходные напряжения вую шину, закрываются. Ключ 9 асин- интеграторов 4 и 5 с нулевой шиной, хронно-управляемой пары ключей 9 и после чего уровень напряжения выходзакрыт, а ключ 10, на вход которо- ного сигнала элемента сравнения 12 го поступает напряжение интегратора 4 изменЯетсЯ, ключи 6 и 7 закРываютсЯ через инвертор 8, открыт. и начинается новый цикл интегрироваВыходное напряжение интегратора 4 ни" ° изменяется по закону: Таким образом, на выходе элементов сравнения 12 получается импульс

0 (С)=0 ат, напряжения, продолжительность которого пропорциональна измеряемой темпегде а — постоянный коэффициент, про- РатУре порциональный А, Импульсы с выхода элемента сравФ вЂ” время интегрирования. нения формируются усилителем-формироПри этом напряжение на выходе вто- вателем.13 и с помощью время-импульсрого интегратора изменяется по. эако- ного преобразователя 14 и генератора ну: 1 5 преобразуются в последов ательность импульсов, подсчитыв,аеьых счетчи0 (С)=0 Ь С, ком 16.

2.

Уравновешивание моста и изменение где Ь вЂ” постоянный коэффициент, про- компенсации входного сигнала проиэвопорциональный В. 35 дится на основе принципа развертываВыходные напряжения интеграторов ния. В конце такта

У

4 и 5 и напряжение с выхода источника товыми импульсами генерато а 1Ь опорного напряжения 3 поступает на формация из счетчика 16 пе еписывается в регистр 17, после чего четчик фор чика 16 переписывает4О 16 сбрасывается. Информация в аз янапряжение интегратора 4 поступает Р Р с я дах регистра 17 не сбрасывается в . на вход сумматора 11, инвертированслучае подтверждения, пришедшего в ное через открытый ключ 10 и инвер- следующем такте из счетчика 16. Цифтор 8. Суммируя выходные напряжения ровой код, хранящийся в разрядах реинтеграторов 4 и 5 и напряжение на 4с гистра 17, управляет ключами делитевыходе сумматора 11, получаем напря- ля 18, создавая уравновешивающий сигжение, изменяющееся по законуг нал обратной связи в мосте 1. Когда мост 1 уравновешен, информация, хра () 0„ 0 а р Ь вЂ” о ° 1 Ь . иящаяся в регистре 17, соответствует величине измеряемой температуры.

Бсли измеряемая температура положительна, то при достижении 0 (t) иана положительные и отрицательные, пряжения 0 ключ 9 открывается, а сигнал с время-импульсного преобразок юч 10 закРываетсЯ, и на вход СУмм - ват ля 14 подается на э н 22 подается на элемент 22 и .тора 11 поступает неинвертированное в противофазе на элемент 23. На втовыходиое напрЯжение и тегРатоР 4. эз лиепе входы элементов 22 23

В этом случае на выходе сумматора ляющие входы асинхронных ключей 9 и

11 получаем напряжение, изменяющееся 10 подается прямой и инверсный импо закону: пульс признака знака температуры, 2. а который формируется на триггере 21 с

U (Ф) Uä+0 ае-0 Ьт; «О (1ф аВ -bT ) . помощью тактовых импульсов от гене;ратора 15. Длительность импульса приВыходное напряжение сумматора 11 знака знака определяется диапазоном поступает на первый вход элемента отрицательных температур. Передние сравнения 12, на второй вход которого 1фронты импульсов время-импульсного .поступает напряжение Uy с выхода уси-.43 преобразователя 14 и признака знака

974146 совпадают. На элементы 22 и 23 пода-. ются также счетные импульсы с гене- . ратора 15. В случае отрицательных температур на выходе элемента 22 появляется серия импульсов, длительность которой соответствует эначе- 5 нию отрицательной температуры. В случае положительных температур серия импульсов появляется на выходе элемента 23 с длительностью, пропорциональной значению положительной температуры, Эти серии импульсов через элемент 24 поступают на двоично-десятичный счетчик индикации 19 и подсчитываются. Информация о знаке температуры поступает с триггера знака 20, на первый вход которого подаются серии импульсов с элемента 22, а второй - с элемента 23.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения температуры при использовании первичных преобразователей с нелинейной выходной характеристикой, например платинового термометра сопротивления, что значительно расширяет воэможности использования устройства в широком диапазоне измеряемых температур.

Формула изобретения

Цифровой измеритель температуры, содержащий измерительный мост с терMosBBHcHMHM сопротивлением в одном из его плеч, усилитель разбаланса моста,35 вход которого соединен с измерительной диагональю моста, время-импульсный преобразователь, двоично-десятич ный счетчик импульсов, цифровой делитель напряжения, включенный в плечи 4О моСта, генератор импульсов, один выход которого соединен с первым входом время-импульсного преобразователя, второй его выход соединен с вторым входом двоично-десятичного счет- 4 чика импульсов, первый вход которого соединен с выходом время-импульсного преобразователя, двоично-десятичный счетчик индикации, триггер знака, блок управления, состоящий из триггера, двух элементов совпадения и элемента ИЛИ, двоично-десятичный регистр, выходы разрядов которого соединены с ключами цифрового делителя напряжения, а входы.разрядов регистра соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, причем первые входы элементов совпадения соединены с выходами триггера блока управления, вторые их входы соединены с выходом генератора импульсов, третьи входы соединены с выходом время-импульсного преобразователя, а. выходы элементов совпадения соединены с входом элемента HJIH и с входами триггера знака, выход элемента ИЛИ соединен с входом двоично-десятичного счетчика индикации, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены источник опорного напряжения, два интегратора, инвертор, сумматор, элемент сравнения, усилитель-формирователь, два:асинхронноуправляемых ключа, вход одного из них соединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа - с выходом инвертора, а управляющие входы

1 ключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления, два синхронно-управляемых ключа, первые входы которых соединены с вйходами интеграторов, вторые входы — с нулевой шиной, причем выход источни,ка опорного напряжения соединен с входом первого интегратора и с первым .входом сумматора, второй, вход которого соединен с выходом второго интегратора, третий вход сумматора соедиЗ нен с выходами асинхронно-управляемых ключей, а его выход соединен с одним из входов элемента сравнения, другой вход которого соединен с выходом усилителя разбаланса, а выход элемента сравнения соединен с управляющими входами синхронно-управляеьых ключей и с входом усилителя-формирователя, выход которого соединен с одним из входов время-импульсного преобразов ателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 559131, кл. G 01 К 7/16, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 662871, кл. G 01 К 7/20, 1972 (прототип);

974146

Составитель Н.Горшкова

Редактор А.Гулька Техред A.Лч Корректор С.Шекмар

Заказ 8680/56 Тирам 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4