Багатоканальний інтелектуальний перетворювач для вимірювальних систем

і МПК G01 КІЗ/02 : Багатоканальний інтелектуальний перетворювач для вимірювальних систем. Винахід відноситься до області температурних вимірювань і може бути використаним для контролю температурного поля сипучих продуктів. І Найбільш близьким за технічним рішенням і функціональним складом до запропонованого є багатоканальний інтелектуальний перетворювач для вимірювальних систем, що містить п термоперетворювачів опору (ТПО) та взірцевий резистор, що з'єднані між собою послідовно через струмові провідники, джерело напруги, вихід якого з'єднано з входом перетворювача напруга-струм, перший мультиплексор, аналогові входи якого з'єднані з кожним термоперетворювачем опору та взірцевим резистором, а вихід - з інвертуючим входом масштабуючого підсилювача, вихід якого з'єднано з входом аналогоцифрового перетворювача, цифрові виходи якого з'єднані з блоком керування [А.с.1265494. И.И.Филанец, В.П.Чертов, Н.А.Хлобпетов и В.И.Багурский. БИ №39, 1986]. Однак, пристрій має низьку точність вимірювання при використанні послідовноI з'єднаних між собою ТПО зі спільним агрумовим колом і потенційними відводами [Номенклатурний перелік виробів. Науково-виробниче об'єднання "Термоприлад"], що зумовлено впливом опору струмових провідників між сусідніми ТПО, а також вимагає значних комунікаційних затрат при побудові інформаційних мереж з використанням багатьох багатоканальних інтелектуальних перетворювачів. В основу винаходу поставлено завдання створити багатоканальний інтелектуальний перетворювач для вимірювальних систем, в якому, введення нових елементів та зв'язків дозволило б усунути вплив опору струмових провідників між сусідніми термоперетворювачами опору, а також забезпечити передачу вимірювальної інформації за 1 послідовним інтерфейсом і за рахунок цього досягти високу точність вимірювання температури та зменшити комунікаційні затрати при побудові інформаційних мереж. 1 Поставлене завдання вирішується тим, що в багатоканальний інтелектуальний перетворювач для вимірювальних систем (БІПВС), який містить п термоперетворювачів опору та взірцевий резистор, що з'єднані між собою послідовно через струмові провідники, джерело напруги, вихід якого з'єднано з входом перетворювача напруга-струм, перший мультиплексор, аналогові входи якого з'єднані з кожним термоперетворювачем опору та взірцевим резистором, а вихід - з інвертуючим входом масштабуючого підсилювача, вихід якого з'єднано з входом аналого-цифрового перетворювача, цифрові виходи якого з"єднані з блоком керування, згідно з винаходом, додатково містить другий мультиплексор, перший І та другий ключі, мережний формувач, причому, вихід другого мультиплексора з'єднано з неінвертуючим входом масштабуючого підсилювача, а аналогові входи з'єднано з кожним термоперетворювачем опору та взірцевим резистором, вхід першого ключа з'єднано з струмовим провідником першого з п послідовно-з'єднаних термоперетворювачів опору в місці його з'єднання з взірцевим резистором, а вхід другого ключа - з струмовим провідником першого термоперетворювача опору в місці його з'єднання з першим термоперетворювачем опору, виходи першого і другого ключів з'єднано з виходами першого і другого мультиплексорів відповідно, входи керування першого і другого ключів та першого і другого мультиплексорів з'єднано з блоком керування, два входи та один вихід мережного формувача з'єднано з блоком керування, а один вхід та один вихід мережного формувача під'єднано до інформаційної мережі. і Введення нових елементів та зв'язків між ними дозволило усунути вплив опору струмових провідників між сусідніми термоперетворювачами опору, а також забезпечити передачу вимірювальної інформації за послідовним інтерфейсом і за рахунок цього досягти високу точність вимірювання температури та зменшити комунікаційні затрати при по будов і інформац ійни х мереж з в ико ристанням багатьо х багатоканаль ни х інтелектуальних перетворювачів. На фігурі зображено БІПВС, де: 1 - блок первинних перетворювачів (БПП); 2 - блок електроніки (БЕ); 3.1...З.п - п послідовно-з'єднаних між собою ТПО; 4.1...4.П - струмові провідники кожного з п послідовно-з'єднаних між собою ТПО; 5 - джерело напруги; 6 перетворювач напруга-струм; 7 - взірцевий резистор; 8, 9 - перший та другий ключі відповідно; 10, 11 - перший та другий мультиплексори відповідно; 12 - масштабуючий -зпідсилювач; 13 -аналого-цифровий перетворювач; 14 - блок керування; 15 - мережний формувач. Функціонально пристрій поділяється на блок первинних перетворювачів БПП 1 і блок електроніки БЕ 2. БПП 1 являє собою п вмонтованих в армований кабель термоперетворювачів опору 3.1...З.п, з'єднаних між собою послідовно з допомогою струмових провідників 4.1...4.П. БЕ 2 містить джерело напруги 5, вихід якого з'єднано з перетворювачем напруга-струм 6, що під'єднаний до послідовно-з'єднаних через струмові провідники 4 взірцевого опору 7 та п ТПО 3. Аналоговий вхід першого ключа 8 з'єднано з першим аналоговим входом другого мультиплексора 11 і верхнім кінцем струмового провідника 4.1, аналоговий вхід другого ключа 9 з'єднано з другим аналоговим входом першого мультиплексора 10 і нижнім кінцем струмового провідника 4.1, перший аналоговий вхід першого мультиплексора 10 з'єднано з верхнім виводом взірцевого резистора 7. Верхній вивід кожного і-го ТПО (З.і) з'єднано з кожним (і+1)-им аналоговим входом першого мультиплексора 10 та з кожним і-им аналоговим входом другого мультиплексора 11, (п+1)-ий аналоговий вхід другого мультиплексора 11 з'єднано з нижнім виводом ТПО З.п. Вихід першого ключа 8 з'єднано з виходом першого мультиплексора 10 та з інвертуючим входом масштабуючого підсилювача 12, вихід другого ключа 9 з'єднано з виходом другого мультиплексора 11 та з неінвертуючим входом масштабуючого підсилювача 12. Вихід масштабуючого підсилювача 12 з'єднано з входом аналогоцифрового перетворювача 13, цифрові виходи якого з'єднано з блоком керування 14. Входи керування першого 8 і другого 9 ключів та першого 10 і другого 11 мультиплексорів з'єднано з блоком керування 14. Два входи та один вихід мережного формувача 15 з'єднано з блоком керування 14, а один вхід та один вихід мережного формувача 15 під'єднано до інформаційної мережі. Блок керування 14 містить оперативний запам'ятовуючий пристрій, постійний запам'ятовуючий пристрій, арифметично-логічний пристрій, послідовний та паралельний порти, що забезпечують послідовний обмін інформацією з мережним формувачем 15, паралельну видачу сигналів керування на перший 8 і другий 9 ключі та перший 10 і другий -k 11 мультиплексори, а також паралельний відбір інформациї від аналого-цифрового перетворювача 13. БІПВС працює так: в режимі очікування вихід мережного формувача 15 є відключеним від інформаційної мережі (на його вході керування утримується логічний нуль). Якщо ідентифікаційна адреса БІПВС, що поступила на послідовний вхід блока керування 14 з інформаційної мережі через мережний формувач 15, співпадає з його власною, то блок керування 14 подає на входи керування першого 8 та другого 9 ключів сигнал логічної одиниці і на вхід масштабуючого підсилювача 12 поступає спадок напруги на струмовому провіднику 4.1, спричинений його опором та вихідним струмом перетворювача напруга-струм 6 через послідовне коло БПП 1 та взірцевий резистор 7. Підсилену вхідну напругу масштабуючого підсилювача 12 з його виходу подають на вхід аналого-цифрового перетворювача 13, де її перетворюють у відповідний цифровий код, який заносять у відповідну комірку оперативного запам'ятовуючого пристрою блока керування 14. Після цього, утримуючи логічну одиницю на керуючому вході першого ключа 8, блок керування 14 подає на вхід другого ключа 9 логічний нуль, а на входи керування другого мультиплексора 11 - адресу першого каналу, і, аналогічно до описаної вище процедури аналого-цифрового перетворення, заносить у відповідну комірку оперативного запам'ятовуючого пристрою блока керування 14 код, що відповідає адитивному зміщенню вимірювального тракту. Далі блок керування 14 генерує послідовно І адреси кожного з каналів першого 10 і другого 11 мультиплексорів, що забезпечує занесення у відповідні комірки оперативного запам'ятовуючого пристрою блока керування 14 результатів аналого-цифрового перетворення спадків напруг на взірцевому резисторі 7, на ТПО 3-і, послідовно-з'єднаних з відповідними струмовими провідниками 4.(і+1), та на ТПО З.п. На основі отриманих результатів аналого-цифрового перетворення спадку напруги на взірцевому резисторі 7 та адитивного зміщення тракту вимірювання в блоці керування 14 виконується алгоритм корекції функції перетворення. Дійсне значення опору ТПО, а отже і відповідної температури, знаходять враховуючи, що опори струмових провідників (4.1...4.П) рівні між собою і відповідають виміряному значенню опору 4.1. ТПО З.п. На основі отриманих результатів аналого-цифрового перетворення спадку напруги на взірцевому резисторі 7 та адитивного зміщення тракту вимірювання в блоці керування 14 виконується алгоритм корекції функції перетворення. Дійсне значення опору ТПО, а отже і відповідної температури, знаходять враховуючи, що опори струмових провідників (4.1...4.П) рівні між собою і відповідають виміряному значенню опору 4.1. Після завершення циклу перетворення блок керування 14 переводить мережний формувач 15 в режим передачі, подавши на його керуючий вхід логічну одиницю, і передає отримані значення температури в інформаційну мережу. Після завершення передачі блок керування 14 переводить мережний формувач 15 в режим очікування. І Вказана конструкція БПП експлуатується в складі імпульсного термоперетворювача ТОМІ-0591 системи контролю температури зернопродуктів «Рось-1» [Номенклатурний перелік виробів. Науково-виробниче об'єднання "Термоприлад"] і має очевидну перевагу: мінімальну кількість під'єднувальних провідників. Однак, при великих довжинах кабеля БПП (експлуатуються до 40 м) відстань між сусідніми ТПО може сягати 5 м і більше, що, в свою чергу, зумовлює значний вплив опору струмових провідників 4.j на результат перетворення. Так, при діаметрі струмового дроту І,0 мм, значення опору струмових провідників 4.j складає близько 0,1 Ом. Враховуючи, що використовувані чутливі елементи типу Си50, абсолютна похибка вимірювання температури, зумовлена опором струмових провідників 4.j, складатиме більше 0,5°С. Заявники: Державний університет "Львів, Проректор по науково-дослід Акціонерне товариство закритого наукововиробниче об'єднання "Термоприлад" Перший заступник генерального директора Багатоканальний інтелектуальний перетворювач для вимірювальних систем 10 14 4. 12 1 15 13 -V 3.1 4.2 3.2 11 4.3 4.n З.п Автори: Атаманчук Б.М, Лах В.І. Озгович А.І. Питель І.Д. Стадник Б.І. Яковенко СІ.