Цифровий вимірювач температури

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН (51)5 G 01 К 7/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОБІ С! (21) 4463413/24-10 г. :. - * : -:.-•• (46) 3 0 . 0 4 . 9 0 . Біол. І* 16 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Мукачевский приборостроительный завод "Мукачевприбор" (72) В.Б. Здеб, Р.Н. Огирко, B.AD Яцук, Е.ИО Шморгун, Я.М. Бо: рисюк и КоИ. Сливка . (53) 536.532 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1130748, кл. G 01 К 7/12, 1983. Авторское свидетельство СССР № 1242725, кл. G 01 К 7/02, 1984. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить надежность цифрового изме рителя0 На входы преобразователя напряжения в интервал времени (ПНИБ) 5 поступают напряжения с выходов источника 7 напряжения смещения, источника 6 образцового напряжения, компенсационного устройства 4 и усилителя 3, на вход которого поступает через переключатель 2 полярности сигнал с термоэлектрического преобразователя (ТП) 1 0 ПНИВ 5 совместно с генератором 9 опорной частоты, селекторами 11, 12, блоком 8 управления и реверсивным счетчиком 10 осуществляет преобразование поступающих напряжений в чнслоимпульсный код, пропорциональный температуре ТП 1, который ' поступает через функциональный преобразователь 14 в отсчетное устройство 15. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 15 I і J 5 W /\ 4 ^d 13 1560987 Изобретение относится к технике температурных измерений и может быть использовано при построении простых щитовых цифровых измерителей темпег ратуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения - повышение надежности цифрового измерителя температурь^ 1 0 На фиг„1 приведена структурная Схема цифрового измерителя температуры; на фиг.2 - схема преобразователя напряжения в интервал времени, на фиг.З - схема компенсационного 15 устройства; на фиг.4 - схема блока управления и его подключение к цифровой части прибора, на фиг.З - блоксхема функционального преобразователя о 20 Цифровой измеритель температуры содержит термоэлектрический преобразователь (ТП) 1, переключатель 2 полярности (ПИ), усилитель 3, компенсационное устройство (КУ) 4, преоб25 разователь 5 напряжения во временной интервал (ПНВ), источник Ь образцового напряжения (ИОН), источник 7 напряжения смещения (ИНС), блок 8 управления (БУ), генератор 9 опорной зд частоты (ГОЧ), реверсивный счетчик (РСч) 10, первый 11 и второй 12 с е лекторы, блок 13 индикации полярности, функциональный преобразователь 14 и цифровое отсчетное устройст35 во 15. ПНВ 5 содержит коммутатор 16, повторитель 17 напряжения, интегрируюіще резистор 18 и конденсатор 19, усилитель 20 интегратора и нуль-ор40 ган 21„ Первый и второй входы П Е 5 Н через первый и второй ключи коммутатора 16 подсоединены к входу повторителя 17 напряжения, неинвертирующий вход усилителя 20 интегратора дс соединен с инвертирующим входом нульоргана 21 и служит третьим входом ПНВ 5 о Выход нуль-органа 21 через третий ключ коммутатора 16 подсоединен к входу повторителя 17 напря50 жения и служит выходом П В 5. УпН равляющий вход коммутатора 16 я в ляется управляющим входом П В 5. Н К 4 содержит переключатель 22, У выход которого подсоединен к неинвер55 тирующему входу усилителя 23. Инвертирующий вход усилителя 23 подключен к точке соединения эмиттера первого транзистора 24 и образцового резистора 25, второй вывод которого подключен к общей шине устройства. Каза транзистора 24 соединена с выходом усилителя 23, а коллектор транзистора 24 через первый нестабилизированный источник 26 напряжения подключен к первой вершине диагонали питания моста компенсации, вторая вершина этой диагонали соединена с эмиттером транзистора 27. База транзистора 27 подсоединена к выходу усилителя 28, а коллектор через второй нестабилизнрованный источник 29 напряжения - к четвертому входу КУ 4. Инвертирующий вход усилителя 28 подключен к первой вершине выходной диагонали моста, неинвертирующий вход усилителя 28 соединен с общей шиной устройствао Вторая вершина выходной диагонали моста служит выходом КУ 4. В одной паре противоположных плеч моста расположены термочувствительные резисторы 30 и 31 с линейной зависимостью сопротивления от температуры, а в другой паре плеч - термонезависимые резисторы 32 и 33. Это дает возможность с помощью КУ 4 моделировать термо-ЭДС ТП в области изменения температур их свободных концов. Сопротивление одного из термодезависимых резисторов должно быть в п. раз больше, а другого - в п раз меньше сопротивления термочувствительных резисторов при температуре О С. При этом величину п определяют из уравнения li. 2 n +2.n(1+*it.,) (2+oftf)(Wti) h. it - Ь-2 + dti 12 t 2 2 + dtt + 1=0, где температурный коэффициент сопротивления термочувствительных резисторов; значения температур свободного спая ТП в пределах диапазона их изменения І значения ЭДС ТП стандартной градуировки при температурах Ц и tt соответственно . 1560У87 БУ 8 содержит делитель 34 частоты, кольцевой счетчик 35, элементы ИЛИ 36-39, RS-триггеры 40-45, D-триггер 4b, импульсные трансформаторы 47-50, элементы И 51-54 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 55. Первый селектор 11 выполнен на элементах И 56 и 57. Функциональный преобразователь 14 содержит двоичный умножитель 56 частоты, счетчик 57 длины-участка аппроксимации, формирователь 58 импульсов, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 59 и счетчик 60 числа участков аппроксимации. Цифровой измеритель температуры работает следующим образом. Перед измерением рабочий спай ТН 1 помещают в среду, температуру которой необходимо измерить,а в месте подключения свободных концов ТП располагают термочувствительные резисторы 30 и 31. Цикл измерения состоит из двух циклов преобразования, каждый из которых состоит из трех тактов. Б конце предыдущего цикла измерения ФЇЇ 14 и ЦОУ 15 обнуляются (устанавливаются в исходное состояние). В каждом цикле преобразования входное напряжение по методу двухтактного интегрирования преобразуется в числоимпульсный код. Результат измерения определяется по методу коммутационного инвертирования как разность двух результатов двухтактных преобразований, проведенных при противоположных полярностях входного напряжения . Каждый цикл преобразования состоит из трех тактов. В первом такте происходит установка начального уровня напряжения на интегрирующем конденсаторе 19. Это осуществляется при разомкнутых первом и втором и замкнутом третьем ключах коммутатора 16. При этом на конденсаторе 19 запоминается напряжение смещения U H 0 НО 21, Во втором такте происходит заряд конденсатора 19 входным напряжением усилителя 3, В цикле коррекции выходное напряжение усилителя 3 где К уС 1в - коэффициент усиления усилителя 3 j - термо-ЭДС ТП; - эквивалентное напряжение смещения, приведенное к входу прибора-, - эквивалентное напряжение смещения КУ 4. При этом 1 , 1 + 1/K-, 23/ R, 10 где 15 R,. + R a3,2 + R33 3T L V R ,- сопротивления резисторов 30-33j U c - напряжение сдвига * (блок 7 ) ; , - сопротивление токоза1Л ** ос даннцего резистора ^JJ 20 - эквивалентное напряжение смещения и коэффициент передачи усилителя 23 І » я - коэффициент усиления 25 ^ -- г. , • транзистора 24$ ^ - эквивалентное напряжег ние смещения усилителя 28. К концу второго такта выходное •зг, напряжение интегратора 35 где - = R „С С 13 40 45 50 постоянная времени интегрирующей цепи; - соответственно сопротивление и емкость резистора 18 и конденсатора 19,1 е - эквивалентные нап и » пряжения смещения повторителя 17 и усилителя интегратора 20' Т - время заряда конденсатора 19. В третьем такте происходит разряд конденсатора 19 до значения напряжения U h 0 + U C o- В этот момент ПНВ 5 переводится в такт установки начального уровня. От начала третьего такта до момента срабатывания НО 21 на протяжении отрезка времени t v БУ 8 разрешает прохождение импульсов ГОЧ І частотой f 0 через селектор 11 на вычитающий вход РСч 10о 1560987 8 кзж " к; "^ Д 0 н учас і K i аппроксимации t ус tv = и длительность N p , каждоги участка. - е Код NK l устанавочивает коэффициент где Ё о - напряжение ИОН 6. преобразования умножителя 56 частоты, В цикле измерения в код преобраа код N o i устанавливает в счетчике зуется выходное напряжение усилите5 7 длительность участка. Числоимля 3 U*. = K w ( e Q + Л й + дk + U K ) , пульсный код N^ поступает на умножиk тель 5b, где делится на коэффициент где U к = R M F^ . С выхода умножителя импульсы 10 поступают в ЦСУ 15 и на счегчнк 57. При переходе счетчика 57 через нуль Напряжение U v c преобразуется в на его выходе формируется импульс, интервал времени который приводит к увеличению на единицу содержимого счетчика 60, т.е. и U 15 изменению адреса выборки ПЗУ. На t = - е„ - є выходах ПЗУ 59 устанавливаются следующие значения N K i 4 ) и N O t M По задС началом третьего такта цикла нему фронту импульса, приходящего в измерения НУ 8 разрешает импульсам счетчик 57, формирователь 58 формиГОЧ 9 проходить через селектор 11 рует импульс разрешения предварина суммирующий вход РСч 10, В момент тельной записи, по которому в счетперехода РСч 10 через нуль по его чик 57 записывается код N -+ . При "выходному сигналу БУ 8 прекращает установке ФП 14 в исходное состояние подачу импульсов ГОЧ 9 на селектор счетчик 60 сбрасывается в нуль, а в 11 и разрешает их прохождение через счетчике 57 записывается код N длиселектор 12 на ФП 1-4. Таким образом тельности первого участка аппроксипроисходит вычитание в реальном мации. Алгоритмы аппроксимации для масштабе времени из длительности интемператур выше и ниже О С устанавтервала t. длительности интервала ливаются путем выборки соответстt х и Формирование интервала времени 30 вующих областей ПЗУ подачей на старt х = ty- tx, пропорционального реший разряд адреса 0 при п х >0°с и 1 зультату измерения. По моменту сраnpw ( (ед) , где F — коэффициент преобразования ФП 14, 55 ьо упростить реализацию КУ 4 по і і Аппроксимация производится по прогсравнению с прототипом без ухудшения рамме, записанной в ПЗУ 59. В ПЗУ 59 метрологических характеристик прибозаписаны коэффициент преобразования ра в целом. Для уменьшения влияния И к ч -— і • и •• г-—і • .—т — і • і . 1 ~ ..^..i . I 10 1560У87 на результат измеречия коэффициента герл 46 угтян явят* лот с я нулевой уроусиления / транзистора 24 он может 3 вень, а при П^