Цифровой измеритель температуры Советский патент 1984 года по МПК G01K7/02 

Йзобретен1 е относится к электротермометрии и может быть использовано при построении помехозащищенны цифровьсс измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлект рическими преобразователями. Известно устройство для измерения температуры, содержащее трехэлектродную термопару, два одноименных термоэлектрода которой подключены к первичной обмотке трансформатора, а вторичная обмотка соединена последовательно с термопарой и входом вто ричного прибора Cl3. Основным недостатком устройства является низкая помехоустойчивость при действии несимметричных и импульсных помех. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преоб разователь, высокоомный термоэлектро которого через первый ключ, а низко омный термоэлектрод через эталонный резистор, второй ключ и источник на пряжения смещения подключены к вход Преобразователя напряжения в интервал времени, управляющие входы кото рого соединены с выходом генератора опорной частоты, синхронизированног с частотой сети, и входами двух селекторов, а выход подключен к бло ку управления, управляющие выходы которого соединены с блоком индикации полярности, с управляющими вход ми селекторов, ключей и схемы линеа ризации, соединенной с цифровым отсчетным устройством, реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходом второго селектора, а выход подключен к блоку.управления, а также дополнительный термоэлектрический преобразователь, подключен ный к преобразователю напряжения в интервал времени и источнику напряжения смещения 23. Однако известное устройство не обеспечивает высокую точность измерения температуры в присутствии несимметричных электромагнитных и импульсных помех, поскольку полная компенсация помех возможна только в том случае, если термоэлектрические преобразователи будут идентичны между собой с высокой степенью точности, что фактически невозможно. Кроме того, в устростве на результа измерения оказывает влияние несимметрия токов утечки входных ключей преобразователя напряжение - интервал времени. Цель изобретения - повьшение точности измерения, путем устранения влияния несимметрии напряжения помехи и токов утечки входных ключей на результат измерения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преобразователь, высокоомный термоэлектрод которого через первый- ключ, а низкоомный термоэлектрод через эталонный резистор, второй ключ и источник напряжения смещения подключены к входу преобразователя напряжения в интервал времени, управляющие входы которого соединены с выходом генератора опорной частоты, синхронизированного с частотой сети, и выходами двух селекторов, а выход подключен к блоку управления, управляющие выходы которого соединены с блоком индикации полярности, с управляющими входами селекторов, ключей и схемы линеаризации, соединенной с цифровым отсчетным устройством, реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходом второго селектора, а вькод подключен к блоку ,управления, введень1 два дополнительных ключа и триггер, вход которого соединен с выходом первого селектора, а выход подключен к входу схемы линеаризации, при этом управляющие входы дополнительных ключей соединены с блоком управления, а входы первого и второго ключей - через дополнительные ключи с выходами второго и.первого ключей соответственно. На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя температуры. Цифровой измеритель температуры содержит термоэлектрический преобразователь 1, первый ключ 2, второй ключ 3, третий ключ 4, четвертый ключ 5, источник 6 напряжения смещения, преобразователь 7 напряжения в интервал времени, генератор опорной частоты, блок 9 управления, первый to и второй 11 селекторы, реверсивиый счетчик 12, триггер 13, схему 14 линеаризации, цифровое отсчетное устройство 15, блок 16 индикации полярности и образцовый резистор 17. Ключи 2-5 должны иметь

311

одинаковые параметры. Для их реализации удобнее всего использовать интегральную микросхему, содержащую несколько идентичных ключей4 Величина TQ образцового резистора 17 выбирается такой, чтобы удовлетворялось условие,

i . (1) где Гц- значения сопротивлений

высокоомного и низкоомного термоэлектродов термоэлектрического преобразователя 1 .

Цифровой измеритель температуры работает в два цикла следующим образом.

В исходном состоянии реверсивный счетчик 1.2 установлен в нулевое состояние. В первом такте первого цикла измерения по команде со схемы 9 управления второй ключ 3 и четвертый ключ 5 замыкаются, а первый 2 и третий 4 размыкаются, что соответствует подключению к входу преобразователя напряжения в интервал времени 7 отрицательной полярности термоЭДС (Ejj,) термоэлектрического преобразователя 1. При этом происходит измерение алгебраической суммы напряжений: термо- ЭДС (-Е )f) , источника напряжения смещения Uj-j, напряжения эквивалентной помехи и„, действующей во входной цепи измерителя температуры, напряжения аq дрейфа преобразователя 7 и результирующего падения напряжения sy от токов утечки ключей 2 - 5 и преобразователя 7 на сопротивлениях элементов входной цепи устройства.

На протяжении времени Т, пропорционального и, (-E,+Uc +Um+/jq+jy),j, во втором такте первого цикла измерения, выход генератора опорной частоты через второй селектор 11 подключен к суммирующему входу реверсии ного счетчика 12, в результате чего в нем записывается количество импульсов

.

где f - частота следования импульсов генератора 8 опорной частоты;

К - коэффициент аналого-цифрового преобразования; д q - аддитивная составляющая погрешности, приведенная к входу.

01804

В первом такте второго цикла измерения по команде с -блока 9 управ-г ления второй ключ 3 и четвертый ключ 5 размыкаются, а первый кпюч 2 5 и третий ключ 4 замыкаются, что соответствует подключению к входу преобразователя 7 напряжения в интервал времени положительной полярности термо- ЭДС Е термоэлектричёс10 кого преобразователя 1, которая

суммируется как и в первом такте первого цикла с Uj., Ufjj, Aq и dy Напряжение

V()

преобразуется в пропорциональный интервал времени Т. .

Одновременно с началом второго такта второго цикла измерения на вы2Q читающий вход реверсивного счетчика 12 через второй селектор 11 с генератора 8 опорной частоты начинают поступать счетные импульсы. Блок 9 управления фиксирует момент времени

5 перехода реверсивного счетчика через ноль и момент времени окончания формирования временного интервала Т преобразователем 7 напряжения во временной интервал. В промежутке меж0 ДУ этими событиями по команде блока 9 управления выход генератора опорной частоты подключается через первый селектор 10 к входу триггера 13..

В течение второго такта второго и(икла измерения на вычитающий вход реверсивного счетчика пройдет N импульсов

; )-

® Если учесть, что реверсивный счетчик переходит через нулевое состояние после прохождения на его вычитающий вход N импульсой (частота генератора 8 опорной частоты в обоих

циклах измерения постоянна), то

интервал времени между началом второго такта второго цикла преобразования и переходом реверсивного счетчика через ноль равен Т.

0 Таким образом, прохождение импульсов с выхода генератора 8 опорной частоты через первый селектор 10 на вход триггера 13 осуществляется за промежуток времени

5 Тз Tg-T.(5)

Следовательно на вход триггера 13 поступает количество импульсов, ранное

N,«N,-N.,(,)HU,-Uj (Ь)

Как. показывают простые расчеты при использовании в цифровом измерителе температуры ключей с одинаковыми параметрами лу.йу. . При вьтолнении условия (1) значение аддитивной помехи и„ , возникающей, например, за счет действия помехи общего вида, равно значению аддитивной помехи V Поэтому JJ с выхода триггера 13, осуществляющего деления Nj на 2, на вход схемы линеаризации поступает количество импул1 сов . После

линеаризации результат измерения фиксируется цифровым отсчетным устройством 15.

Наличие в цифровом измерителе дополнительных ключей и триггера, а также новая схема подключения термоэлектрического преобразователя, выгодно отличают предлагаемый цифровой измеритель от известного, так как позволяют повысить точность измерения температуры за счет устранения погрешности от токов утечки и снижения влияния электромагнитных помех на результат измерения.

ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий термоэлектрический преобразователь, высокоомный термоэлектрод которого через первый ключ, а низкоомный термоэлектрод через эталонный резистор, второй ключ и источник напряжения смещения подключены к входу преобразователя напряжения в интервал времени, управляющие входы которого соед1 нены с выходом генератора опорной частоты, синхронизированного с частотой сети, и выходами двух селекторов, а выход подключен к блоку управления, управляющие выходы которого соединены с блоком индикации полярности, с управляющими входами селекторов, ключей и схемы линеаризации, соединенной с цифровым отсчетным устройством, реверсивный счетчик, входы которого соединены с выходом второго селектора, а йыход подключён к блоку управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме(Л рения, в него введены два дополнительных ключа и триггер, вход которого соединен с выходом первого селектора, а выход подключен к входу схемы линеаризации, при этом управляющие входь дополнительных ключей соединены с блоком управления, а входы первого и второго ключей - через дополнительные ключи с выходами второго и первого ключей соответственно