Цифровой измеритель температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/02 

устройства позволяет дост1-1чь поставленную цель изобр.етения. Приводится схема коммутируемого активного ф1шьтра и схема преобразователя напряжения во временный интервал, Б зависиИзобретение относится к термометрии и мозкет быть использовано при создании помехоустойчршых щито- - вых цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте, с термоэлектрическими преобразователями.

Цель изобретения .- повышение по- мехозащшдеиности и точности измерения температуры в условиях дейст- ВН.Я различных электрических помех без снижения быстродействия рнтеля.

На ф1Н . 1 изображена блок-схема цифрового измерителя температуры;

на фнг. 2 - принципиальная схема коммутируемого .активного фильтра;- на фиг. 3 - блок-схема нреобразова- теля нанрянсения во временной гнп-ер- вал; на фиг. 4 - схема управляемого двухвходовог.о И1ггегратора; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг. б показано, 1сакие сигналы и в какой последовательности формирует блок б упргшления на своих выходах нри измерении положительных (1) и отрицательных (II) температур.

Цифровой измеритель Фемпературы содершгг (фиг. 1) термоэлектрический преобразователь (ТП) 1, коммутатор (переключатель полярности) 2, первый 3 и второй 4 коммутируемые активные ф1Шьтры низких частот (КАФ), преоб- разователь 5 напряжения во време1П1ой интервал (ПИВ), блок б управления (БУ), первый 7 и второй 8 селекторы, генератор 9 опорной частоты (ГОЧ), триггер 10, блок 11 линеаризации (БЛ), цифровое отсчетное устройство (ЦСУ) 12, реверсивный счетчик (РСЧ) 13, блок 14 индикации полярности (БШ1) и одновибратор 1 5.

Калсдьп из коммутируемых активных фш1ьтров 3 и 4 содержит операцион- н,ый усилитель 16, три резистора 1719, ключ 20 и два конденсатора 21 и 22.

Цреобразователь напряжения во вре- менной интервал (фиг. 3) содержит

5 операционньй усилитель 23, управляемый двухвходовый Ннтегратор 24, источник 25 опорного напряжения (ИОН) нуль-орган 26, сумматор 27 и источник 28 напряжения смещеиия.

10 Управляемый двухвходов.ый интегратор (УДИ) 24 содержит (фиг. 4) зарядные резисторы 29 и 30, электронные ключи 31-33, усилитель 34 интегратора и конденсатор 35. Первый вход

15 УДИ 24 подсоединен к выходу сумматора 27 и через резистор 29 и ключ 31 - к инвертирующему входу усилителя 34., к которому также через ключ 32 и резистор 30 нодсоединен выход ис- 20 точника 25 опорного нанряжения. Выходом УДИ служит выход усилителя 34, который через параллельно соеди- ненные конденсатор 35 и ключ 33 подсоединены к инвертирующему входу уси25 лителя. Управляющие входы электронных ключей 31-33 нодсоединены к управляющему входу УДИ 24.

Блок 6 управления (БУ) содержит (фиг. 5) делитель 36 частоты (ДЧ),

30 кольцевой счетчик (КСЧ) 37, элементы ИЛИ 38-41, RS-триггеры 42-44, D-триг- гер 45, -элементы И 46-49 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1-ШИ 50.

Селектор С2 8 содержит два элемен35 та 51 и 52 И, а селектор С1 7 - один . элемент И. .

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

Каждое измерение состоит из двух

40 циклов, в свою очередь состоящих из трех тактов. Работа блока управления устройства идентична при измерении как положительных, так и отрицательных температур, за исклю45 чением некоторых особенностей.

мых пунктах формулы изобретения описано выполнение каждого из коммутируемых активных фильтров и преобразователя напряжения в интервал времени. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

При включениипитания устройства все блоки устройства устанавливаются в.произвольное состояние, поэтом результат первого измерения будет ошибочным, остальные - правильными,

В первом такте первого цикла по сигналам с БУ 6 интегратор 24 интегрирует напряжение с выхода сумматора 27, равное сумме напряжений источника 28 смещения и усиленного в к раз напряжения отрицательной полярности термо-ЭДС ТП 1. В начале второго такта по сигналам с БУ 6 комутатор 2 переключает полярность сигнала подаваемого с ТП 1 на входы фильтров 3 и 4, ключ 31 отключает от усилителя интегратора выход сумматора 27, ключ 32 подключает к входу усилителя иктегратора выход ИОН 25, в результате чего напряжение на выходе интегратора начинает уменьшаться, а селектор 8 подключает выход ГОЧ 9 к суммирующему входу РСЧ 13,

За время Т между началом второго такта и моментом срабатывания нуль-органа 26, фиксирующего момент равенства нулю напряжения на выходе интегратора, в РСЧ 13 поступает Ы импульсов„

0 (-1 - fo

(О

где fjj - частота следования ш-шуль- сов ГОЧ 9;

К, - коэффициент усилеш я усилителя 23;

U - аддитивная составляющая по- грешпости ffliB, приведенная к входу;

Ли - результирующее падение напряжения от токов утечки .ута- тора 2 и входньк токов усилителя 23 н сопротивлениях элементов входной цепи устройства;

Uj - напряж ние эквивалентной помехи постоянного тока и инфра- низкой частоты;

и., - напряжение смещения;

СМ

т, - время интегрирования в первом такте;

Е - напряжение ИОН 25.

Б третьем такте первого цикла по сигналам с БУ 6 ключи 31 и 32 размькаются, а ключ 33 - замыкается и интегратор устанавливается в начальное состояние.

В первом такте второго цикла на усилитель интегратора поступает выходное напряжение сумматора .27, а во

0

5

0

N.-T-foH K. ( )+и„ li-. f

втором такте - напряжение с выхода ИОН 25.

С началом второго такта второго цикла ILMпyльcы с выхода ГОЧ 9 поступают через селектор С2 8 на вычитающий вход РСЧ 13. БУ 6 фиксирует момент времени перехода через ноль . РСЧ 13 и моме1 т срабатывания НО. В промежутке между STJC-I по команде из БУ 6 выход ГО 1 9 подключается через селектор 7 if триггер 0 к входу ЕЛ 11. .

В течение второго такта второго цикла-измерения иа вычитаюпцш вход РСЧ 3 пройдет N импульсов

li.

Е, 0

(2)

Если учесть, что РСЧ 13 переходит через ноль после прохождения на его вычитающий вход импульсов (частота ГОЧ 9 D обоих циклах постоянна), то интервал времени между началом второго такта второго цикла измерения м переходом РСЧ 13 через ноль равен „. Поэтому импульсы с выхода ГОЧ 9 через селектор 7 на вход БЛ 1 проходят па протяжении времени Т Tj-T2. За время Т. в блок липеари- поступит К,, импульсов

М - т f пл Ч- .Е, i- o- 3

Если первым через ноль переходит РСЧ 13, а потом нуль-орган 26, то

Б1-ПТ

14 покажет знак

а в блоке

11 линеаризации подключается схема линеаризации положительных температур, если же наоборот, то БШТ 14 покажет знак -, а в блоке 11 линеаризации подкльзчается схема линеаризации отрицательных температур,

В третьем такте второго цикла производят пндикап ию измеряемой температуры, а также ее знака. Кроме того, устанавливают начальное напряжение интегратора 24.

Как видно из выражен1;Я (3) , результат измерения не зависит от значений аддитивной составляющей погрешности Лд , входных токов и токов утечки, а тпкхсе помехи постоянного тока и ипфрапизкой частоты.

Для подавления помех нормального и вида, а также ослабления 55 импульсных и несимметргиных (иска- же1П1ых) помех применены коммутируемые активные фильтры 3 и 4 с экви- - валентной постоянной времени

г(1+к,)-с„(Е,„ч-КдН-к,+к„ ), г/.;

где C емкость конденсатора- /1; К-,R.,/R,,,-коэффициент усиления уси

i It 1о

лителя ФЫЧ;

R|7 , - сопротивление резисторов 17 и 18 соотвётстлзенно;

R, Rд, -R, R|g - сопротивление ТП, соединительной линии, коммутатора и резистора 19 соответственно.

Для лучшего подавления помех необходимо приъ1енять фильтры с боль- шим значением . Однако это ведет к увеличению времени установления выходного напряжения при скачках входного. Для устранения этого недостатка в ФПЧ нараллельно резистору 17 -включен ключ 20, работа которого синхронизирована с моментами нереключрлшя коммутатора 2 и осуществляется с определенной задержкой отнускания, формируемой одновибра- тором 15. В моменты переключения коммутатора ключ 20 замыкается и тем самым резко ут-1еньшает коэффи- спления К (практически до сдиппп,Ь) , что. соответственно при- нодт. т и к резкому уменьшению постоянной времени ФНЧ, а значит к существен,ному уменьшеншо времени установления выходного папрялсения ФПЧ. С помощью одновибратора 15 задают время достаточное для нере- заряда конденсатора 21 с необходимой точностью.. После перезаряда конденсатора 21 размыкают ключ 20 и тем самьш резко увеличивают постоянную времени S , а значит и коэффициент нодавления помех. ,

-- V

Блок 6 управления (фиг. 5) работает следующим образом.

С помощью дел йтеля 36 частоты из. частоты f(j ГОЧ получают имнуль- |СЫ с требуемым периодом повторения, равным д:штельности такта. .Кольцевой счетчик 37 на шесть за время одного измерения позволяет получить на своих шести выходах шщульсы одшшковой длительности, причем соседние импульсы сдвинуты но времени на один такт (см. фиг. б, эпюры 2-7). Выходные сигналы КСЧ 37 используются для синхронизацнн работы схемы ВУ 6, Поскольку в обеих

12246096

циклах измерения такты повторяются, то с выходов 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6 КСЧ 37 через соответственно схемы ИЛИ 38-40 получают сигналы унрав- ,-ления интегратором 24, передаваемые в него посредством трехпроводной шины управления. С выходов элементов ШШ 36-40 соответственно через пер- вим провод передают сигнал упраз(0 ления первьы тактом, второй нровод - вторым тактом и третий третим (см. фиг. 6, эпюры 8-10).

С помощью RS-триггера 4-2 (с его прямого выхода) получают сигналы уп55 равления коммутатором 2 и одновибра- тором 15, причем его R-вход подключен к второму выходу, а S-вход - к пятому выходу КСЧ 37. При этом сигнал, например, логической единицы

20 соответствует одному ноложению коммутатора 2, а логического нуля - другому положению,

RS-триггеры 43 и 44 иснользуют для фиксации моментов срабатывания

25 НО 26 и-обнуления РСЧ 13, при этом сигнал срабатьшания НО 26 и сигнал обнуления РСЧ 13 подают на S-входы RS-триггеров 43 и 44 (см. фиг. 6, эпюры 14 и 15). Установка R.S-Tpnr30 гера 43 в исходное состояние осуществляется нодачей с выходов 1 и 4 КСЧ 37 через элемент ИЛИ 41 сигнала на его R-вход. RS-триггер 44 устанавливается в исходное состояние сигналом

т с шестого выхода КСЧ 37, подаваемым на его R-вход.

Элемент И 47 (см. фиг. 6, эпюра 18), унравляемьш с выхода 2,КСЧ 37, с прямого выхода RS-триггера 42 и с

Q инверсного выхода RS-триггера 43 формирует сигнал разреше1П1я селектору С1 8 нодачи импульсов частоты f от ГСЧ 9 на суммирующий вход РСЧ . Сигнал разрешения формируется от чала второго такта первого цнкла до момента срабатьшан1-ш НО 26. Он поступает к селектору 8 через двухпроводную шину управления.

50

Элемент И 48 формирует сигнал разрешения селектору С2 8 подачи импульсов частоты fg от ГОЧ 9 на вычитающий вход РСЧ Л 3.Сигнал разрешения формируется от начала второго такта цикла до момента обнуления РСЧ 13 5 (см. фиг. 6, эпюра 19). В момент, когда РСЧ 13 переходит через нуль (например., реверсивные счетчики К1551Ш6, К155ИЕ7), на его выходе

Элемент И 48 формирует сигнал разрешения селектору С2 8 подачи импульсов частоты fg от ГОЧ 9 на вычитающий вход РСЧ Л 3.Сигнал разрешения формируется от начала второго такта цикла до момента обнуления РСЧ 13 (см. фиг. 6, эпюра 19). В момент, когда РСЧ 13 переходит через нуль (например., реверсивные счетчики К1551Ш6, К155ИЕ7), на его выходе

7-

вырабатывается короткий нмпульс. который перебрасывает RS-трнггер 44 Сигнал с инверсного выхода этого триггера (логический нуль), подаваемый на вход элемента И 47, переводит его в состояние логического нуля и, такге- образом, запрещает подачу импульсов ГОЧ 9 на вычитающий вход РСЧ 13. После -этого в РСЧ 13 записи импульсов не происходит, т.е. он находится в нулевом состоянии и нет нео.бходиЗ Юсти в специальных схемах установки его нуля. Импульс разрешения (запрета) подается с выхода элемента И 48 на вход селектора 8 через двухпроводную шину управления через второй провод.

Схема на элементе И. 46 и D-триг- гере 45 служит для выработки сигнала о полярности измеренной температуры. Короткий Ш пульс в момент сра- батьшаиия НО 26 во втором тарсте второго цикла подают на С-вход триггера 45, которьш в этот момент переписывает информацию с D-входа па выход. Как видно из эпюр 12 и 13 фиг. 6, ири положительных температурах во втором такте второго цикла 1шпульс обнуления РСЧ 13 приходит раньше, чем импульс срабатьшания НО 26. При этом на прямом выходе RS-триггера 44 будет сигпал логической едшпщы, который по. приходу импульса НО 26 переписьшается на выход D-триггера 45 и свидетельствует о том, что значение измеренной температуры положительно, а в противном случае (логический нуль) - отрицательно.

Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 50 а же элемент И 49 вырабатьшают сигнал управлепия селектором 7. Как видно из эпюр 14-17 фиг. 6, во втором такте второго цикла селектором 7 управляет импульсj длительность которого равна времени от момента обнуления РСЧ 13 до момента срабатывания НО 26 при измерении положительных температур и наоборот от .юмента сраб атьшания НО 26 до момента;/ обнуления РСЧ 13 при измерении отрицательных температур. На протяжении этого времени импульсы от 9 через селектор 7 и триггер 10 поступают на БЛ II.

Формула изобретеггия

1. Цифровой измеритель температу- ры, содержащий термоэлектрический

246098

преобразователь, подключенный к ком- мут гтору, двухкодовьш преобразователь напряжения в интервал времени, выход которого подключе к первому 5 входу блока управления нервьп и . пторой выходы KOTopoi o соединеиы с первыг- И входами первого и второго селекторов, вторые входы которых соединены с выходом генератора опор10 iioi r частоты и вторым входом блока управлепия, реверсивный счетчик, cy мпpyющи i и вьг-пгтающиГг входы которого соединены с выходами второго селект-ора, а выход подключен к тре15 тьему входу блока управления, третий ) которого подключен к блоку ин- дг кации полярности и управляющему входу блока линеаризации, а четвер- TLiu и пяты1 выходы подключепы соответ-; ст 5епно к управляющим входам коммутатора и преобразователя напряжения в интервал времени, и цифровое отсчет- пое устройство, соединенное с выходом блока ли11еаризац1П1, вход которого через триггер соединен с выходом первого селектора, о т л и - ч а 10 щ и 11 с я тем, что, с целью попышеппя иомехозащищепностп и точ- HOCTI измерепил тег-лтературы в условиях действия различных электричес- KJIX помех, в пего введены одновиб15а- тор и два коммутируемых активных фильтра, первые входы которых соединены с выходами коммутатора, вторые входы подключены к общей ininie измерителя температур., .ы подключены к зходам преобразователя напряжения в шггервал вре: ;епи, а управляющие Bxoji,b соеднпепы с выходом одновиб- ратора, вход чоторогс подключен к четвертому выходу блока унравлепия.

20

25

0

5

iO

2. Измеритель по п. 1, о т л и - ч а ю щ и и с я том, что кажды11 из коммутируемых активпых фильтров содержит три резистора, два конденсатора и операцт10 ппз1й усилитель, ин- вертирующш вход которого через параллельно включенные ключ и первьм резистор соединен с его выходом и через первЕ; коиденсатор подключен к выходу фшхьтра, соединенному соот- ветстве П о через второй резистор и последе; ательно соединенные второй конденсатор и третий резистор с пер- вьм входом ф1и1ьтра и инвертирующим входом операцио1П ого усилителя, не- иивертирующпй вход которого подключен к второму входу фильтра.

3. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что в преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий интегратор, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход через нуль-орган подключен к выходу преобразователя напряжения в интервал времени, управляющий вход которого соединен с управляющим входом

1224609in

интегратора, введены дифференциальный усилитель, источник напряжения смещения и сумматор, выход которого соединен с вторым входом интегратора 5 а вход ы подключены к выходам источника напряжения смещения и ди15)ферен- .циального усилителя, входы которого подключены к входам преобразова- теля напряжения в иетервал вре- 10 мени.

i/np.Sx.

(риг. 2

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при создании помехоустойчивых щитовых цифровых измерителей температуры, работаюо их в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения - повышение помехозащищенности и точности измерения температуры в условиях действия различных электрических помех без снюте- ния быстродействия измерителя. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь 1, коммутатор 2, преобразователь 5 напряжения во вре- мешюй интервал, блок управления 6, селекторы 7 и 8, генератор 9 опорной частоты, триггер 10, блок линеаризации 11, цифровое отсчетное уст- ройство 12., р1 версивный счетчик 13, блок индикации полярности 14, В устройство вновь введены первый 3 и второй 4 кo мyтиpyeмыe активные фильтры низких частот и одновибратор 15, Введение новых элементов и образование новых связей между элементами g

упр. вх,

cpLi&.5

От на Id.

1 измерение

кеч

37

(J инт

Z

Ъ 4 5 J //Л// 35 ff/7ff 39

ИЛИ 4/7 i/г. fyZ

НО 26 РСЧ 13

Траг. 43

Триз. «4 //СЛ ИЛИ

и 9 И «7 И4в Траг. 4-S И 51 H5Z Сел.7

Составитель В. Куликов,

Редактор Н. Киштулинец Техред И.Попович Корректор А. Ференц

Заказ 1940/38 Тираж 778Подписное

ВНШ-ШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2 измере ие