Цифровой термометр Советский патент 1986 года по МПК G01K7/13 G01K7/02 

ля 4 в напряжение. На выходе преобразователя 6 получаем число-импульсный код (ЧИК)К,, который через мультиплексор 12 подается на вход де- мультиплексора 13 и далее на вычитающие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации. Во втором цикле измерения на вход преобразователя 6 через коммутатор 2 подается напряжение смещения и термо-ЭДС ТЭП 1. На выходе преобразователя 6 получаем ЧИК N , кото- ,рый через мультиплексор 12 и демуль- тигСпексор 13 подается на суммирующие входы реверсивного сч етчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации. По истечении времени t от начала

1

Изобретение относится к температур- ,ным измерениям и может быть использовано при построении цифровых термометров с автоматической компенсацией термо-ЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя (ТЭП)

Цель изобретения - повьппение точности измерения и быстродействия при упрощении термометра.

На фиг. .1 приведена блок-схема термометра} на фиг. 2 - схема блока управления.

Цифровой термометр содержит термоэлектрический преобразователь (ТЭП) 1, трехвходовый коммутатор 2 суммирующего типа, т.е. осуществляющий одновременно суммирование соответствующих сигналов, термопреобразователь 3 сопротивления, расположённый совместно со свободными концами термоэлектрического преобразователя, преобразователь 4 сопротивления в напряжение, источник 5 напряжения смещения, преобразователь 6 напряжения в число-импульсный код (ПНЧ), например, интегрирующего типа, в котором в течение одного такта производится интегрирование входного сигнала, а в течение другого - считывание интеграла до нуля опорным напряжением от внутреннего источника опорного напряжения с формированием импульспоступления ЧИК Г по сигналу с выхода блока 7 управления закрывается второй вход мультиплексора 12 и открывается первый вход. В результате вторая часть ЧИК Nj поступает на суммирующие входы счетчика 9 участков линеаризации и реверсивного счетчика 14. Интервал времени t генерируется блоком 7 управления и равен времени, за которое с выхода преобразователя 6 поступает число импульсов NO , которое подается на суммирующие входы счетчика 9 линеаризации и реверсивного счетчика 14 без искажений, остальное количество импульсов ( N - N) проходит через схему 8 цифровой линеаризации. 2 ил.

ного кода от внутреннего генератора импульсов, блок 7 управления, схему 8 цифровой линеаризации, состоящую из .счетчика 9 участков линеаризации 5 и функционального преобразователя 10,, например, выполненного на основе управляемого делителя частоты, управляющие входы которого, определяющие коэффициент деления делителя,

10 подключены к постоянному запоминающему устройству, в котором записаны требуемые коэффициенты деления в зависимости от функции преобразования термопреобразователя, а адресные

15 входы - к выходам счетчика 9 участков линеаризации, управляемый коммутатор 11, включающий в себя мультиплексор 12 и д.емультиплексор 13, реверсивный счетЧИк 14 и блок 15 ин20 дикации.

Влок 7 управления представляет собой простой цифровой автомат, имеющий пять состояний, и содержит генератор 16, делители 17 и 18 часто25 ты, триггер 19, двухразрядный двоичный счетчик 20, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 21, адресные входы которого подключены к выходам триггера 19 и счетчика 20,

3Q двухвходовую схему ИЛИ 22 и трехвхо- довую схему ИЛИ 23 (возможны другие варианты блока управления).

3

Цифровой термометр работает следующим образом.

Сопротивление термопреобразователя 3, линейно зависящее от температуры свободных концов, преобразуется с помощью преобразователя 4 в напряжение. В первом цикле измерения на вход преобразователя 4 через коммутатор 2 подается напряжение смещения

Uj и напряжение и,, , пропорциональное температуре свободных концов ТЭП обратной полярности по отношению к напряжению Uj, , что достигается соответствующим подключением преобразователя 4.

На выходе преобразователя 6 получаем число-импульсный код

N, K(,

-и.,-и,,),

где k - постоянная преобразователя напряжения в число импульсов;

Uj - напряжение дрейфа преобразователя 6.

Этот код через мультиплексор 12 подается на вход демультиплексора 13 и далее на вычитающие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации.

Во втором цикле измерения на вход преобразователя 6 через коммутатор 2 подается напряжение смещения и тер мо-ЭДС UT ТЭП, На выходе преобразо- вателя 6 получаем число-импульсный код

К,.к(и

Этот код через мультиплексор 12 и демультиплексор 13 подается на суммирующие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеа- ризации.

По истечении интервала времени i .от начала поступления число-импульсного кода 2 по сигналу с третьего выхода блока 7 управления закрывает- ся второй вход мультиплексора 12 и открывается первый вход. В результате этого вторая часть число-импульсного кода N поступает на суммирующие входы счетчика 9 участков лине- аризации и реверсивного счетчика 14, проходя предварительно через функ- циональньй преобразователь 10 схемы

295984

8 цифровой линеаризации. Интервал времени-, i генерируется блоком 7 управления и равен времени, за которое с выхода преобразователя 6 пос- 5 тупит определенное число импульсов

.(3)

Это число импульсов подается на суммирующие входы счетчика 9 участков линеаризации и реверсивного счет- 10 чика 14 без искажений, остальное количество импульсов () проходит через схему 8 цифровой линеаризации.

Таким образом, во втором цикле 5 на суммирующие входы счетчиков 9 и 14 поступает число импульсов

F(N,-N,l-KUcM F KiU p+U,yl, -(д)

Н,

20

25

где F () - число импульсов на выходе схемы 8 цифровой линеаризации, на вход которой поступило импульсов. Поскольку код N поступает на вычитающие входы счетчиков 9 и 14, а N,- на суммирующие, то в конце второго цикла измерения в указанных счетчиках записан код

30

NN,-N,((U,6-UAp)- (5)

- 35

40

55

Коэффициент преобразования схемы цифровой линеаризации в диапазоне изменения температуры свободных концов близок к единице. Так, например, для ТЭП типа ХК в диапазоне указанный коэффициент преобразования составляет 0,986-1,0065, поэтому а также учитывая, что значение полезного сигнала существенно превосходит напряжение дрейфа, можно принять с достаточной степенью точности

FKvUTl - U,p F{KUO. . Поэтому выражение (5) можно записать

N«K((FU,Vk(U,(kU,VKU, (7)

Далее код N выводится на блок индикации.

Блок управления работает следующим образом.

На первом разряде выхода ПЗУ имеется сигнал управления для ПНЧ, нулевое состояние которого указывает на то, что интегратор в ПНЧ должен

интегрировать входную величину (при этом импульсы на выходе ПНЧ отсутствуют) . При единичном сигнале на этом выходе интегратор разряжается опорным напряжением ПНЧ и на его выходе появляются импульсы выходного число-импульсного входа.

Логическая единица на втором разряде выхода ПЗУ подключает второй и третий входы коммутатора 2 к его выходу, а логический нуль - первый и третий входы к выходу коммутатора 2. Логическая единица на третьем разряде выхода ПЗУ активизирует пер- вый вход мультиплексора 12, в противном случае активизируется е.го второй вход , Логическая единица на четвертом разряде выхода ПЗУ подключает первый выход демультиплексора 13 к его входу, а логический нуль - второй выход.

Коэффициент деления делителя 17 выбирают таким образом, чтобы период следования импульсов на его выходе равнялся номинальному периоду сети (20 мс), а коэффициент деления делителя 18 - так, чтобы период следования импульса на его выходе равнялся времени, необходимому для разряда конденсатора интегратора, предварительно заряженного в течение 20 мс от источника опорного напряжения ПНЧ 6,

В момент включения прибора общим импульсом сброса делитель 17 частоты триггер 19 и счетчик 20 устанавливаются в нулевое состояние. Таким образом, ак;тивизируетс.я ячейка памяти ПЗУ с нулевьм адресом. Это приводит к тому, что к входу ПНЧ 6 подключается источник 5 напряжения смещения и преобразователь 4 сопротивления в напряжение. Через 20 мс после сброса на выходе делителя 17 частоты появляется импульс, который переводит триггер в единичное состояние и, таким образом, активизирует следующую йчейку памяти. В результате этого начинается разряд интегратора источ ника опорного напряжения ПНЧ 6. Импульсы выходного числа-импульсного кода ПНЧ через мультиплексор 12 и демультиплексор 13 подаются на вы

читающие входы реверсивного счетчи ка 14 и счетчика 9 участков линеаризации. Поскольку выход триггера 19 соединен с входом установки в нуль

-

ю15 уо

25 ,

, 35

40

45

50

55

делителя 17 частоты, то последний удерживается в нулевом остоянии.

При переходе выходного напряжения интегратора через нуль на втором выходе ПНЧ появляется импульс, который через трехвходовую схему ИЛИ 23 сбрасывает в нуль триггер 19, при этом активизируется новая ячейка памяти и к входу интегратора подается напряжение смещения и термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя 1. Одновременно снимается обнуляющий сигнал с делителя частоты, поэтому через 20 мс на его выходе появляется импульс, который переводит триггер в единичное состояние. При этом выбирается новая ячейка памяти, интегратор начинает разряжаться от источника опорного напряжения ПНЧ, а импульсы выходного число-импульсного кода ПНЧ через мультиплексор 12 и демультиплексор 13 подаются на сум ирующие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации. В это же время снимается обнуляющий сигнал с делителя 18 частоты, который до этого времени удерживался логической единицей на пятом разряде выхода ПЗУ в нулевом состоянии.

Через интервал времени i , равный времени, за которое сь выхода преобразователя 6 поступит определенное число импульсов NO kllf , на выходе делителя 18 появляется импульс, кото- рьй через трехвходовую схему ИЛИ сбрасывает триггер 19. Активизация новой ячейки памяти приводит к тому, что импульсы выходного число-импульсного входа ПНЧ с этого момента подаются на суммирующие входы реверсивного счетчика 14 и счетчика 9 участков линеаризации через функциональный преобразователь 10, мультиплексор 12 и демультиплексор 13. В момент перехода интегратора через нуль импульс с выхода ПНЧ через трехвходовую схему ИЛИ сбрасывает триггер, что приводит к активизации последней используемой ячейки памяти ПЗУ. Поскольку в шестом разряде этой ячейки записана логическая единица, которая через двухвходовую схему ИЛИ сбрасывает все элементы блока управления, то измерительный цикл начинается сначала.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий термоэлектрический преобразователь, подключенный к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивления в напряжение, к входу которого подключен термопреобраэователь сопротивления, расположенный совмест но со свободными концами термоэлектрического преобразователя, источник напряжения смещения, преобразователь напряжения в число-импульсный код, первьш выход которого подключен к входу функционального преобразователя, а второй выход и управляющий вход соединены соответственно с входом и первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, два реверсивных счетчика и блок ин10

295988

дикации, входы которого подключены к выходам первого реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности из- 5 мерения и быстродействия, в него введены управляемый переключатель, выходы которого подключены к суммирующим и вычитающим входам реверсивных счетчиков, управляющие входы соединены с выходами блока управления, а первый и второй входы соединены соответственно с первым выходом преобразователя напряжения в число-импульсный код и выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом второго реверсивного счетчика, при этом выход источника напряжения смещения подключен к дополнительному входу.коммутатора, выход которого подключен к входу преобразователя напряжения в число- импульсный код.

15

20

от пнчв Г

м ПНЧ

If квг матлтврц

я HifH manMKCffif

xftfty inuH/ftfef

Изобретение относится к температурным измерениям и может использоваться при построении цифровых термометров с автоматической компенсацией термо-ЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя (ТЭП) 1. Цель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия при упрощении термометра. Сопротивление термопреобразователя 3 сопротивления, линейно зависящее от темперАтуры свободных концов,преобразуется с помощью преобразовате(Л с

Составитель В.Куликов Редактор В.Петраш Техред Н.Бонкало Корректор Т.Колб

Заказ 2444/41 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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