Устройство для измерения температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к электротермометрии и может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлект- рическими преобразователями.

Целью изобретения является увеличение быстродействия измерений и уменьшение динамической погрешности измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг, 2- временные диаграммы работы основных узлов.

Устройство для измерения температуры содержит генератор образцовой частоты, синхронизированной с частотой сети, второй триггер 2, трехвхо- довую схему ИЗ, вычитающий счетчик 4 пятый триггер 5, схему 6 перезаписи, термоэлектрический преобразователь (ТП) 7, переключатель 8 полярности, источник 9 напряжения смещения, преобразователь 10 напряжения в интервал времени, первую схему И 11, первую схему ИЛИ 12, счетчик 13, образцовый резистор 14, третий триггер 15, четы- рехвходовую схему И 16, селектор 17, первый триггер 18, первую схему И 19 четвертый триггер 20, шестой триггер 21, вторую схему И 22, вторую схему ИЛИ 23, цифровую схему линеаризации 24, цифровое отсЧетное устройство 25 третью схему И 26, седьмой триггер 27 первый 28 и второй 29 формирователи импульсов.

Цифровой измеритель температуры ра ботает на принципе периодического инвертирования значения информативного параметра (термо-ЭДС) термоэлект- рического преобразователя 7, подаваемого на входную цепь преобразователя 10 напряжения в интервал времени.

В исходном состоянии триггеры 2, 5, 15, 18, 20, 21 и 27 и счетчики 4 и 13 установлены в состояние нуля.

Ъ -г

гЧ

ru,- , -u,(t)dt-E,(t,-t,)

t. и - опорное напряжение в преобра-U - порог срабатывания сравнизователе 10;5S вающего устройства в преобt - постоянная времени интегри-разователе 10.

рования в пребразовате-В течение интервала времени tj -t

ле 10,посигналу с преобразователя 10 откры

Преобразователь 10 напряжения в интервал времени работает по принципу двухтактного интегрирования. Схемы И 3, 11, 16 и 19 закрыты сигналами с выходов преобразователя 10 и триггеров 5 и 20. Б момент t, в преобразователе 10 (фиг. 2б) формируется импульс длительностью (t -t), кратный периоду напряжения сети и задающий длительность первого такта интегрирования (фиг. 26). До момента t пе- реключатеЛь 8 полярности находится в положении, которое соответствует подключению ко входу преобразователя 10 термо-ЭДС Е термоэлектрического преобразователя 7 со знаком минус (-Д() . При этом на вход преобразователя 10 подается напряжение

U,LU

СН

+ и,

IP

4- и, + U,(t)-EJ,

(1)

где и

сн

ар

и,,

ujt)

-напряжение смещения источника 9 напряжения смещения;

-напряжение дрейфа преобра- зователя 10,,приведенное к его входу;

-результирующее падение напряжения от токов утечки печ. реключателя полярности;

-напряжение помехи, действу- ющей во входной цепи.

В первом такте напряжение , уси- : ленное в к раз в усилителе преобразователя 10:Ц, К -и, в процессе двухтактного интегрирования

аЧ

4Uc,( -E l t4fUoclt U,

преобразуется во временной интервал

(1)

тотой f генератора образцовой частоты 1 поступают на счетный вход счетчика 13 импульсов (фиг. 2г), Количество импульсов N равно5

i N, , ).

В момент t (фиг. 2д) положительный фронт импульсов с третьего выходапре- О образователя 10 переводит триггеры 2 и 15 в единичное состояние, подготавливая к открытию схемы И 3 и 19, и переводит в противоположное состояние

t

1C

u;-f ,,,

:t.o-te)-на время действия которого открывается первая схема И 11, и на вход схемы ИЛИ 12 и счетный вход счетчика 13 поступает число импульсов N.:

-t,).

(4)

(, .

В момент tj| (фиг. 2е) со второго выхода преобразователя 10 проходит импульс длительностью t -Ц через схему И 19, что приводит к переходу в единичное состояние триггеров 20, 27 и к перезаписи числа N из счетчика 13 в вычитающий счетчик 4. В момент tj короткий импульс с выхода формирователя 28 импульсов подается на вход цифрового отсчетного устрой ства 25, а в момент tg короткий импульс с выхода формирователя 29 импульсов сбрасывает в нулевое состояние счетчик 13 и триггеры 5, 21 и 18 Поэтому к моменту t он находится в нулевом состоянии. В течение времени Цо в счетчик 13 запишется код числа Nj (4). Это же число импульсов через схему ИЖ 12 и открытую схему И 3поступает на счетныйвход вычитаю- щего счетчика . В момент ty счетчик 4 переходит в нулевое состояние, тригер 5 переходит в единичное состояние и закрывает по соответствующему входу схему И 16 и схему И 3. Через селектор 17 на основании единичного сигнала с выхода триггера 20 (фиг.2д и единичного сигнала с выхода триггера 5 (фиг. 2л) на вход триггера 18 поступает число импульсов

N,-N

Z-r Е, -f-T

измерительную цепь термо-ЭДС +Е от ТП 7. В момент t напряжение Ц Ug+U (t)+E,) в преобразователе 10 с двухтактным интегрирова-- нием to

K(u,,,ujt).Ejb .

и dtLI,

преобразуется во временной интервал

1C I

u,u,(t)jdt-E,{t,-t,

и.

t3)

25

35 40 45

20

не зависящее от значения U , U(t), Ugp , Ug , Uc при t-t,j-t, tg-t , что обеспечивается схемотехническ им путем в преобразователе 10. С выхода триггера 18 на вход цифровой схемы линеаризации поступает число импульсов

N; - N, к-f-T Z И

(6)

пропорциональное значению термо-ЭДС. Так как генератор 1 синхронизирован от частоты напряжения сети с периодом Т, то произведение f Т равно A const. Поэтому получаем независимость результата измерения от изменений чистоты сети (фазовая автоподстройка частоты). Поэтому выражение (6) равно

N, - N

К-А-Е.

и„

(7)

Триггеры 21 и 27, схемы И 22, 26 и схемы ИЛИ 23 образуют блок индикации полярности. Если термо-ЭДС Е, 0, то в момент t триггер 27 переходит в единичное состояние положительным фронтом импульса с вькода схемы И 19 (фиг.2е). Так как , , то к моменту t,, на выходе схемы И 16 не по35 40 45

50

явится импульс, триггер 21 будет находится в нулевом состоянии, подготавливая к открытию схему И 22 и закрывая схему И 26. Поэтому единичный сигнал на единичном выходе триггера 27 и нулевом выходе триггера 21 про- 55 ходит на выход И 22 и через схему ИЛИ 23 поступает на вход схемы 24 линеаризации и цифрового отсчетного устройства 25. При этом наличие единичного выхода в схеме 23 свидетельствует о положительной полярности Е Если напряжение Е в первом цикле имело бы отрицательную полярность, та . В этом случае к моменту tg в вычитающем счетчике 4 был бы зафиксирован код числа , триггер 5 находился бы в нулевом состоянии. В момент t- сигналами с выходов триггеров 20, 5 и третьего выхода преобразователя 10 схема И 16 будет открыта (фиг. 2в,д), Импульсы с частотой следования f с выхода генератора 1 образцовой частоты через схему И 16, схе- му ИЛИ 12 и с::ему И 3 проходят на вход вычитающего- счетчика 4, устанавливают в единичное состояние триггер 21 и через селектор 17 и триггер 18 проходят на. вход схемы 24 линеари- зации. Наличие нулевого сигнала с нулевого выхода триггера 21 на входе схемы И 22 и нулевого сигнала с нулевого выхода триггера 27 на входе схемы И 26 приводит к наличию нуле- вого сигнала на выходе схемы ИЛИ 23, т.е. свидетельствует о том, что измеряемая термо-ЭДС имеет отрицательную полярность.

В третьем цикле измерения триггер 15 возвратится в исходное состояние, Б измерительную цепь подается напряжение термо-ЭДС -Е), триггеры 5,21 возвращаются в исходное состояние сигнала с выхода схемы 29. В счетчик 4 из .счетчика 13 запишется код числа Nj. При преобразовании -Е получим код числа .K моменту получения кода числа N. триггер 27 перейдет в нулевое состояние, а триггер 5 бу- дет находиться в нулевом состоянии вследствие . Схема совпадений после окончания формирования числа импульсов N.J откроется, и число импульсов (Nj-NJ ) (N2-N ) поступит, че- рез схемы ИЖ 12 и И 3 на вход вычитающего счетчика 4 и через селектор 17 и триггер 18 - на вход цифровой схемы 24 линеаризации. Так как с формированием числа импульсов N -N первым импульсом числа триггер 21 перейдет в единичное состояние, то схема И 22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 27, а схема И 26 будет открыта единичными сигналами с нулевого выхода триггера 27 и с единичного вькода триггера 21. Наличие

единичного сигнала на выходе схемы ИЛИ 23 свидетельствует о положительной полярности.

Если бы измеряемое напряжение Е было отрицательным, то мы бы получили N. . Поэтому к моменту окончания следования числа импульсов N из числа NJ счетчик 4 перейдет в нулевое состояние, перебросит триггер 5 в единичное состояние и закроет схему И 16 нулевым потенциалом с нулевого выхода триггера 5. Поэтому на выходе схемы И 16 появятся импульсы. Триггер 21 Останется в нулевом состоянии. При этом через селектор 17 и триггер 1:8 на вход цифровой схемы 24 линеаризации поступит () импульсов. Схема И 22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 27, а схема И 26 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода, триггера 21, Наличие нулевого сиг нала на выходе схемы ИЛИ 23 свидетельствует об отрицательной полярности измеряемого напряжения.

В каждом цикле измерения с выхода схемы 24 линеаризации б зависимости от полярности термо-ЭДС, определяемой сигналом с выхода схемы ИЛИ 23, поступит определенное число импульсов, пропорциональное значению измеряемой температуры.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, вь1воды которого непосредственно и через образцовый резистор соединены с входами переключателя полярности, выходы которого непосредственно -и через источник смещения подключены к первому и второму входу преобразователя напряже- ния в интервал времени, третий вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, синхронизированной с частотой сети, соединенному с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен с информационным выходом преобразователя нап- ря;5ения в интервал времени, селектор выход которого соединен со счетным входом первого триггера, выход которого соединен с входом цифровой схемы линеаризации, выход которой под- ключей к входу цифрового отсчетного

устройства, отличающееся тем, что,, с целью увеличения быстродействия измерений и уменьшения динамической погрешности измерения, в него введены шесть триггеров, три двухвходовых схемы И, трехвходовая схема И, две схемы ИЛИ, счетчик, схема перезаписи, вычитающий счетчик, формирователи импульсов и четырех- входовая схема И, первый вход кото- рой соединен с выходом генератора опорной частоты, второй выход соединен с вторым выходом преобразователя напряжения в интервал времени и входами второго и третьего триггеров третий вход соединен с выходом чет- .вертого триггера, четвертый вход подключен к первому входу трехвходо- вой схемы И и инверсному выходу пятого триггера, а выход соединен с вхо- дом шестого триггера, первым входом селектора и первым входом первой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И, вторым входом селектора и входом счетчика а выход подключен к второму входу трехвходовой схемы И, третий вход которой соединен с выходом второго триггера и первым входом первой двухвходовой схемы И; второй вход которой соединен с третьим выходом преобразователя напряжения в интервал времени, а выход подключен к управляющему входу схемы перезаписи входам четвертого и седьмого триггеров и входу первого формирователя, выход которого подключен к управляющему входу цифрового, отсчетного устройства и через второй формирователь соединен с вторыми входами первого и

шестого триггеров, первым входом пятого триггера и входом счетчика, выходы Которого через схему перезаписи подключены к вычитающему счетчику, управляющий вход которого соединен с выходом трехвходовой схемы И, а выход подключен к второму входу пятого триггера, прямой выход которого подключен к третьему входу селектора, при этом первые входы второй и третьей двухвходовых схем И соединены соответственно с выходами седьмого триггера, вторые входы подключены к выходам шестого триггера, а выходы подключены к входам второй схемы ИЛИ выход которой подключен к цифровой схеме линеаризации и цифровому от- счетному устройству.

Изобретение относится к электротермометрии и может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения - увеличение быстродействия измерений и уменьшение динамической погрешности измерения. Для этого устройство содержит генератор 1 образцовой частоты, синхронизированный с частотой сети, триггеры 2,5,15,18, 20,21 и 27 трехвходовую схему И 3, вычитающий счетчик 4, схему перезаписи 6, термоэлектрический преобразо- ватель (ТП) 7, переключатель 8 полярности,, источник 9 напряжения смещения, преобразователь 10 напряжения в интервал времени, схемы ИЛИ 12, 23, счетчик 13, образцовый резистор 14, четырехвходовую схему И 16, селектор 17, схемы И 19, 22, 26, цифровую схему линеаризации 24, цифровое отсчет- но устройство 25 и формирователи импу 1ьсов 28 и 29. Работа устройства основана на принципе периодического инвертирования значения информативного параметра (термо-ЭДС) ТП 7, подаваемого на входную цепь преобразователя 10 напряжения в интервал времени. В каждом цикле измерения с выхода схемы 24 линеаризации в зависимости от полярности термо-ЭДС, опре- - деляемой сигналом с выхода схемы ИЛИ 23, поступает определенное число импульсов, пропорциональное значению измеряемой температуры. 2 ил. I (Л

1ю t

ВИИИПИ Заказ 2758/41

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 778

Подписное