Цифровой измеритель температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/16 

Изобретение отйосится к области температурных измерений, а именно цифровым измерителям температуры, работающим в компдекте с термопреобразователями сопротивления, и может 6bifb использовано при разработке щитовых цифровых приборов для измерения температуры. .

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения погрешности измерения, вызываемой термо-ЭДС возникающей на переходных контактах соединительных линий, а также .упрощение цифрового измрителя.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 - схема сумматора.

Измеритель содержит первьй образцовый резистор 1, источник 2 тока, переключатель 3, термопреобразователь 4 сопротивления, подключенный к схеме измерителя посредством первого токового 5, Потенциального 6 и второго токового 7 соединительных

проводов, второй образцовый резистор 8, операционный усилитель 9, сумматор 10, источник 11 напряжения смещения, коммутатор 12, интегратор 13, нуль-орган 14, блок 15 управления, генератор 16, первый селектор 17, функциональный преобразователь 18, цифровое отсчетное устройство 19, второй селектор 20, реверсивный счетчик 21, блок 22 определения полярности. Сумматор 10 (фиг. 2) который одновременно является и усилителем, содержит три прецизионных резистора 23, 24 и 25 и два операционных усилителя 26 и 27.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом цикла измерения по сигналам с блока управления подвижной контакт переключателя 3 устанавливается в нижнее положение, интегратор 13, функциональный преобразователь 18, цифровое стсчетное устройство 19 и реверсивный счетчик 21 обнуляются. После этого производят два двухтактных интегрирующих преобразования напряжения в число импульсный код следующим образом. На фиксированный промежуток времени Т к интегратору 13 подключают усилитель-сумматор 10 и источник 11 напряжения смещения При этом напряжение с выхода сумматора и источника напряжения смещения

интегрируется в течении промежутка времени Т. По окончании промежутка времени Т по сигналу с блока управления коммутатор подключает ко входу

интегратора выводы первого образцового резистора 1, при этом на вход интегратора с резистора 1 подается напряжение Ц , Этим напряжением интег эатор разряжается до момента

срабатывания нуль-органа 14. На протяжении этого времени с генератора 16 импульсы частоты f поступают через второй селектор 20 на суммирую- лщй вход реверсивного счетчика 21.

После срабатывания нуль-органа 14 по сигналу с блока управления, переключатель 3 переводится в верхнее по схеме положение. После небольшой паузы, достаточной для окончания переходных процессов в измерительной цепи, ко входу интегратора 13 на время Т подключают выходы усилителя сумматора 10 и источника 11 напряжения смещения, после чего интегратор разряжают напряжением U, до момента

срабатывания нуль-органа 14. С началом разряда интегратора 13 на вычитающий вход реверсивного счетчика 21 с генератора 16 через селектор 20

поступают импульсы частоты f. После перехода реверсивного счетчика 21 через ноль прохождение импульсов на его вычитающий вход прекращается. В промежутке времени между срабатыванием нуль-органа 14 и обнулением ре- версивного счетчика 21 (независимо от очередности этих событий) импульсы частоты с генератора 16 через первый селектор 17 и функциональный

преобразователь 18 поступает на цифровое отсчетное устройство 19.

Работа блока 15 управления синхронизируется импульсами, поступающими

с генератора 16. Блок 15 управления формирует по частоте генератора 16 промежуток времени Т, фиксирует состояние нуль-органа 14 и реверсивного счетчика 21, формирует сигналы

управления переключателем 3, коммутатором 12, первым 17 и вторым 20 селектором, определяет очередность срабатывания нуль-органа 14 и перехода через ноль реверсивного счетчика

21 и передает информацию об очередности на блок 22 определения полярности. По окончании цикла измерения блок 15 управления формирует сигналы

1232962 в исходное состоперевода устройства яние.

Напряжение на выходе сумматора можно записать как

10

но

вых

i( R.±y.),

R, R,

t fA,

де I - ток измерительной цепи;

R™ - сопротивление термопреобразователя 4;

сопротивление второго образцового резистора 8; сопротивление первого прецизионного резистора 23; сопротивление аторого прецизионного резистопа 24; сопротивление третьего лреци- зионного резистора 25; сопротивление первого токового провода 5;

сопротивление второго токового провода 7;

приведенная к выходу усилителя сумматора 10 аддитивная составляющая погрешности, обусловленная дрейфом эквивалентного напряжения смеще- ния устройства и термо-ЭДС на переходных контактах соединительных линий. В результате преобразования этого апряжения в число-импульсный код меодом двухтактного интегрирования олучим число импульсов

9 RO R, R г

Д

+ U.

.(«o-v;. -5 }

-T f

L R,

-Rjf

(д .)

LR.

т f

где К„ - сопротивление первого образцового резистора 1;

N

1„

и

сн

ток источника 2 тока; напряжение источника 11 напряжения смещения. Когда переключатель 3 находится в нижнем по схеме положении, то когда он находится в верхнем по схеме положении, то .

Таким образом, при первом преобразовании напряжения U,..,.,, в число-импульсный код получим число импульсов

N lUcji. 19-KM

-T-f, а при втором преобразовании

2962

д+и

Через селектор 17 проходит раз ность числа импульсов

....,,

N,N,

R.

которая в случае использования нелинейного терморезистивного преобразователя функционально преобразуется и подается на цифровое отсчетное устройство 19. Если обеспечить

и Y;, то f

R R, R

N,

-«,-V

R

азцициеци-овоовонаяе-огоме20

25

30

35

f

2)

40

Процесс .определения полярности (знака измеряемой температуры) рассмотрим для случая, когда используется термопреобразователь сопротивления с положительным температурньпуг коэффициентом и R равно сопротивлению термопреобразователя при нулевой температуре. Если измеряемая температура , то и соответственно , а это значит, что нуль-орган 14 сработает позже чем реверсивный счетчик 21 перейдет через ноль и блок 22 определения полярности 22 покажет знак плюс. Если 0 0, то Nj-CN и блок 22 определения полярности покажет знак минус.

Информация о знаке используется в функциональном преобразователе 18 для изменения алгоритма функционирования при измерении температур вьше и ниже О с.

Значение U,, выбирается таким образом, чтобы при любой измеряемой температуре (Ug ) изменяло своего знака, т.е.

45

зо

U.M lu,,,,tM

о

5

и было противоположно по знаку .

Из сказанного видно, что результат измерения инвариантен изменениям тока 1д, термо-ЭДС на переходных контактах соединительных линий и дрейфу эквивалентного напряжения смещения устройства. Кроме этого, предлагаемое устройство не критично к значению входных токов используемых операционных усилителей, поскольку образуемые или падения напряжения на резисторах R и RQ образуют аддитивно влияющие факторы и полностью

компенсируется, чего нет в известном устройстве, а также не критично к ,

- I,

значению коэффициента подавления синфазного сигнала применяемых операци- онньк усилителей.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь сопротивления, соединенный через первый токовый соединительный провод с первым выводом второго образцового . резистора, переключатель, первый неподвижный контакт которого соединен с. общей шиной измерителя, первый образцовый резистор, подключенный первым выводом к первому выводу источни ка тока, интегратору к входу которого через коммутатор подключены выходы источника напряжения смещения и сумматора, а выход которого через нуль- орган подключен к блоку управления, выходы которого соединены с управляю щими входами переключателя, коммутатора, блока определения полярности, первого и второго селекторов, функционального преобразователя и цифрово го отсчетного устройства, генератор, выход которого подкл очен к блоку управления и входам селекторов, выходы которых соответственно подключены к входу функционального преобразователя, соединенного с цифровым отсчет ным устройством и входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с блоком управления, отличающийся тем, что, с целью повыше0

ния точности измерения, в него введен операционный усилитель, инвертиВ11ИИПИ

Заказ 2758/41 Тираж 778

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

,

5

10

15

20

30-3525

4Q

рующий Bxori которого через потенциальный провод подключен к точке соединения термопреобразователя сопротивления с первым токовым соединительным проводом, инвертирующий .вход соединен с общей шиной измерителя, а выход- с вторым выходом второго образцового резистора и первым входом сумматора, второй вход которого соединен с вторым токовым проводом термопреобразователя сопротивления и вторым неподвижным контактом переключателя,, подвижной контакт которого соединен с вторым выводом источника тока, первый вывод которого подключен к коммутатору, при этом второй вывод первого образцового резистора соединен с общей шиной измерителя.

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что сумматор содержит два операционных усилителя и три прецизионных резистора, при этом первый и второй входы сумматора соединены соответственно с инвертирующим входом первого операционного усилителя и первым вьгаодом первого прецизионного резистора, второй вывод которого соединен с выходом первого операционного усилителя, инвар- тирующим входом второго операционного усилителя и через второй прецизионный резистор подключен к выходу сумматора и выходу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине, соединенной через третий прецизионный резистор с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и средней точкой его источника питания.

Подписное

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при разработке щитовых цифровых приборов для измерения температуры. Цель изобретения - повышение точности измерения. Измеритель содержит образцовые резисторы 1 и 8, источник тока 2, переключатель 3, термопреобразователь сопротивления 4, тактовые 5 и 7 и потенциальные 6 со- едннительные провода, операционный усилитель 9, сумматор 10, источник напряжения смещения 11, коммутатор 12, интегратор 13, нуль-орган 14, блок управления 15, генератор 16, селекторы 17 и 20, функциональный преобразователь 18, цифровое отсчетное устройство 19, реверсивный счетчик 21 и блок определения полярности 22. Введение новых элементов и образование новьк связей между элементами измерителя позволяет исключить погрешности измерения, вызьшаемые термо-ЭДС, возникающей на переходных контактах соединительных линий, а также упростить цифровой измеритель. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. С S (Л N9 СО ISD со 05 ю