Многоточечный цифровой термометр Советский патент 1986 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где произвОл1,ится измерение температуры с номощью термоэлектрических преобразователей, а также для научных исследований, где требуется высокая точность измерения температуры.

Целью изобретения является повышение точности измерения при сохранении разрядности вычислительного блока путем уменьшения разрядности кодов информационных сигналов, подаваемых на вычислительный блок.

На чертеже приведена блок-схема многоточечного цифрового термометра.

Термометр содержит термоэлектрические преобразователи 1, термопреобразователь 2 температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей (ТП) 1, источник 3 питания измерительной схемы термоиреобразователя 2, коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, управляемый переключатель 6, вычислительный блок 7, в состав которого входят входной регистр 8, выходной регистр 9, арифметико-логическое устройство (АЛУ) 10, блок 11 управления и блок 12 памяти,сумматор 13 и индикатор 14.

Многоточечный цифровой термометр работает следующим образом.

По команде блока 11 вычислительного блока 7 выходной сигнал ТП 1 через коммутатор 4 в соответствии с выбранным по команде блока управления каналом поступает на вход АЦП 5, где аналоговый электрический сигнал преобразуется в цифровую форму и но команде блока 11 управления поступает на первый и второй входы управляемого переключателя 6 и первый вход сумматора 13. К первому и второму входам управляемого переключателя 6 подключены соответственно разряды 0-7 и 4-11 выходного кода АЦП 5, а па первый вход сумматора 13 поступают разряды 0--11 выходпого кода АЦП 5. Выход выходного регистра 9 вычислительного блока 7 подключен к вторым входам сумматора 13, на которые подаются коды разрядов 4-11. Остальные разряды этого входа сумматора 13 не используются (на них подается логический «нуль). По команде блока 11 управления вычислительного блока 7 выходной код сумматора 13 поступает па индикатор 14, который отображает значение измеренной температуры. Порядок обработки информации Б вычислительном блоке 7 определяется программой, которая хранится в блоке 12 памяти. Црограмма предус.матривает проведепие с;1едующих коррекций: автоматической установки нуля; автоматической калибровки; автоматической коррекции погрешности линейности; автоматической коррекции погрешности из-за отклонения действительной характеристики ТП от стандартной градуировочнои характеристики, осуществляемой по известной математической модели, построенной по результатам поверки или градуировки ТП; автоматической коррекции

влияния температуры свободных концов ТП.

При автоматической установке «нуля

коммутатор 4 устанавливается в положение,

соответствуюш,ее короткозамкнутому входу

(на блок-схеме этот вход условно не показан). При этом на выходе АЦП 5 получаем код, который поступает на первый вход управляемого переключателя 6 (разряды О-7) Вычислительный блок 7 с выхода управляемого переключателя 6 считывает этот код, заносит с учетом полярности в одну из яче5 ек памяти блока 12 памяти, например, № 1, и запоминает. Так как дрейф «нуля АЦП 5 не Г1ревып1ает десятых долей процента от предела преобразования,переполнение 8-разрядного вычислительного блока 7 (АЛУ 10) не происходит.

При автоматической калибровке используется источник образцовых напряжений (не показан). Такая калибровка измерительного канала позволяет калибровать пол5 ностью измерите.11ьный канал, включая и коммутатор 4. При автоматической калибровке коммутатор 4 устанавливается в положение, при котором на вход АЦП 5 поступает образцовое напряжение, и с его выхода цифровой код по команде блока 11 управ0 ления поступает на первый вход управляемого переключателя 6- Напряжение источника образцовых напряжений выбрано таким образом, чтобы 8 младших разрядов кода на выхода АЦП 5 при отсутствии погрешностей были равны нулю, например

5 код 100000000000. При наличии погрешностей код на выходе АЦП 5 будет, например, 100000000011, если пог)ец|ность положительная и 011111111100, если погрешность отрицательная. Вычислительный блок 7 считывает с выхода управляемого переключателя

6 последние 8 разрядов кода. Программа вычислительного блока 7 строится таким образом, что в ячейку памяти № 2 блока 12 памяти заносится код погрешности, соответствующий младшим разрядам кода на первом входе управляемого переключате..1я 6 при наличии «нуля в старшем разряде этого кода (00000011). При наличии в старше.м разряде кода «единицы в ячейку памяти № 2 блока 12 памяти вычислительного блока 7 заносится дополнительный код

0 гюгрешности, а в разряд знака ячейки памяти № 2 блока 12 памяти - код знака «- -. В блоке 12 памяти вычислительного блока 7 отведено специальное поле для хранения кода калибровочных -термо-ЭДС ТП. Сравнивая калибровочные коды, записан5 ные в специальном поле блока 12 памяти, и код, записанный в ячейке № 2, АЛУ 10 вычислительного блока определяет погрешность калибрования и код погрепшости помещает в ячейку памяти № 2 блока 12 памяти.

Таким образом, на основании данных в ячейках № 1 и № 2 можно рассчитать действительную характеристику преобразования аналого-цифрового преобразователя. Поэтому результаты последующих преобразований корректируются при помощи этой действительной характеристики.

Автоматическая коррекция влияния температуры свободных концов ТП 1 осуществляется путем подключения посредством коммутатора 4 к входу АЦП 5 термопреобразователя 2 температуры свободных концов ТП 1. Выходной код термопреобразователя 2 с выхода АЦП 5 поступает на первый вход управляемого переключателя 6. С выхода управляемого переключателя 6 под управлением блока 11 управления этот код поступает в вычислительный блок 7, где производится вычисление на его основе температуры свободных концов ТП (с учетом действительной характеристики преобразования АЦП 5) и запоминание ее в ячейке памяти № 3 блока 12 памяти.

При измерении температуры в диапазоне О-1000°С с разрен1ающей способностью 12 разрядов температура свободных концов ТП до 60°С будет представлена кодом, разрядность которого не превышает 7, т.е. 8-разрядный вычислительный блок не переполнится.

Автоматическая коррекция погрешности линейности осуществляется путем подключения с помощью коммутатора 4 к входу АЦП 5 одного из ТП 1, преобразования его сигнала в код, считывания кода с второго входа управляемого переключате пя б вычислительным блоком 7 (разряды 4 - 11) и вычисления по этому коду корректируемого воздействия, записываемого в ячейку памяти N° 4 блока 12 памяти. Вычисление осуществляется по формуле кривой, дополняющей сигнал ТП 1 до линейного значения. В связи с этим погрещность, возникающая из-за-ограничения разрядности вычислительного блока 7, практически соответствует 12-му разряду, так как погрешность линейности всех градуировок ТП меньще 6%, т.е. разрядность вычислительного блока 7, равная 8, достаточна для вычисления корректирующей функции с погрешностью 12ого разряда выходного кода АЦП 5. Аналогичным образом путем считывания кода с второго входа управляемого переключателя б вычислительным блоком 7 под действием блока 11 управления осуществляется расчет коррекции погрешности из-за отклонения действительной характеристики преобразования ТП от стандартной градуировочной характеристики по наперед заданной математической модели (результат вычислений запоминается в ячейке памяти № 5 блока 12 памяти). Так как допускаемые отклонения по нормативным документам не

превышают 2-3% от диапазона измерений, переполнение 8-разрядного вычислительного блока не происходит.

После вычисления частных корректирующих кодов вычислительный блок 7 определяет суммарное корректирующее воздействие NZ по формуле

Nv N,+ ( NI)

+ N;,+ N4+ Nr,

т LV

(1)

где NI, N-j, N,j, N/i, N5 - коды частных корректирующих Е503ДеЙствий, записанные в соответствующих ячейках памяти блока 12 памяти; , поступающий

на второй вход управ:1яемого переклю ч а тел я;

-- код максима.1ьного

показания АЦП 5 (8 старп1их разрядов), равный 10000000.

Вычисле11ное .ЛЛУ 10 значение NN заносится в выходной регистр 9 вычислительного блока 7 под действием блока I1 управления и поступает на второй вход 13 и суммируется с выходным кодом АЦП 5, посту11аюн1им на первый вход сумматора. При этом на выходе сумматора формируется код, пропорциональный измеряемо) температуре, значение которой отображается на индикаторе 9.

При наличии 8-разрядного вычислите.чьного блока цифровой термометр имеет точность 0,050,1 % в широком диапазоне температур О-1000°С. В известном устро11стве такая точность может быть достигнута то.чько при ()вании 12 16-разрядных систем.

Цифровой термометр легко реализуется на базе серийно выпускаемых промыпиченностью больших интегра,-1ьных микросхем и 0 микросхем средней степени интеграции. К качестве аналого-цифрового преобразователя применить, например, серийно выпускаемый промышленностью АЦП двухтактного интегрирования типа Ф4833. Управляемый переключатель может быть выполнен, напри5 мер, на основе БПС параллельного интерфейса серий К580. Вычислительный блок может быть реа,1изован, например, на интегральных микросхемах серии К580 и К155, в качестве вычислительного блока может быть применена любая микро-ЭВМ серии «Электроника.

Формула изобретения Многоточечный цифровой термометр, содержащий термоэлектрические преобразователи, подключенные к входам коммутатора, 5 индикатор, тер.мопреобразователь температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей, вход которого соединен с выходом источника питания, а выход -- с

входом коммутатора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, вычислительный блок, включающий в себя входной и выходной регистры, блок памяти, блок управления и арифметико-логическое устройство, выходы которого соединены с входами блока памяти, блока управления и выходного регистра, а входы подключены к выходам входного регистра, выходам блока памяти и к первым выходам блока управления, другие выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блока памяти, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, входного и выходного регистров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при сохранении разрядности вычислительного блока путем уменьшения разрядности кодов информационных сигналов, подаваемых в вычислительный блок, в него введены сумматор и управляемый переключатель, управляющий вход которого соединен с дополнительным выходом блока управления, выход подключен к входу входного регистра, а входы соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, подключенными к первым входам сумматора, вторые входы которого соединены с выходами выходного регистра, а выходы подключены к индикатору.

Изобретение касается температурных измерений и может использоваться в тех отраслях, где производится измерение температуры с rioMouibro термоэлектрических преобразователей. Цель изобретения - повышение точности измерения при сохранении разрядности вычислительного блока. Устройство содержит термоэлектрические преобразователи (ТЦ) 1, термопреобразователь 2 температуры свободных концов ТП, источник 3 питания измерительной схемы ТЦ, коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, управляемый переключатель 6, вычислительный блок 7, в состав которого входят входной регистр 8, выходной регистр 9, арифметико-логическое устройство 10, блок 11 управления и блок 12 памяти, сумматор 13 и индикатор 14. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет умень1иить разрядность кодов информационных с сигналов, подаваемых на вычислительный блок 7. 1 ил. (Л IsD 05 СХ) СО 1чЭ