Устройство для измерения температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры термопреобразователями сопротивления,

Цель изобретения - повышение точ-п ности измерения путем выбора оптимального тока питания термопреобразователя в широком диапазоне измерений.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения температуры содержит.термопреобразователь 1 сопротивления, первый 2, второй 3 и третий 4 ключи, схему 5 сравнения, .два цифроаналоговых преобразователя (ЦАП) 6 и 7, блок 8 управления, источник 9 тока, операционный усилител 10, суммирующий усилитель 11 с.резистором 12 в цепи обратной связи, источник 13 опорного напряжения, об- . разцовые резисторы 14,1,,,,,I4im с дополтштельными ключами 15,1,.,., 15.т, блок 16 поиска поддиапазона измерения, включающий первую 17 и вторую 18 схемы И, инвертор 19, RS- триггер 20 с сигнализатором 21 обрыва цепи, m управляющих -КЗ-триггеров 22.1,..., 22.m (m-1) схем ШШ 23.1, ..., 23.(m-1), (m-l) выходных схем И 24.I,...,24.(m-l) и (m-1) входных схем И 25,1,...,25.(m-1)р шифратор 26 поддиапазона и токовые ключи 27.1 .,.,27.т.

Блок 8 управления представляет собой цифровой автомат, формирующий последовательность управляющих импульсов в соответствии с ешгорит- мом работы устройства, и может быть реализован на стандартных микросхемах. Шифратор 26 поддиапазона выполнен в виде логической схемы, сигнализирующей о номере поддиапазона измерения.

Устройство работает следуюп111м образом.

Весь диапазон измеряемых температур в зависимости от типа используемого термопреобразователя разбивается на m поддиапазонов. Для каждого поддиапазона устанавливается оптимальное значение измерительного тока I-, пропускаемого через термопреобразователь сопротивления, выбираемое из условия

1; J (,2,...,m) (1)

i

где P, - допустимая мощность

рассеивания;

P.-.максимальное значение

1 MQKC

сопротивления термо- преобразователя в данном поддиапазоне.

При включении устройства по сигналам с блока 8 управления ЦАП 6 устанавливается в начальное нулевое состояние, а термопреобразователь , сопротивления подключается к схеме

сравнения через,ключ .4. I

Преобразование сигнала осуществляется в два такта. В первом такте замыкается, ключ 3, при этом имеющийся на входе схемы сравнения сигнал

помехи, дрейфа нуля и другие паразитные сигналы взвещиваются с по- мощьюгЦАП 6, аналоговый сигнал с которого через сум1 шрующий усилитель 11 поступает на второй вход схемы

сравнения. По окончании взвешивания сигнал на выходе ЦАП 6 ( ) запоминается на время второго такта.

Во втором такте замыкается ключ 2 и по сигналу Пуск осуществляется поиск поддиапазона измерения, при этом триггера 20, 22,1 ,... ,22,т устанавливаются в О, все разряды ЦАП 7 - в 1, а блок управления формирует последовательность импульсов

поиска поддиапазона, Первь:й импульс из этой последовательности вызывает срабатывание триггера 22.1, который включает ключи 27.1 и 15.1. При этом по цепи: источник 9 тока, ключ

27,1, ключ 2, термопреобразователь 1, ключ 3, операционный усилитель 10, общая шина устройства, источник 9 тока протекает ток 1, величина которого удовлетворяет условию (1)

для первого поддиапазона.

Полученное при этом падение напряжения на термопреобразователе Y сравнивается с напряжением

м и,,,+и,, (2)

1.1

где и - напряжение ЦАП 7, равное максимальному значению щкалы измерения; и - напряжение источника опорного напряжения; Rp - сопротивление резистора 1 2 в цепи обратной связи усилителя 11; R ,., - сопротивление резисто 1 pa 14.1.

Если U , то на выходе схемы сравнения О, а на выходе инвертора 1 9 и входе схемь: И 1 7 - 1. По

3

окончании сравнения сигналов U и П блок управления формирует единичный импульс Обрыв цепи, который при и и проходит через схему И 17 и включает триггер 20 с сигнапиза- тором 21,

При Uj( Uj, на выходе схемы сравнения 1, а на входе схемы 17 - О В этом случае импульс Обрыв цепи проходит через схему И 18 на блок 8 управления, который устанавливает ЦАП 7 в О, после чего в зависимости от результата сравнения ключи 27; и 15.1 остаются включенными, если

(3)

и.

и..

-и„ I---.

я

и выключенными, если U U , При этом второй импульс Поиск поддиапазона проходит через схемы И 25.1 и 23.1 и вызывает срабатывание триггера 22.1, выходной импульс которого вклю-г чает через схему И 24.1 триггер 22.2, по сигналу которого замыкаются ключи 27;2 и 15.2.

Если в этом случае

(3)

и

Э2

ицс,

Б

R

1.2

где R - сопротивление резистора

14.2,

то поиск поддиапазона на этом прекращается, ключи 27.2 и 15.2 остаются включенными. Если U u , то следующий импуль,с поиска проходит через соответствующие схемы 23,24,25 и включает следующий триггер и ключи, и т.д. до последнего поддиапазона после чего иа выбранном поддиапазоне осуществляется взвешивание измеряемого сигнала с помощью ЦАП 7, на выходе которого формируется эталонное напряжение до получения равенства

и

Эр. о

и

ЦОП6

+U

+IH

ас

R

ЦОП 7

.

R.

где и. - сигнал помехи (дрейфа

нуля) измерительной цепи;

- ток питания термрпреоб- разователя в данном поддиапазоне;

- измеряемая величина сопротивления ;

- начальный уровень шкалы в данном поддиапазоне;

-аналоговый сигнал на выходе ЦАП 7;

-сопротивление резистора 14.п.

5

. 10

Так как Пзр.й Ц

1-ЦС1П 6

а значения

резисторов 12 и 14.п выбираются такими, чтобы на каждом поддиапазоне выполнялось равенство ,uR UupirTr i то выражение вид:

(5) преобразуется в (6)

лК и,

г

- Сцап f

Согласно этому выражению напряже-. . ние на выходе ЦАП 7, а следовательно,

и код его являются эквивалентом из- меряемой величины, из которого исключены сигналы помехи, дрейф нуля измерительной цепи и начальный уровень шкалы, что обеспечивает высокую точность измерения. Одновременно с измерительной информацией выдается код номера поддиапазона с выхода шифратора, на входы которого подаются сигналы с выходов управляющих триггеров..

20

25

5 , 30

35

40

45

50

S5

Формула изобретения

1. Устройство для измерення температуры, .содержащее термопреобразователь сопротивления, токовые выводы которого соединены с выходами первого и второго ключей, а первый потенциальный вывод подключен через третий ключ к первому входу схемы сравнения, соединенной с общей шиной устройства, второй вход которой подключен к выходу суммирующего усилителя с резистором в цепи обратной связи, неинвертируюшзяй вход которого соединен с общей шиной устройства, а инвертирующий вход подключен к аналоговым выходам двух цифроаналого- вых преобразователей, опорные входы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, а первые управляющие входы соединены с выходом схемы сравнения, блок управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего ключей и вторыми управляющими входами циф- роаналоговых преобразователей, источник тока, первый выэод которого соединен с общей шиной устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения путем выбора оптимального тока пи

5

тания термопреобразователя, в него введены m токовых ключей по числу поддиапазонов измерения, шифратор поддиапазона, операционный усилител m образцовых резисторов, m дополнительных ключей и блок поиска поддиапазона измерения, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнния, второй вход соединен с первым дополнительным выходом блока управления, третий вход подключен к третьему управляющему входу второго цифроаналогового преобразователя, соединенному с третьим дополнительным выходом блока управления, m дополнительных выходов которого соединены соответственно с га управляющим входами блока поиска поддиапазона измерения, первый выход которого соединен с вторым входом блока управления, а m управляющих выходов соединены с управляющими входами шифртора поддиапазона, дополнительных ключей и токовых ключей, включен- ных между выходами источника тока и входом первого ключа, причем дополнительные ключи включены между инвертирующим входом суммирующего усилителя и -первыми выводами обрацовых резисторов, вторые выводы ко рых подключены к источнику onoci HO го напряжения, второй потенциальны вывод термопреобразователя соедине с инвертирующим входом операционно усилителя, неинвертирующий вход ко торо то соединен с общей шиной устройства, а выход подключен к входу второго ключа,

2, Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что блок по

Редактор А, Лежнина

Составитель В, Куликов

Техред В.Кадар Корректор М. Демчик

Заказ 6657/33Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауи1ская наб., д. 4/5

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

иска поддиапазона измерения содержит m управляющих RS-триггеров, т-1 входных и т-1 выходных схем И, т-1 схем ИЛИ, инвертор и RS-триггер с сигнали- затором обрыва цепи термопреобразователя, S-вход которого соединен с выходом первой схемы И, входы которой соответственно соединены с первым входом второй схемы И и выходом инвертора, подключенного входом к второму входу второй схемы И, выход которой соединен с выходом блока поиска поддиапазона измерения, первый, второй и третий входы которого соответственно подключены к входам второй схемы И и R-входу RS-триггера с сигнализатором обрыва цепи, соединенному с К-входом последнего управляющего триггера и первыми вхо- дами схем ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с первыми входами выходных и выходами входных схем И, а выходы подключены к R-BXO- дам управляющих триггеров, за исключением последнего триггера, инвертирующие вЪ1ходы которых подключены к вторым входам выходных схем И, выходы которых соответственно соединены с S-входами управляющих триггеров , за исключением первого , при зтом прямые выходы управляющих триггеров соединения с управляющими выходами блока под- диапазона измерения , н управляю- щих входов которого соединены соответственно с S-входом первого управляющего триггера и первыми входами схем и , вторые входы которых соедине ны с входом инвертора .

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры тер- мопреобраэователями сопротивления. Цель изобретения - повышение точности измерения, Устройство содержит термопреобразователь сопротивления 1, ключи 2,3,4, схему сравнения 5, цифреаналоговые преобразователи 6 и 7, блок управления 8, источник тока 9, операционный усилитель 10, суммирующий усилитель 1I с резистором 12 в цепи обратной связи, источник опорного напряжения 13, образцовые резисторы 14 с ключами 15, блок поиска поддиапазона измерения. 16, включающий в себя схемы И 17,18 и инвертор 19, RS-триггер 20 с сигнализатором обрыва цепи 21, управляющие триггеры 22, схемы ИЛИ 23, входные схемы И 25, шифратор поддиапазона 26, тактовые ключи 27. Введение новых -элементов и образование новых связей между элементами устройства обеспечивает оптимальный ток питания термопреобразователя в широком диапазоне измерений. 1 з.п. ф-лы. 1 ил. с S (Л N3 О5 (Х ю N