Цифровой измеритель температуры Советский патент 1987 года по МПК G01K7/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для измерения температуры с нелинейной выходной характеристикой первичного преобразователя, например платинового термометра сопротивления.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графики напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит измерительный мост 1 с термозависимым сопротивлением в одном из плеч, усилитель 2 разбаланса, источник 3 опорного напряжения, первый ключ 4, второй ключ 5, третий ключ 6, инвертор 7, сумматор 8, первый интегратор 9, второй интегратор 10, элемент 11 сравнения, блок 12 управления, генератор 13 тактовых импульсов, четвертый ключ 14, реверсивный счетчик 15, блок 16 индикации . I

Устройство работает следующим образом.

Предварительно по команде блока 12 управления производится обнуление первого интегратора 9, второго интегратора 10 и счетчика 15. Одновременно по команде блока 12 управления приводятся в исходное состояние ключи 4- 6и 14 (в се ключи закрыты).

Аналого-цифровое преобразование начинается по команде блока I2 управления, который открьшает ключи 4, 5 и 14, снимает обнуляп1ие сигналы с первого интегратора 9, второго интегратора 10 и счетчика 15, и начинается первый такт работы устройства При этом на первый вход сумматора 8 поступает через инвертор 7 усиленное усилителем 2 напряжение разбаланса (-Un), а на второй вход - напряжение опорного источника (Uo) Первый интегратор 9 начинает интегрировать напряжение (U;, - Uy), поступающее на его вход с выхода сумматора 8, второй интегратор 10 интегрирует выходное напряжение первого интегратора 9, счетчик 15 начинает подсчитывать иьшульсы от генератора 13 в режиме прямого счета, задаваемого блоком 12 управления подачей соответствующего сигнала на управляющий вход счетчика 15. Процесс интегрирования

1281922

происходит

в течение заданного интервала времени t, (фиг.2).

( Интервал времени интегрирования

задается моментом начала счета

0

5

0

0

счетчика 15 и кончается в момент переполнения счетчика 15. Импульс переполнения по окончании заданного интервала времени t, поступает на второй вход блока 12 управления, который обнуляет первый интегратор 9, закрывает ключи 5 и 14, открывает ключ 6 и задает режим обратного счета счетчику 15 подачей соответствующего сигнала на его управляющий вход.

5 При этом на первый вход сумматора 8 поступает через инвертор 7 напряжение опорного сигнала (-Ug) обратной полярности. Начинается второй такт работы устройства, состоящий в интегрировании напряжения (-U) первым интегратором 9. Выходное напряжение интегратора 9 поступает на вход второго интегратора 10 и разряжает его.

Во время второго такта работы устройства импульсы генератора 13 через ключ 4 продолжают поступать на счетчик 15, который работает в режиме обратного счета. Второй такт и весь процесс измерения оканчиваются одновременно в момент, когда выходное напряжение второго интегратора 10 становится равнь1м нулю. В момент равенства нулю срабатывает элемент 11 сравнения, по сигналу которого блок

5 12 управления закрывает ключ 4. Фактически счетчик 15 измеряет время, второго такта, подсчитывая импульсы, поступающие с генератора 13. После процесса аналого-цифрового преобразования код в счетчике 15 прямо пропорционален измеряемой температуре, и по команде блока управления полу- ченньш код передается из счетчика 15 в блок 16 индикации. При следую5 щем измерении описанный процесс повторяется .

Температура, подлежащая измерению, воздействует на термометрическое сопротивление моста 1, величина сопро- 0 тивления R которого в зависимости от температуры изменяется по закону

R RO d+AT-BT ) ,

(1)

где

RO 5

значение сопротивления при

0°С;

постоянные коэффициенты;

температура, С.

А, В - Т Если выразить температуру в уравнении (1) через сопротивление R, то получим

Jr-L7 1 ЗГ

2В Г2В г,

RO В

Напря жение разбаланса, поступающее с выхода измерительного моста Г, равно

и К„(К - RJ,

(3)

где К - коэффициент преобразования

моста I.

Напряжение разбаланса, усиленное усилителем 2, равно

Uy (R - RJ (4) где Ку - коэффициент усилителя 2. Описанная работа предлагаемого устройства основана на последовательном инте рировании разности опорного

сигнала (Ug) и выходного сигнала усилителя 2 (Uq) первым интегратором 9, а затем вторым интегратором 10 в течение заданного интервала времени t. Во время первого такта интегрирова- ния выходное напряжение первого интегратора 9.описывается зависимостью

U,(t)Kj (),(U -U,,)t.(5 где Kv - коэффициент интегратора 9.

На выходе второго интегратора 10 напряжение определяется соотношением

и

U,,(t)K,J U,(t),J К (Uo Uj ) tdt

- -i-iS

(Uo - Uy)t

(6)

где K,g - коэффициент интегратора lO. По окончании интервала времени tf на выходе интегратора 10 формируется напряжение

Ко К|о

(Uo - Uy) t,.

Первый интегратор разряжается до нуля подачей импульса обнуления, а на его вход подается напряжение опорного источника 3 через инвертор 7. Во время второго такта интегрирования выходное напряжение первого интегратора 9 описывается зависимость U,(t)K, (-U),. (7) Разряд второго интегратора 10 происходит по закону

и,о (t)-f-(Ue-u )tVK,J K,

2 0 j

щ(- п н -

(8)

2 2

В процессе разряда второго интегратора измеряется время t.

После полного разряда получается уравнение

гтт п w - -i5. 2 ° 2

Выразив время, измеряемое счетчиком 15, получим, чтс оно не зависит от коэффициентов К и К,о .

(9

10

15

t .,Ц (,о,

Времена t и t, равны

t, N,/f ;(11)

t Y-- 2)

где f - частота следования импульсов от генератора 13; NJJ - максимальная емкость счетчика 15;

N - код в счетчике по окончании второго такта интегрирования.

Учитывая (11) и (12), перепишем уравнение (10)

N N, - (13)

JUo

Максимальную емкость счетчика 1, напряжение опорного источника U, коэффициенты К,., К выбираем таким

образом

N. 2iV о

(14) (15)

30

35

40

45

50

55

С учетом (4), (14) и (15) уравнение (13) перепишется

2ГЧФ --д- Сравнивая (16) и (2),.видим, что

код в счетчике 15 равен измеряемой

температуре Т.

Формула изобретения

Цифровой измеритель температуры, содержагций мост с термопреобразователем в одном из плеч, выход которого подключен к входу усилителя разбаланса, инвертор, выход которого соединен с первым входом сумматора, два последовательно соединенных интегратора, источник опорного напряжения, элемент сравнения, четыре ключа, генератор тактовых импульсов, двоично-десятичный счетчик, блок управления, блок индикации, причем управляющие входы ключей, входы обнуления и переключения знака сложения двоично-десятичного счетчика, управляющий вход устройства индикации, а также входы обнуления интеграторов соединены с выходом блока управления, а выход генератора тактовых импульсов соединен через первый ключ с входом двоично-десятичного счетчика, выход которого соединен с входом блока индикации, отличающий5128

с я тем, что, с целью повышения точности за счет устранения влияния долговременной и температурной нестабильности коэффициентов передачи интеграторов на результат измерения, 5 выход усилителя разбаланса соединен с входом инвертора через второй ключ, выход источника опорного напряжения через третий ключ соединен с входом

ti3(t)

t u,,ia

226

инвертора и через четвертый ключ с вторым входом сумматора, выход которого соединен с входом первого интегратора, а выход второго интегратора подключен к входу элемента сра нения, выход которого и выход переполнения двоично-десятичного счетчика соединены с входами блока управления .

Редактор О.Бугир

Составитель Е.Зыков

Техред Л.Олейних Корректор Т.Колб

Заказ 7254/37 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полигра4мческое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4

9и.г,2

Устройство относится к измерительной технике и предназначено для измерения температуры. Целью изобретения является повьшение точности измерения за счет исключения влияния долговременной нестабильности элементов измерителя температуры. Устройство включает измерительный мост 1, усилитель 2 разбаланса, источник 3 опорного напряжения, четыре ключа 4-6, 14, инвертор 7, сумматор.8, два последовательно соединенных интегратора 9, 10, элемент 11 сравнения, блок 12 управления, генератор 13 импульсов, счетчик 15, блок 16 индикации. Линеаризация характеристики термосопротивления происходит за счет определения корня уравнения вида R Кд(1+АТ-ВТ), где RO- сопротивление при О С; А, Б - постоянные коэффициенты; Т - температура,с. Корень уравнения определяется двумя тактами интегрирования, что обусловлено новыми связями в устройстве (заряд и разряд последовательно соединенных интеграторов), это позволяет исключить нестабильность аналоговых элементов. 2 ил. с и (Л N9 сх to N9