Устройство для измерения температуры Советский патент 1987 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для- измерения температуры с автоматической коррекцией аддитивных ,. погрешностей узлов измерительного канала, и может быть использовано при создании цифровых устройств для дистанционного измерения различных фи-s зических величин,Ю

Целью изобретения является noBbmie- ние точности измерения.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из аналоговой части 1, которая располагается в непосредственной близости от объекта или на самом объекте, и ци фровой части 2 р удаленной от объекта контроля.

15. Выход цифроаналогового преобразователя 15 соединен с первым входом сумматора 6, у которого второй вход соединен с выходом задатчика 16 начального смещения,,

В .качестве преобразователей температуры в напряжение в устройстве могу быть,использовань как термоэлектрические преобразователи, так и термопреобразователи сопротивления, включенные в схему, формирующую сигнал, пропорциональный сопротивлению термообразователяо В первом случае 15 в качестве калибраторов могут быть использованы источники напряжения с определенным значением напряжения, во втором - эталонные термостабильные резисторы, включенхше также как и термопреобразователи сопротивления.

Блок 9 цифровых фильтров вьшолнен в виде перестраиваемого фильтра верхних частот.

Форьшрователь 13 сброса, представ20

Аналоговая часть 1 устройства содержит преобразователи температуры в напряжение с калибраторами 3.1,..., З.п, имeющи ш по два выхода (калибровочные tt и рабочие Ь), коммутатор 4, входа которого соединены с ка- 25 ляет собой схему преобразования кодо- либровочнымн и рабочими выходами пре- вого сигнала в короткий инттульс, ис- образователей 3.1 ,-.. . ,3,п„ а выход пользуемьй для сброса счетчика в. подключен к второму входу нормир-ующе- нуль.

го преобразователя 5, первый вход ко- Устройство работает следующим об- торого соединен с выходом сумматора зо разом.

При включении питания и подаче стартового сигнала на первые входы генератора II тактов : задатчика 16 начального смещения генератор начинает вьфабатьшать последовательность тактовых импульсов с периодом, равным периоду следования калибровочных

6, преобразователь 7 напряжение - частота, вход которого соединен с выходом нормирующего преобразователя 5, а подключен к входу демуль- типлекссра 8, у которого выход of соединен-с первым йходом блока 9 цифровых фильтров, а второй и последую35

щие выходы в,,.,.,в , на которые коммутируются измерительные каналы, соединены соответственно с первым и по- ся фиксированное значение напряжения

и измерительных тактов устройства, а на выходе задатчика 16 устанавливает

следующим входами многоканального измерительного прибора 10, реализуемого, например5 на основе частотомера. Работу узлов устройства синхронизирует генератор. 11 тактов, выходом , сое;Е1иненный с входом счетчика 12 вы- бора каналов. Первый информагщонный выход счетчика 12 каналов соединен с управляющими входами коммутатора 4 и демультиплексора 8, а его второй информационный выход соединен с входом формирователя 13 сброса и управляющим входом 9 блока цифровых фильтров. Выходы блока 9 цифровых фильтров и формирователя 13 сброса соединены

45

50

Uj, . Для использования только однопо лярного выходного напряжения цифро- аналогового преобразователя (ЦАП) 15 напряжение U выбирается противоположным по знаку последнего и величиной, превьш с1ющей о кидаемое максимальное значение напряжения смещения нуля преобразоватвльного канала с учетом его Температурного дрейфа и действия термо-ЭДС в

При приходе первого импульса с генератора П тактов на счетчик 12 выбора каналов последний сигналог-з с первого информационного выхода, воз- действ зпоще го -ка управляющие входы.

- - - - --,.,-.СС

соответственно с первьЫ и установоч- ког мутатора 4 и демулгатиплексора 8,

нь1м входами двоичного счетчика 14, который своим выходом соединен с входом дифроаналогового преобразователя

,.

15. Выход цифроаналогового преобразователя 15 соединен с первым входом сумматора 6, у которого второй вход соединен с выходом задатчика 16 начального смещения,,

В .качестве преобразователей температуры в напряжение в устройстве могу быть,использовань как термоэлектрические преобразователи, так и термопреобразователи сопротивления, включенные в схему, формирующую сигнал, пропорциональный сопротивлению термообразователяо В первом случае 5 в качестве калибраторов могут быть использованы источники напряжения с определенным значением напряжения, во втором - эталонные термостабильные резисторы, включенхше также как и термопреобразователи сопротивления.

Блок 9 цифровых фильтров вьшолнен в виде перестраиваемого фильтра верхних частот.

Форьшрователь 13 сброса, представ0

5 ляет собой схему преобразования кодо- вого сигнала в короткий инттульс, ис- пользуемьй для сброса счетчика в. нуль.

ся фиксированное значение напряжения

и измерительных тактов устройства, а на выходе задатчика 16 устанавливается фиксированное значение напряжения

Uj, . Для использования только однопо- лярного выходного напряжения цифро- аналогового преобразователя (ЦАП) 15 напряжение U выбирается противоположным по знаку последнего и величиной, превьш с1ющей о кидаемое максимальное значение напряжения смещения нуля преобразоватвльного канала с учетом его Температурного дрейфа и действия термо-ЭДС в

При приходе первого импульса с генератора П тактов на счетчик 12 выбора каналов последний сигналог-з с первого информационного выхода, воз- действ зпоще го -ка управляющие входы.

подготавливает канал преобразования к калибровке путем подключения на его вход кшгабровочного выхода и первого

преобразователя 3.1 и выхода «i де- мультиплексора 8 к входу блока 9 цифровых фильтров. Одновременно сигналом с его второго информационного выхода производится включение блока 9 цифровых фильтров с настройкой на первое установочное значение частоты f ном соответствующее калибровочному значению сигнала первого преобра- зователя 3.1 (например, соответствующее величине сопротивления R в случае использования термопреобразовате- лей сопротивления), и через формирователь 13 сброса - установка двоичного счетчика 14 в состояние с нулевым кодом. При выходном нулевом коде счетчика 14 сигнал на выходе ЦАП 15 равен нулю, а величина выходного напряжения сумматора 6 равна U д,. При этом выходное напряжение. , норми- рутацего преобразователя определяется

lH,v Uki tU, - Uo,) и,,,„ ,

(О

где К - коэффициент передачи нормирующего преобразователя 5; Ug - напряжение смещения в цепи

прохождения сигнала, обусловленное смещением нуля и его дрейфом, а также действием термо-ЭДС;

номинальное значение напряжения на выходе преобразователя 7 напряжение - частота, соответствующее установочному значению частоты . ходного сигнала.

В силу справедливости неравенства (1) частота выходного сигнала f.

-г«ых

меньше установочного значения f так как

{ вЬ1Х k-1 - е ot 1ном

(2)

где f.:, , fj, и f р - значение частот соответствующие величинам Uj, , IIj соответственно, и сигналы этой частоты через блок 9 цифровых фильт- ров в виде импульсов начинают поступать на в ход двоичного счетчика 14. При этом первый импульс, зафиксированный счетчиком 14, устанавливает выходное напряжение ЦАП 15, равное ,йи, что влечет за собой.уменьшение выходного напряжения сумматора 6 на эту же величину, В этом случае выражения (1) и (2) принимают вид

к(и t Uc - и

01 + и)

(3)

+ Jf

t f, - f „, . i.

4S(.tX т d J. - i. , - J-c - 01 --INOM

где if - приращение выходной частоты преобразователя 7 напряжение - частота при изменении входного корректирующего напряжения на величину dU.

Если блок 9 цифровых фильтров пропускает второй импульс выходной частоты на двоичный счетчик 14, а последний через ПАП 15 и сумматор 6 изменяет входное корректирующее напряжение на входе канала преобразования на величину 2AU, то это говорит о том, что условие выбранного соответствия между и fjjjoM. остается - не выполненным. При этом выражения (3), принимают вид

K(U., t Uc -.и

01

2dU) (4)

+ 2д

K1

t fc - f

0-1

Циклы прохождения импульсов через блок 9 цифровых фильтров при соответ- ствугацих изменениях величины корректирующего напряжения, определенного разностью и 5 - пли и выходной частотой преобразователя напряжение - частота, повторяются до тех пор, пока не выполняется очевидное условие

U,j,, i ном

к(и

ki

Uc - Uoi + n4U) °(5)

nif f

fc-l

e1

t fc - f

(5)

40

45

eg 55

где и. -„ - величина калибровочного

I я

значения входного сигнала;f - установочное значение

частоты выходного сигнала;

п - число итераций, за которое реализуется такт кор- рекщт.

На этом такт калибровки зак нчива.- ется и обобщенная функция f j, f(Rj) учитывает все аддитивные составляющие погрешности канала преобразования. Таким образом, перед тактом измерения на входе канала преобразования зафиксирована величина напряжения смещения, учитывающая смещение и дрейф нуля, а также термо-ЭДС, действуняцую в канале преобразования.

По окончании такта калибровйи вторым тактовым импульсом с выхода генератора 11 счетчик 12 выбора каналов действием своего сигнала с первого информационного выхода на равляю- щие входы коммутатора 4 и демульти- плексора 8 производит отключение калибровочного выхода а и подключение измерительного выхода t первого преобразователя 3.1, отключение выхода d, демультиплексора 8 и подключение

его выхода fe, на первый вход измерительного прибора 10, что соответствует условиям начала такта измерения Реализация такта измерения заключается в том, что напряжение сигнала преобразователя 3.1 через коммутатор 4 и нормирующий преобразователь 5, просуммированное с выходным напряжением сумматора 6, преобразовано в соответствующее значение выходной частоты преобразователя 7 напряжение-частота которое через демультиплексор.8 поступает для фиксирования на измерительный прибор 10.

Далее третий импульс с выхода генератора 11 тактов поступает на вход счетчика 11 выбора каналов и последний сигналом с первого информадион- Ного выхода через коммутатор 4 подключает калибровочный выход и второго преобразователя 3.2 к , а выход й(, демультиплексора В - к выходу канала преобразования для реализации нового калибровочного такта. Одновременнс сигналом с второго информационного выхода счетчика 12 выборов канала производится переключение элементов блока 9 цифровых фильтров для его настройки на новое значение устано

вочной частоты f,

1 ио«

и через формирователь 13 сброса - установка счетчика 14 в нулевое состояние. При этом, как ив предыдущем калибровоч- ном такте, выходное напряжение на выходе сумматора 6 оказьшается равным Uj,;j .

Калибровочный такт начинается при подключении калибровочного иапряже-. ния UK.,, пропорционального со против- лению R QJ второго эталонного сопротивления преобразователя 3.2, к входу канала пр бразованйя и блока 9 цифровых фильтрой, верхняя граничная частота которого равна установочному значению .

Выходное напряжение Ъ . нормиL 9Ь

рующего преобразователя и выходная частота канала преобразования определяются условиями

K(UK, t DC - Uo, ) и

2. ном (6)

t f, ft,-,

- 2 eux кг - D-i -iHuiw

Данный такт коррекции по реализации аналогичен предыдущему такту кор- рекдии и может отличаться числом итераций п. Новый такт измерения, ре- зультат KOTOjjoro фиксируется при коммутации на второй вход измери тельно- го прибора 10, также аналогичен в реализации предьщущему измерительному такту.

Двойные такты в работе устройства повторяются до тех пор, йока не завершится такт измерения последним преобразователем З.п, после чего счетчик 12 выбора каналов сигналом с третьего выхода одновременно заблокирует прохождение с генератора 10 Тактовых импульсов и выключает задат- чик начального смещения.

0

5

0

5

0

5

Формула изо.брате ния

Устройство для измерения тет шегра- туры, содержащее преобразователи температуры в напряжение с калибратора- ,ми, подключенные к входам KOMMYTETO- ра, цифроаналОговый преобразователь, нормирующий преобразователь, первый вход которого соединен с выходом сум- маТора, счетчик выбора каналов, вход которого соединен с выходом генератора тактов, а первый информационный выход подключен к управляющему входу коммутатора, и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повьш ения точности при ди-.-i станционных измерениях, в него введены задатчик начального смещения, блок цифровых фильтров, демультиплексор, двоичный счетчик, формирователь сброса и преобразователь напряжение - частота, вход которого соединен с выходом нормирующего преобразователя, а в.ыхо,д соединен с входом дем льти- плексора, один из выходов которого соединен с в ходом блока цифровых фильтрой, остальные выходы подключе- ны к измерительному прибору, а угфав- ляющий вход подключен к первому информационному выходу счетчика выбора

713321608

каналов, второй информационный выходрой вход сумматора соединен с выхокоторого соединен с управляющим вхо-дом задатчика начального смешения,

дом блока цифровых фильтров и черезпервый вход которого соединен с вхоформирователь сброса подключен к дом запуска генератора тактов, а втоустановочному входу двоичного счетчи-рой вход подключен к третьему выходу

ка, вход которого соединен с выходомсчетчика выбора каналов, соединенноблока цифровых фильтров, а выходы«у с управляющим входом генератора

подключены к входу цифроаналоговоготактов, при этом выход коммутатора

преобразователя, выход которого сое- дподключен к второму входу нормирующединен с первым входом сумматора, вто-го преобразователя.

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения. Для использования только однополярного выходного напряжения цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 15 напряжение UQ,, установленное на выходе задатчи- ка 16, выбирается противоположным по знаку ЦАП 15 и величиной, превышающей ожидаемое максимальное значение напряжения смещения нуля преобразовательного канала с учетом его температурного дрейфа и действия термо-ЭДС. Перед тактом измерения на входе канала преобразования будет зафиксирована величина .напряжения смещения, учитывающая смещение и дрейф нуля, а также термо-ЭДС, действующую в канале преобразования. Реализация такта измерения заключается в том, что напряжение сигнала преобразователя 3.1 через коммутатор 4 и нормирующий преобразователь 5, просуммированное с выходным напряжением сумматора 6, будет преобразовано в соответствующее значение выходной частоты преобразователя 7 напр яжение-код, которое через демультиплексор 8 поступит для фиксирования на измерительный прибор 10. 1 ил. (Л Од оо to О5