Цифровой измеритель температуры Советский патент 1987 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к температурным измерениям, а точнее.к цифровым измерителям температуры с коррекцией нелинейности термопреобразователя, и моЖет быть использовано в системах измерения температуры при про- изводстве изделий микроэлектроники.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры за счет компенсации погрешности, возникающей из-за отличия реальной гра- дуировочной характеристики термопреобразователя от номинальной стати ческой. ,

Дополнительная цель изобретения - повьшение надежности работы и сокращение времени подготовки к работе.

На фиг.1 представлена блйк-схема цифрового измерителя температуры; на фиг.2 - блок-схема блока коррекции; на фиг.З - зависимость выходных сигналов преобразователя код-код и скорректированного результата измерения от выходных сигналов термопреобразо-

в ателя.

I ..

Цифровой измеритель содержит последовательно соединенные термопреобразователь 1, аналого-цифровой преобразователь 2, преобразователь 3 код- код и блок 4 коррекции, блок 5 индикации, блок 6 ввода поправок, мультиплексор 7, блок 8 памяти и батарейный источник 9 питания для питания блока 8 памяти,

Блок 4 коррекции (фиг.2) содержит реверсивньй счетчик 10.импульсов, блок 11 сравнения кодов, первьй 12, второй 13, третий 14 и четвертьй 15 блоки вычитания, первьй 16, второй 17 и третий 18 сумматоры, перемножитель 19, блок 20 деления, первьй 21, второй 22, третий 23 и четвертьй 24 регистры, генератор 25 импульсов, первьй 26 и второй 27 логические эле- менты И, две линии 28 и 29 задержки, инвертор 30 и формирователь 31 импульсов

Измеритель температуры работает следующим образом.

Температура, подлежащая измерению воздействует на термопреобразователь 1. В аналого-цифровом преобразователе 2 выходной сигнал (Т) термопреобразователя преобразуется в парал- лельньй код (T), пропорциональ- ньй значению температуры Т, где К - коэффициент преобразования аналого- цифрового преобразователя 2. По окон

5

0 5

0 5

6

чании преобразования аналого-цифровой преобразователь 2 выдает команду на управляющий вход преобразователя 3-код-код, по которой последний преобразует поступающий на него код N в код Нд., соответствующий температуре, измеряемой термопреобразователем 1.

Преобразователь 3 код-код осуществляет линеаризацию методом кусочно- линейной аппроксимации номинальной статической характеристики термопреобразователя 1 и может быть реализован так же, как и в прототипе.

Реальная градуировочная характеристика термопреобразователя 1 отличается от номинальной статической. Вследствие чего при неучете этого фактора может возникать погрешность измерения, которая достигает 10°С для некоторых типов термопреобразователей..

Для получения правильных результатов измерения необходимо скорректировать результат преобразования на выходе преобразователя код-код. Необ- ходимьй алгоритм коррекции поясняется зависимостью (фиг.З), на которой приведены отрезки зависимости выходных сигналов преобразователя код-код от выходного сигнала термопреобразователя (верхняя кривая) и отрезки зависимости желаемых (скорректированных) результатов преобразования (нижняя кривая).

На фиг.З использованы следующие обозначения: Т. - значения температуры, для которых .известны значения выходных сигналов термопреобразователя; ЛТ: - погрешность измерения температуры Т при использовании реального термопреобразователя без коррекции выходных сигналов преобразователя 3; Т:+Л1- - результат преобразования преобразователем 3 код-код значения U выходного сигнала термопреобразователя; N - результат преобразования преобразователем 3 код- код значения V выходного сигнала термопреобразователя; Т, - желаемый (скорректированный) результат преобразования в точке Uy. Из рассмотрения треугольников ABC и AGC следует

EF Так как

GCC DE

-Т:

.LCZIX 1ЧСЧ ,f,-i - , UV.-J.J-1J.1

., -ЛТ., ; .,то

Т Т- чет . J+iTi-T.,KN :-Tj-,.)

записываются в регистры 21 и 22 по заднему фронту счетных импульсов.

сумматоре

Tj-T,..,.,

Предварительно в блок 8 памяти зано- сятся вручную значения Т- и ЛТ- для всех точек j (,2,...,п), взятые из реальной характеристики используемого термопреобразователя. Для этого блок ввода поправок формирует сигнал на своем управляющем выходе, по ко- 10 торому мультиплексор 7 подключает адресный выход блока 6 ввода поправок к адресному входу блока 8 памяти. После этого с помощью блока ввода поправок набирается код адреса и зна- 15 сравнения кодов закрывает логический чения Т,- и ЛТ . Код адреса через элемент И 26 и открывает с помощью мультиплексор 7 поступает на адресный вход блока 8 памяти и выбирает необКоды T.+JT- суммируются в 17, с выхода которого код Т.+лТ поступает на вход блока 11 сравнения кодов, на другой вход которого посту пает код Ь с выхода регистра 23, вход которого подключен к выходу пре образователя 3 код-код. Блок 11 срав нения кодов срабатывает как только значение кода T;+JT становится боль

L

ше или равно значению кода N,,. Сигнал нулевого уровня с выхода блока 11

инвертора 30 логический элемент И 27 При этом прекращается поступление импульсов на суммирующий счетный вход 20 счетчика 10 импульсов, а также входы записи регистров 21 и 22 и разрешает ся прохождение импульсов с выхода генератора 25 на вход линии 29 задержки. В регистрах 21 и 22 сохраняходимую область памяти, значения Т- и /IT. поступают на информационные входы блока 8 памяти. После этого блок 6 ввода поправок формирует сигнал, поступающий на вход записи блока 8 памяти. По этому сигналу в блок

8 памяти по выбранному адресу записи-25 ются коды Т, и Т-, одновременно при ваются значения и JT .. После зане- срабатывании блока 11 сравнения кодов сения значений Т- и лТ . по всем адре- запускается формирователь 31 импульсам j блок 6 ввода поправок снимает сов.

сигнал со своего управляющего выхода. Одиночньй импульс с выхода формй30

При этом мультиплексор 7 подключает к адресному входу блока 8 памяти адресный выход блока 4 коррекции. После этого цифровой измеритель готов к работе.

Блок 6 ввода поправок может быть реализован по стандартным .схемам на соответствующих микросхемах в соответствии с рекомендациями по их применению, например микросхемах серии К580 и К155,

Блок 4 коррекции работает следующим образом.

Генератор 25 импульсов (фиг.2) вь1рабатывает последовательность импульсов, которые пройдя через логи- ческий элемент И 26 (на другом входе элемента И 26 установлен уровень логической 1), поступают на суммирующий счетный вход реверсивного счетчика 10 импульсов и на входы записи регистров 21 и 22. Возрастающий на единицу с каждым очередным счетным - импульсом код j (,2,...,п), снимаемый на выходе счетчика 10 поступает через мультиплексор 7 на адресный вход блока 8 памяти. При этом с выхода блока 8 памяти на вход регистра

35

рователя 31 поступает на вычитающий счетный вход реверсивного счетчика 10 импульсов. При этом код на выходе счетчика 10 уменьшается на единицу и на входе - блока 8 памяти ус- танавливается адрес (j-1). С выхода блока В памяти на второй вхо;; блока 4 коррекции поступают коды

Tj.f и /IT

J-1

Причем на первые

40

45

50

55

входы блоков 14 и 12 вычитания и на входы сумматора 16 поступают коды Т,;., , а на входы блоков 15 и 13 вы- читания - коды Т у.,. После окончания операций вычитания, суммирования, перемножения и деле ния кодов с выходов блоков 14, 12, 15 и 13 вычитания будут сниматься коды (NJj-TjV,), (Tj- -Tj.., ), (N;-Tj,,-dT), (iT.,, ), соответственно, с выхода сумматора 18 - код (Tj-Tj., +jTj- T,j., ) с выхода перемножителя 19 - код (Т--Ту.,) (Nj,- -Т - , -/iTy.i), с выхода блока 20 деле- (TI-TJ-, ИNxIT,,)

+jTy-J fj-., с выхода сумматора 16 - код

(Tj-Ti-,)(N;-TM , )

Чет ij -i т, -т,-,, «jTj--7fj.,

ния

21 поступают коды Т

j

а на вход регистра 22 значения кода dTj, которые

записываются в регистры 21 и 22 по заднему фронту счетных импульсов.

сумматоре

сравнения кодов закрывает логический элемент И 26 и открывает с помощью

Коды T.+JT- суммируются в 17, с выхода которого код Т.+лТ поступает на вход блока 11 сравнения кодов, на другой вход которого поступает код Ь с выхода регистра 23, вход которого подключен к выходу преобразователя 3 код-код. Блок 11 сравнения кодов срабатывает как только значение кода T;+JT становится больL

ше или равно значению кода N,,. Сигнал нулевого уровня с выхода блока 11

сравнения кодов закрывает логический элемент И 26 и открывает с помощью

инвертора 30 логический элемент И 27. При этом прекращается поступление импульсов на суммирующий счетный вход счетчика 10 импульсов, а также входы записи регистров 21 и 22 и разрешается прохождение импульсов с выхода генератора 25 на вход линии 29 задержки. В регистрах 21 и 22 сохраня

рователя 31 поступает на вычитающий счетный вход реверсивного счетчика 10 импульсов. При этом код на выходе счетчика 10 уменьшается на единицу и на входе - блока 8 памяти ус- танавливается адрес (j-1). С выхода блока В памяти на второй вхо;; блока 4 коррекции поступают коды

Tj.f и /IT

J-1

Причем на первые

0

5

0

5

входы блоков 14 и 12 вычитания и на входы сумматора 16 поступают коды Т,;., , а на входы блоков 15 и 13 вы- читания - коды Т у.,. После окончания операций вычитания, суммирования, перемножения и деле ния кодов с выходов блоков 14, 12, 15 и 13 вычитания будут сниматься коды (NJj-TjV,), (Tj- -Tj.., ), (N;-Tj,,-dT), (iT.,, ), соответственно, с выхода сумматора 18 - код (Tj-Tj., +jTj- T,j., ) с выхода перемножителя 19 - код (Т--Ту.,) (Nj,- -Т - , -/iTy.i), с выхода блока 20 деле- (TI-TJ-, ИNxIT,,)

+jTy-J fj-., с выхода сумматора 16 - код

(Tj-Ti-,)(N;-TM , )

Чет ij -i т, -т,-,, «jTj--7fj.,

Этот код записывается в регистр . 24 при появлении сигнала на выходе

ния

линии 29 задержки. Код Т с выхода регистра 24 поступает на блок 5 индикации для отображения. Сигнал с выхода линии 29 задержки поступает на вход линии 28 задержки, сигнал с выхода которой поступает на вход записи регистра 23, записывая в него очередное значение выходного сигнала преобразователя код - код 3, на вход сброса реверсивного счетчика 10 импульсов и на входы сброса регистров

21и 22. Счетчик 10 и регистры 21 и

22сбрасываются в нулевое состояние. Блок 11 сравнения коДов возвращается в исходное состояние. Начинается очередной цикл измерения. Тактовая ч,ас- тота импульсов на выходе генератора 25 импульсов должна выбираться из условия, чтобы на вход линии 29 задержки мог поступить только один импульс до начала следующего цикла измерения

Для того, чтобы при выключении из- мерителя или при кратковременном пропадании напряжения питания информация, содержащаяся в блоке 8 памяти, не стиралась, блок паняти питается от отдельного батарейного источника 9 питания, что повышает надежность работы измерителя и ведет к сокращению времени подготовки измерителя к работе.

формула изобретения

1. Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом термопреобразователя, а выход подключен к входу преобразователя код-код, уп- равлякнций вход которого подключен к сигнальному выходу аналого-цифрового преобразователя, и блок индикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в него введены блок ввода поправок, блок памяти, блок коррекции и мультиплексор, первьй вход которого соединен с адресным выходом блока коррекции, второй вход подключен к адресно му выходу блока ввода поправок, управляющий вход соединен с управляющим выходом блока ввода поправок, а выход подключен к адресным входам блока памяти, информационные входы и вход.записи которого подключены к выходам блока ввода поправок, при этом первый вход блока коррекции сое

29526,

динен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход соединен с выходом блока памяти, а выход подключен к блоку индикации.

2. Измеритель по п.1, о т л и - чающийся тем, что блок коррекции содержит блок сравнения кодов, три сумматора, блок деления, перемножитель, реверсивный счетчик импульсов, генератор импульсов, два логических элемента И, Две линии задерж10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ки, инвертор, формирователь импульсов и четыре блока вычитания, первые входы которых подключены к первому входу первого сумматора и входам первого и второго регистров, выходы которых соответственно подключены к вторым входам первого и второго блоков вы- яитания, соединенным соответственно с входами второго сумматора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с вторым входом третьего блока вычитания и выходом третьего регистра, вход которого является первым входом блока коррекции, вторым входом которого являются входы первого и второго регистров, при этом выход блока сравнения кодов соединен с входом инвертора и через формирователь импульсов подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика импульсов, выход которого является адресным выходом блока коррекции, вход сброса соединен с входами сброса первого и второго регистров, входом записи третьего регистра и выходом первой линии задержки, а суммирующий счетньй вход соединен с входом записи первого и второго регистров и выходом первого логического элемента И, входы которого соединены соответственно с выходом блока сравнения кодов и выходом генератора импульсов, соединенного с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого подключен к выходу инвертора, а выход через вторую линию задержки подключен к входу первой линии задержки и входу записи четвертого регистра, выход которого является выходом- блока коррекции, а входы соединены с выходами первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока деления, входы которого соответственно соединены с выходом перемножителя и выходом третьего сумматора, к входам которого соответ 1362952

ственно подключены выходы первого и второго блоков вычитания, при этом входы перемножителя соединены соответственно с выходами первого и чет0т блока 3

8

вертого блоков вычитания, а второй вход четвертого блока вычитания подключен к выходу третьего блока вычитания ,

Отбпока

Изобретение относится к температурным измерениям, к цифровым измерителям температуры с коррекцией нелинейности термопреобразователя. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и надежности работы и сокращение времени подготовки к работе. Измеритель содержит термопреобразователь 1, аналого-цифровой преобразователь 2, преобразователь 3 код-код, блок 4 коррекции, блок 5 индикации, блок.6 ввода поправок, мультиплексор 7, блок 8 памяти и источник 9 питания. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами измерителя позволяет компенсировать погрешности, возникающие из-за отличия реальной градуиро- вочной характеристики термопреобразователя от номинальной статической. Представлен вариант вьшолйения блока 4 коррекции. 1 з.п. ф-лы, 3 шт. S (Л 00 о: ю со ел 1C

Г

tJj-z

,

Редактор Ю.Середа

Составитель В.Куликов

Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Заказ 6390/28 Тираж 776Подписное

ВНЩПИ Государственного комитета СССР

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

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

(Риг. 3