Цифровой измеритель температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K7/16 

1

на инверсном выходе триггера 22 устанавливается в 1, он, поступая через выход распределителя 14 на один из входов элемента И 17, разрешает прохождение сигнала с выхода нуль- органа 8 через его другой вход на выход и далее на вход блока 19 формирования заднего фронта. На выходе последнего формируется импульсный сигнал записи, позволяющий снимать ин- формащ1ю о величине измеряемой температуры с выходов реверсивного счетчика 11 и об ее знаке с инверсного выхода триггера 16 знака. Настройка

10

устройства на конкретный термопреобразователь заключается в установке соответствующих значений сопротивления резистора 6 и эталонного резистора 2. При изменении сопротивления резистора 6 можно изменить уровень температуры, относительно которого будет измеряться приращение температуры. В счетчике 11 будет записано число, пропордиональное временному приращению температуры за период тактового генератора 13. Информация о направлении изменения температуры заносится в триггер 16 знака. 2 ил.

Изобретение относится к области температурных измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения скорости изменения температуры, а также упрощение процесса настройки цифрового измерителя.Вследствие того, что после прихода импульса тактового генератора 13 сигнал i (Л 30ftX6 00 05 J х

1

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено fifin измерения температуры и скорости ее изменения.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерения скорости изменения температуры, а также упрощение процесса настройки цифрового измерителя

На фиг.1 приведена структурная схема цифрового измерител я температуры; на фиг.2 - временные диаграммы выходных напряжений элементов измерителя .

Цифровой измеритель температуры содержит источник J тока, эталонный резистор 2, первый 3 и второй 4 аналоговые ключи, термопреобразователь 5 сопротивления, дополнительный резистор 6, интегратор 7, нуль-орган 8, первый элемент И 9, генератор 10 импульсов, реверсивный счетчик 1J,суммирующий счетчик 12, тактовый генератор 13, распределитель 14, схему ИЛИ J5, триггер 16 знака, второй элемент И 17, переключатель 18 режима работы и блок 19 формирования заднего фронта, выход которого является выходом сигнала записи измерителя.

Распределитель 14 содержит элемент ИЛИ 20, первый 21 и второй триггер 22, первый 23, второй 24 и третий 25 элементы И.

Интегратор 7 в конкретном варианте выполнения может содержать операционный усилитель 26, к инвертирующему входу которого подключены одна из обкладок конденсатора 27, один из выводов диода 28 и один из выводов первого резистора 29, Другой вход резистора 28 является первым входом интегратора 7. Один из входов второго резистора 30 подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя 26, а другой является вторым выходом интегратора 7. Выход операционного усилителя 26 соединен с другой обкладкой конденсатора 27 и вторым

вьшодом диода 28 и является выходом интегратора 7.

Реверсивный счетчик 11 в конкретном варианте выполнения может содержать инвертор 31, первую 32 и втоРУЮ 33 схемы И, последовательно соединенные первый 34, второй 35 и третий 36 реверсивные счетчики-делители на 10, работающие в двоично-десятичном коде с предварительной записью

информации, например типа 155ИЕ6, схему И 37 и элемент 38 формирования заднего фронта. Одни из входов первой 32 и второй 33 схем И соединены между собой, а точка их соединения

является счетным входом реверсивного счетчика 11. Вход инвертора 31 и другой вход второй схемы И 33 соединены между собой, а точка их соединения является управляющим входом реверсивного счетчика 11. Выход инвертора 31 подключен к другому входу первой схемы И 32. Суммирующий вход первого

. 31

счетчика 34 подключен к выходу первой схемы И 32, вычитающий вход - к выходу второй схемы И 33, информационный вход предварительной записи пе вого разряда Д - к шине единичного сигнала, выход переполнения - к суммирующему входу второго счетчика 35, а выход опорожнения - к вычитающему входу второго счетчика 35. Суммирую- щий вход третьего счетчика 35 соединен с выходом переполнения второго счетчика 35, а вычитающий - с выходом опорожнения второго счетчика 35, выход опорожнения - с одним из вхо- дев схемы И 37, а выход переполнения с другим входом схемы И 37. Выход схемы И 37 через элемент 38 формирования заднего фронта подключен к управляющим входам записи первого 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков и является выходом переноса реверсивного счетчика 11.

Нулевые входы первого 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков-дели- телей соединены между собой, а точка их соединения является нулевым входом реверсивного счетчика 1. Информационный вход четвертого разряда первого счетчика 34, а также информа ционные входы первого и четвертого разрядов второго 35 и третьего 36 счетчиков соединены между собой и подключены к входу инвертора 31. Информационные входы второго и третье- го разрядов всех трех счетчиков 34- 36 соединены между собой и подключены к шине нулевого сигнала. Выходы счетчиков 34-36 являются выходами реверсивнсго счетчика 11. Причем младший первый разряд первого реверсивного счетчика-делителя 34 является выходом младшего разряда реверсивного счетчика 11, а выход старшего четвертого разряда счетчика 36 - вы- ходом старшего разряда реверсивного счетчика 11.

Суммирующий счетчик 12 в конкретном варианте выполнения содержит последовательно соединенный первый 39, второй 40 и третий 41 счетчики-делители на 10, например типа 55HEJ. Причем счетный вход первого счетчика 39 является счетным входом суммирующего счетчика 12, его выход под- ключей к счетному входу второго счетчика 40, Счетный вход третьего счетчика 41 подключен к выходу второго счетчика 40, а выход третьего счет10

чика 41 - к элементу 42 формирования заднего фронта, выход которого является выходом суммирующего счетчика 12. Кулевые входы первого 39, второго 40 и третьего 41 счетчиков соединены между собой, а точка их соединения является нулевым входом суммирующего счетчика 12.

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

Первоначально выход первого 20 и инверсный выход второго 2J триггеров распределителя J4 находятся в нулевом состоянии.Лервый импульс тактового генератора 13, временная диаграмма сигнала на выходе которого представлена на графике 43 (фиг.2),прой- дя через первый вход распределителя 14, своим передним фронтом меняет состояние прямого выхода второго триггера 21 с единичного на нулевое, а инверсного - с нулевого на единичное. При этом первый импульс тактового генератора 13 пройдет через вторую схему И 24, через третий выход распрделителя 14 на нулевой вход реверсивного счетчика 11 и установит его разряды в исходное нулевое состояние и на единичный вход триггера 16 знака и установит его инверсный выход также в нулевое состояние.

Нулевой сигнал с инверсного выхода триггера знака 16, поступая через вход управления реверсивного счетчика 1 1 непосредственно на один из входов схемы И 33, блокирует прохождение импульсного сигнала со счетного входа реверсивного счетчика 11 через вторую схему И 33 на вычитающий вход первого счетчика 34, а поступая чере инвертор на один из входов первой схемы И 32, открывает путь прохождения импульсного сигнала со счетного входа реверсивного счетчика 11 на суммирующий вход первого счетчика 34 Таким образом, в момент появления первого импульса тактового генератора реверсивный счетчик сбрасывает предыдущее значение, записанное в нем, устанавливается в исходное нулевое состояние и подготавливается к работе в режиме суммирования. При этом первый мпульс тактового генератора 13, поступая на нулевой вход дополнительного счетчика 12, устанавливает и его в исходное нулевое состояние. Одновременно первый импульс

513

тактового генератора поступает через первый вход распределителя 14 на ЕЬ-ВХОД первого триггера 21 непосредственно, а на его С-вхоД - через эле- мент ИЛИ 20, т.е. с задержкой относительно прихода на D-вход. В результате выходной сигнал первого триггера 21 принимает единичное значение. Этот сигнал поступает через первый выход распределителя 4 на управляющий вход первого аналогового ключа 3 При этом первый аналоговый ключ 3 отключает от своего выхода, соединенного с первым входом интеграто- pa 7, вывод эталонного резистора 2, соединенный с первым выходом источника 1 тока и подключает к нему выход второго аналогового ключа 4, соединенный с вторым выходом источника J тока.

Вследствие того, что единичный сигнал с инвертирующего выхода второго триггера 22 распределителя J4, поступая на один из входов третьей схемы И 25, разрешает прохождение сигнала с выхода первого триггера 21 через другой вход третьей схемы И 25 На ее выход, являющийся пятым выходом распределителя 14, одновременно с единичным сигналом на первом выходе распределителя 14 появится единичный сигнал и на его пятом выходе.При этом независимо от положения переключателя 18 режима работы единичный сигнал поступит и на управляющий вхо второго аналогового ключа 4 и подключит к выходу второго аналогового ключа 4 его первый вход, соединенный с вторым выводом термопреобразовате- ля 5 сопротивления. В результате к первому входу интегратора 7 окажется подключенным второй вывод термопреобразователя 5 сопротивления, соединенный с вторым выходом источника 1 тока. Вследствие того, что второй вход интегратора 7 соединен с первым выводом термопреобразователя сопротивления, через первый резистор 29, подключенный к инвертирующему входу операционного усилителя 26 интегратора 7, начнет протекать ток

-R-

- напряжение, создаваемое

током источника 1 на термопреобразователе 5 сопротивления ;

Q g 0

5 0 s 0 5 0

5

Ов

R - величина сопротивления резистора 29 .

Этот ток, протекая через конденсатор 27, стоящий в отрицательной обратной связи операционного усилителя, заряжает его. При этом напряжение на выходе операционного усилителя начинает меняться по закону

-V -i- 1 4 .

где С - величина емкости конденсатора 27;

b d - значение исходного напряжения на выходе операционного усилителя, определяемого величиной напряжения, падающего на диоде 28.

Диод 28 служит для ограничения отрицательного выходного напряжения операционного усилителя 26. Это сокращает время изменения выходного напряжения интегратора от исходного уровня до значения, при котором срабатывает нуль-орган и начинается процесс преобразования температуры в код, т.е. введение диода 28 сокращает время преобразования. Второй резистор 30 служит для устранения смещения нуля операционного усилителя 26, создаваемого его входным током по инвертирующему входу. Для этой цели величины сопротивлений резисторов 29 и 30 устанавливают равными.

В момент достижения выходным напряжением интегратора 7 нулевого уровня начинается первый такт преобразования. При этом нуль-орган 8 срабатывает, и на его выходе сигнал изменяется с нулевого уровня на единичный. Этот сигнал, поступая на один из входов элемента И 9, разрешает прохождение сигнала с импульсного ге-. нератора 10 через другой вход элемента И 9 на его выход и.далее на счетные входы дополнительного 12 и реверсивного 11 счетчиков. При прохождении 1000 импульсов, так как дополнительный счетчик 12 состоит из трех последовательнб включенных счетчиков-делителей 39-41 на 10, на его выходе сформируется импульсный сигнал переполнения. Этот сигнал, поступая через второй вход распределителя 14 и элементы ИЛИ 20 на С-вход первого триггера 21, сбрасывает его выход в нулевое состояние, так как после окончания первого импульса тактового генератора на его D-входе присутствовал сигнал лулевого уровня. При этом второй аналоговый ключ 4 отключает от источника J тока термопреобразо-, ватель сопротивления и подключает к нему дополнительный резистор 6.

Обесточивание термопреобразователя сопротивления сразу после интегрирования напряжения, падающего ка нем, ведет к меньшему его разогреву измерительным током, что повышает точность преобразования температуры при последующих измерениях. Одновременно первый аналоговый ключ 3 отключает от первого входа интегратора 7 выход второго аналогового ключа и подключает к нему вывод эталонного резистора 2, соединенного с первым выходом источника 1 тока. Выходное напряжение интегратора U к этому моменту достигает значения

и,

М--И-1d t.

(1)

С J R

D

де tg - время, прошедшее от достижения выходным напряжением интегратора нулевого уровня, т.е. от момента первого срабатывания нуль-органа до момента прохождения 1000 импульсов с импульсного генератора. При условии, что UT не менятеся в

ечение времени интегрирования ,имеем:

u.(tJ -Hi-t

(2)

Далее интегратор начинает интегрировать противоположное по полярности напряжение U на эталонном резисторе 2. При этом выходное напряжение интегратора 7 начнет уменьшаться по

закону:

t

(3)

U U,(tJ- ,

и

где t - текущее время, прошедшее с момента подключения к входу интегратора 7 напряжения U, на эталонном резистора 2.

С учетом и, const, имеем:

и - Hl.t - -Hi

и RC о RC

t

;4)

При повторном достижении выходным напряжением интегратора 7 нулевого уровня срабатывает нуль-орган 8. Сигнал на его выходе меняется с единичного на нулевой, что блокирует прохождение сигнала с импульсного генера

тора 8 через элемент И 9. На этом заканчивается первый такт преобразования.

I

Время t ,прошедшее с момента подключения к входу интегратора 7 напряжения на эталонном резисторе 2 до момента повторного срабатьшания нуль- органа 8, можно определить из равенства

0;

15

(5)

0

Тогда количество импульсов п , посту- этом время t с выхода элепивших за мента И 9

с учетом to ГПо,

1000 и t, fn

к

где f - частота генератора

равно (6) 10;

5

0

5

0

5

n «

При

санным

-Hi.iooo. ,

этом число, оказавшееся запи- в счетчике после первого такта преобразования, можно определить из следующих соображений. Каждый из первого 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков, входяш 1Х в состав реверсивного счетчика 11, работает таким образом, что импульс, поступивший на его суммирующий вход, проходит на его выход переполнения в случае, если к этому времени в счетчике было записано число 9, а импульс, поступивший на вычитающими вход одного из счетчиков 34-36, проходит на его выход опорожнения в случае, если к этому времени в счетчике было записано число 0. Вследствие того, что все три счетчика 34-36 последовательно соединены, импульс, поступивший на счетный вход реверсивного счетчика в режиме суммирования, пррйдет проин- вертированным на выход переполнения третьего счетчика 36 в случае, если

0

5

в реверсивном счетчике 11 перед было записано число N,,. 999, а

этим

. ,, „в режиме вычитания - также проинвертиро- ванным на выход опорожнения третьего счетчика 36 в случае, если в реверсивном счетчике перед этим быпо записано число К(.ц 000.

Нулевой импульс с выхода опорожнения или выхода переполнения третьего счетчика 36 пройдет через один или другой вход схемы И 37 на его выход и далее на элемент 38 формирования заднего фронта, на выходе которого по заднему фронту этого импульса формируется передний фронт единичного импульса выходного сигнала переноса реверсивного счетчика 11. При этом количество импульсов, поступивших на счетный вход реверсивного счетчика JJ, в котором перед этим было записано число N

N,

мированию сигнала на выходе переноса реверсивного счетчика 11 при работе его в режиме суммирования определяется выражением:

п, 1000 - NO,

,приводящее к сивного счетчика в первом такте пре

образования поступает еще п импульсов. Здесь возможны два случая дальнейшей работы преобразователя в зависимости от соотношения напряжений и и Ug. В первом случае, когда

(5)

15

и.и,.

т.е. п 1000, временные

а при работе его в режиме вычитания

п, 1 . (6)

В начале первого такта преобразования реверсивный счетчик находился в нулевом состоянии и подготовлен к работе в режиме суммирования. Поэтому при поступлении на его счетный вход первых JOOO импульсов появится импульсный сигнал на его выходе переноса. Этот импульс, пройдя через схему ИЛИ J5 на С-вход триггера 16 знака, своим передним фронтом изменит состояние его инверсного выхода с нулевого на единичный. Единичный сигнал с инверсного выхода триггера знака 16, поступая через вход управления реверсивного счетчика 11 на один из входов второй схемы И 33, подготавливает цепь прохождения сигнала со счетного входа реверсивного счетчика 11 через другой вход второй схемы И 33 на ее выход и далее на вычитающий вход первого счетчика 34, а поступая на один из входов первой

схемы И 32 через инвертор 31, блоки- I

рует прохождение импульсного сигнала через другой вход первой схемы И 32 на ее выход и далее на суммирующий

4Q дет опорожнение реверсивного счетчи ка 11 при прохождении второй тысячи импульсов с начала первого такта пр образования. При этом сигнал с вых да переноса реверсивного счетчика

вход первого триггера 34. Одновремен- новь изменит состояние инверсного

но единичный сигнал с входа управления реверсивного счетчика поступает на первые информационные входы второго 35 и третьего 36 счетчиков и на четвертые входы первого 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков. Так как на их вторых и третьих входах постоянно присутствует сигнал логического нуля, а на первом информационном входе первого счетчика постоянно - сигнал логической единицы, то во время прохождения импульса переноса с выхода блока формирования задиего фронта на управляющие входы записи перво50

55

выхода триггера знака 16 с единичн на нулевое. Этот нулевой сигнал по ступает на вход управления реверси ного счетчика J1. В результате во время длительности импульса перено поступающего на управляющие входы писи счетчиков 34-36, в реверсивный

счетчюс JJ записывается в двоично- десятичном коде число,присутствующ в это время на информационных вход записи (D,- D) счетчиков 34-36,т. 001. Одновременно нулевой сигнал н входе управления реверсивного счет чика 11, как было показано, перекл

го 34, второго 35 и третьего 36 счетчиков в реверсивном счетчике JJ окажется записанным в двоично-десятичном коде число 999. Таким образом, после прохождения 1000 импульсов реверсивный счетчик подготовлен к работе в режиме вычитания,

После этого на счетный вход реверобразования поступает еще п импуль сов. Здесь возможны два случая даль нейшей работы преобразователя в зависимости от соотношения напряжений и и Ug. В первом случае, когда

и.и,.

т.е. п 1000, временные

диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и инверсном выходе триггера 16 знака представлены соответственно на графиках 44-46, а также соответственно на графиках 47-49. В этом случае опорожнения реверсивного счетчика 11 не произойдет, и он

будет работать в режиме вычитания до окончания первого такта преобразования, и после первого такта преобразования в реверсивном счетчике П оказывается записанным число 999 - п , . Во втором случае, когда , ,. т.е. nj, 999, временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и на инверсном выходе триггера 16 знака представлены соответственно на графиках 50-52, а также соответственно на графиках 53-55. В этом случае до окончания первого такта преобразования произойдет опорожнение реверсивного счетчика 11 при прохождении второй тысячи импульсов с начала первого такта преобразования. При этом сигнал с выхода переноса реверсивного счетчика П

новь изменит состояние инверсного

новь изменит состояние инверсного

50

55

выхода триггера знака 16 с единичного на нулевое. Этот нулевой сигнал поступает на вход управления реверсивт ного счетчика J1. В результате во время длительности импульса переноса, поступающего на управляющие входы записи счетчиков 34-36, в реверсивный

счетчюс JJ записывается в двоично- десятичном коде число,присутствующее в это время на информационных входах записи (D,- D) счетчиков 34-36,т.е. 001. Одновременно нулевой сигнал на входе управления реверсивного счетчика 11, как было показано, переключает режим его работы на суммирование. После этого на счетный вход реверсивного счетчика поступит еще njj - 1000 импульсов. В результате после первого такта преобразования в реверсивном счетчике 11 оказывается записанным число

NC. 1

(п - 1000

(7)

При появлении второго импульса тактового генератора 13 суммирующий счетчик опять устанавливается в исходное нулевое состояние. Одновременно второй импульс тактового генератора, поступая через первый вход распределителя 14 на С-вход второго триггера 22, меняет состояние его прямого выхода с нулевого на единичное, а инверсного - с единичного опять в нулевое. При этом второй импульс тактового генератора через первый вход распределителя 14, один из входов первой схемы И 23, так как на другом его входе уже присутствует единичный сигнал, проходит на ее выход, являющийся вторым выходом распределителя, и через схему ИЛИ 15 поступает на С-вход триггера знака. В результате инверсный выход триггера 16 знака еще раз изменит свое состояние, что приведет к переключению режима работы реверсивного счетчика J1 - в первом случае с вычитания на сложение, во втором - наоборот. При этом число, записанное в счетчике после первого такта преобразования, не изменяется.

Одновременно второй импульс тактового генератора 13, поступая на D-вход первого триггера 21 непосредственно, а на С-вход через элемент ИЛИ 20, переводит его выход в единичное состояние. Этот сигнал, поступая через первый выход распределителя на управляющий вход первого аналогового ключа, отключает от первого входа интегратора вывод эталонного резистора 2, соединенный с первым выходом источника 1 тока, и подключает к нему выход второго аналогового ключа 4 соединенный с вторым выходом источника 1 тока.

Вследствие того, что на инверсном выходе второго триггера присутствует нулевой сигнал, он, поступая на один из входов третьей схемы И, формирует на его выходе также нулевой сигнал. Этот сигнал поступает через пятый выход распределителя, через переключа

5

тель 18 режима работы, если выход переключателя 18 подключен к пятому выходу распределителя, что соответствует режиму преобразования температуры, на управляю ций вход второго аналогового ключа. При этом к первому входу интегратора 7 через первый 3 и второй 4 аналоговые ключи оказывается подключенным вьшод дополнительного резистора 6, соединенный с вторым выходом источника 1 тока. В результате интегратор 7 начинает интегрировать напряжение Up на дополнительном резисторе 6, и его выходное напряжение начинает возрастать: 1 Г и.

0

и

где

-If UB ... --C-J t - текущее время с

(8)

хождения напряжения U нулемомента проU

вого уровня, с учетом и const, имеем:

25

и -Н RC

0

5

0

5

0

В момент срабатывания нуль-органа начинается второй такт преобразования.

Сформированный единичный сигнал на его выходе снимает блокировку прохождения сигнала с импульсного генератора 8 через элемент И 9 на счетные входы суммирующего 12 и реверсивного 11 счетчиков. Далее работа преобразователя идентична его работе в первом такте преобразования, а именно через 1000 импульсов, поступивших с момента начала второго такта преобразования, сигнал переполнения с выхода суммирующего счетчика поступает на второй вход распределителя. При этом сигнал на первом выходе вновь принимает нулевое значение, и первый аналоговый ключ 3 отключает от первого входа интегратора 7 вывод дополнительного резистора 6 и подключает к нему вьшод эталонного резистора 2. В результате интегратор 7 начинает интегрировать напряжение U на эталонном резисторе 2. Вследствие разнополярности напряжений 1. и U. выходное напряжение интегратора начнет ; убывать, начиная со значения, которого оно достигло при предыдущем интегрировании напряжения U :

Ц

и.

RC

RC

t.

(1-0)

t - - х

текущее время с момента появления первого сигнала переполнения во втором так1313649

те преобразования с выхода суммирующего счетчика. При достижении выходным напряжением интегратора вновь нулевого урови, (О 0:.

ня повторно срабатывает нуль-орган, при этом заканчивается второй такт преобразования, нуль-орган запирает сформированным на своем выходе нулевым сигналом прохождение сигнала с выхода импульсного генератора 8 через элемент И 9-.

Время t , прошедшее с момента появления сигнала переполнения на выходе дополнительного счетчика 12 до момента повторного срабатывания нуль- органа 8, определяется из равенства

. - --,;

(11

За это время с выхода элемента И по- cTjoiiuio Г- импульсов:

п,

1„

(12)

п -p.i; 1000, так как t, --i;

1000

f

При этом в первом случае с начала второго такта преобразования счетчик работает в релсиме суммирования,при- чем до этого в нем было записано число К|- 999 - г.. Следовательно, согласно выражению v5) сигнал па выходе переноса реверсивного счетчика 11 появится через п (. импульсов: п 000-(999 - п ,; 1. (13)

В этот момент изменяется режим работы реверсивног о счетчика 1 1 со сложения на вычитание, а в реверсивный счетчик 11 записывается число 999.

После этого момента до момента появления сигнала переполнения на выходе суммирующего счетчика 12 поступит еще 1000-П|. импульсов. В результате к моменту появ-чения сигнала на вы ходе суммирующего счетчика 12 в счетчике окажется записанным число

,-

N 999 - (JOOO-nJ 999 - 1000 +

+ п +1 п,.

(14)

После этого момента до окончания второго такта преобразования на счетный вход реверсивного счетчика поступит еще Г; импульсов. Далее возможны два варианта работы устройства. В первом, когда 1.4 Up, т.е. , временяые диаграммы сигналов на вы

01

ходе интегратора 7,на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и на инверсном выходе триггера знака 16 представлены соответственно на графиках 44- i6. В этом случае опорожнение реверсивного счетчика J1 до момента повторного срабатывания нуль-органа во втором такте не происходит, и реверсивный счетчик 11 до окончания второго такта преобразования работает в режиме вычитания. В результате в нем оказывается записанным число

N, п; - nj.

Во втором варианте при U т) т.е. п ; п , временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 1 1 и на инверсном выходе триггера знака 16 представлены соответственно на графиках 47-49. При этом до окончания второго такта преобразования произойдет опорожнение реверсивного счетчика 11.

В момент появления сигнала переполнения на выходе суммирующего счетчика, как было указано, в реверсивном счетчике было записано число Н.ц - п . Следовательно, согласно выражению (6), с этого момента пройдет

е X импульсов, в результате чего на выходе переноса реверсивного счетчика 11 появится импульс, переводящий режим работы реверсивного счетчика 11 на суммирование и записывающий в него число 001. После этого до окончания второго такта преобразования на счетный вход реверсивного счетчика 11 поступит еще п - п импульсов. В результате в счетчике окажется записанным число

IIп, п х.

п 1 + п, - п, - 1 (15)

45

50

55

Во втором случае с начала второго такта преобразования счетчик работает в режиме вычитания. Причем после первого такта преобразования в нем было записано число N 1 + (п),- 1000) Поэтому согласно выражению (6) сигнал на выходе переноса реверсивного счетчика 11 появится через п импульсов: п, (п|| - 1000) + 2.

В этот момент режим работы реверсивного счетчика 11 меняется на суммирование и в него записьшается число N 1. Согласно выражению (5) очередной сигнал на выходе переноса реверсивного счетчика появится после

151

поступления с этого момента времени п. импульсов (П;. 999). Он переводит режим работы реверсивного счетчика на вычитание и записывает в счетчик число N 999, Общее количество импульсов, поступившее до это го момента с начала второго такта преобразования, равно

п + Пе (nj( - 1000) + 2 + 999 п; + 1.(16)

Тогда на счетный вход реверсивного счетчика до окончания второго такта преобразования поступит еще (1000 + + Til} - (Пв + nj JOOO + п ;- 1 999 + n i - п импульсов.

Далее, как и в первом случае,возможны два варианта работы преобразователя,

В первом, когда U Ujj, т.е. временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и на инверсном выходе триггера 16 знака представлены соответственно на графиках 50-52, При этом опорожнение реверсивного счетчика J1 до окончания второго такта преобразования работает в режиме вычитания. В резуль- тате в счетчике оказывается записанным число

N 999 - (999 + п;; - п;)

(17)

Nc4 п;- п ;.

Во втором варианте при U «cUjj ,т.е , временные диаграммы сигналов на выходе интегратора 7, на выходе переноса реверсивного счетчика 11 и на инверсном выходе триггера 16 зка- ка представлены соответственно на графиках 53-55, При этом до окончания второго такта преобразования произойдет опорожнение реверсивного счетчика Л, Это произойдет согласно выражению (.6) при прохождении на счетный вход реверсивного счетчика следующих Пц импульсов (пд 1000 импульсов), так как в реверсивном счетчике 1 перед этим было записано число Nj п - 1, В этот момент реверсивный счетчик переходит в режим суммирования и в него записывается число NJ, 1, После этого момента до окончания второго такта преобразования на счетный вход реверсивного счетчика 11 поступит еще (999 + - nj, ) - 1000 n i - п , - 1 импуль

сов, В результате в счетчике вается записанным число

N,, 1 + (n i - п , - 1);

N,, п; - п;

с учетом п -г,-- 1000 и п

X 1000, Имеет для первого случая UT и, : в первом варианте N.

U,,

и.

во втором

1000 при I

О

NC. -- ;--МООО при U,c

, имеем:

UT - UD

N, }000

и э

при UT Uj

во втором варианте N

- Ui,- и.

и.

1000

при ,,

Обобщая для обоих случаев и всех вариантов, получаем

5

0

KC,

1000,

5

0

и,

При этом в обоих случаях для первого варианта инверсный выход триггера 16 знака находится после окончания второго такта преобразования в единичном состоянии, что соответствует положительному знаку числа, записанному в реверсивном счетчике I1, а для второго варианта - в нулевом, что соответствует отрицательному знаку.

С учетом Uj3 IRj, и U IR, где I - величина тока ис точника 1 тока,

RD и R}- значения сопротивления соответственно дополнительного и эталонного резисторов и при использовании термогГреобразовате- ля сопротивления с характеристикойR , (18)

где R, значение сопротивления

термопреобразователя соответственно при измеряемой температуре Т и нулевой;

о - - постоянный коэффициент, Ом/°С,

NCH

R,

+ C(.

R;

1000,(19)

17

если выбрать

RD 0;

ЫТ

с.

R.

при R, oi 1000 J

то N Т, т.е. получим прямой цифровой отсчет измеряемой температуры.

При этом вследствие того, что после прихода второго импульса тактового генератора 13 сигнал на инверсном выходе второго триггера 22 устанавливается в единичное состояние, он, по ступая через четвертый выход распределителя 14 на один из входов второго элемента И 17, разрешает прохождение сигнала с выхода нуль-органа 8 через его другой вход на выход и да- лее на вход блока J9 формирования заднего фронта. В результате в момен окончания второго такта преобразования на выходе блока J9 сформируется импульсный сигнал записи, позволяю- щий снимать информацию о величине с выходов реверсивного счетчика J1 измеряемой температуры и об ее знаке с инверсного выхода триггера 16 знака.

При этом настройка преобразователя на конкретный термопреобразователь, как видно из выражений (20) и (21), заключается в установке соответствующих значений сопротивления дополнительного и эталонного резисторов. Это упрощает настройку по сравнению с известным устройством, где настройка на требуемый коэффициент преобразования требует пошагового подбора кода установки. Кроме того, при изменении сопротивления дополнительного резистора можно изменить уровень температуры, относительно которого будет измеряться прираще ние температуры. При этом вследствие независимости коэффициента преобразования от изменения величины сопротивления дополнительного резистора при изменении уровня , относительно кото- рого измеряется приращение температуры, не требуется дополнительной настройки коэффициента преобразования. Это позволяет использовать предложенный измеритель для измерения при- ращения температуры относительно уровня температуры, величина которого изменяется. Кроме того, измери

g2о 25 30

4910 8

тель можно использовать для измерения скорости изменения температуры. В положении переключателя 18 режима работы Скорость изменения температуры, при котором его выход со- единен с его вторым входом, во втором такте преобразования на вход интегратора 7 подается напряжение не 10 с дополнительного резистора 6 а как и в первом такте преобразования - вновь с термопреобразователя 5. При этом число, записанное в счетчике, будет определяться выражением.

.|.y..z.H.|.ooo,

NCU

где .- средние напряжения на датчике температуры за время прохождения JOOO импульсов, переполняющих суммирующий счетчик J2 соответственно в первом и во втором такте преобразования с учетом: T(R +otT| ) UT. KRo oi Т), и, IRj, где Т , и Tj - средние значения температуры термопреобразователя за период интегрирования напряжения,падающего на нем соответственно в первом и втором такте преобразования (Т. ) R,

Это значит, что в реверсивном счетчике П будет записано число, про порциональное временному приращению температуры за период тактового генератора .

Если изменение температуры за период тактового генератора линейно зависит от времени, то полученный результат является значением скорости изменения температуры. При этом информация о направлении изменения температуры заносится в триггер знака. Существенно, что информацию о величине скорости изменения температуры можно снимать с измерителя сразу же после окончания преобразования и ие требуется время для ее дополнительной обработки.

Формула изобретения

Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь сопротивления, источник тока, первый и второй выходы которого соединены 00- ответственно с первым и вторым входами первого аналогового ключа, эталои ный резистор, первый вывод которого

913

подключен к первому выходу источника тока, а второй вывод - к первому выводу термопреобразователя сопротивления, интегратор, первый вход которого соединен с выходом первого аналогового ключа, второй - с вторым вьшодом эталонного резистора, а выход через нуль-орган подключен к первому входу первого элемента И, BTO рой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен к счетному входу реверсивного счетчика, триггер знака, формирователь заднего фронта, выход которого является выходом записи измерителя температуры, и распределитель, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора, первый выход подключен к управляющему входу пер- вого аналогового ключа, а второй выход соединен с первым входом схемы ИЛИ, причем распределитепь включает в себя первьм триггер, D-вход которого и выход соответственно являются первыми входом и выходом распределителя, второй триггер, и элемент ИЛИ, первый вход и выход которого соединены соответственно с D- и С-входами первого триггера, а второй вход явля ется вторым входом распределителя,

отличающийся тем, что, с цепью повышения точности измерения и расширения функдиональных возможностей путем обеспечения измерения скорости изменения температуры, в него введены второй элемент И, второй аналоговый ключ, переключатель режима работы, дополнительный резистор и суммирующий счетчик, счетный вход ко торого соединен с выходом первого элемента И, вход установки в О - с выходом тактового генератора, а выход переполнения подключен к второму входу распределителя, первый и пятый выходы которого соединены соответст

Q 5 0 5 о

р 5

5

О20

венно с первым и вторым входами переключателя режимов, выход которого подключен к управляющему входу второго аналогового ключа, выход которого соединен с первым входом первог о аналогового ключа, а первый и второй входы соединены соответственно с вторым выводом термопреобразователя сопротивления и первым вьшодом дополнительного резистора, второй вывод которого соединен с первым вьшодом термопреобразователя сопротивления,причем вход управления реверсивного счетчика подключен к D-входу и инверсному выходу триггера знака, выход переноса соединен с вторым входом схемы. ИЛИ, выход которой подключен к С-входу триггера знака, а вход установки в О реверсивного счетчика соединен с единичным входом триггера знака и с третьим вьсходом распределителя, четвертый выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом нуль-органа, а выход подключен к входу блока формирования заднего фронта, при этом распределитель дополнительно содержит первый, второй и третий элементы И, первые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера и его D-входом, соединенным с HHBepciaiM выходом, а вторые входы первого и второго элементов И подключены к- С-входу второго триггера, соединенного с D-входом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выходы первого, второго и третьего элементов И являются соответственно вторьм, третьим и пятым выходами распределителя, а инверсный выход второго триггера является четвертью выходом распределите - ля.

«

2 npeobpjjoSa.iuff

чч,

/Vrv -Ino-f f. ft,.J c/iy-/au u r yj

Чо

v« /.

-(t/ тант преобразования

t-ыи fofluQHm Ujt ijtr

сч п ( 2-ой ffapuoHfn.

Us,

/ 1-ыи вариант: Uf4Jr

r//k //

Z Ci/ Sapuanm Un- UT