Многоточечный цифровой термометр Советский патент 1989 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно цифровым измерителям температуры с ком- пенса1щей нелинейности характеристики термопреобразователя.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем уменьшения погрешностей измерения вызванных нестабильностью параметров элементов термометра и индивидуальным отклонением градуи- ровочных характеристик термопреобразователей от стандартных.

На фиг.1 представлена блок-схема многоточечного цифрового термометра; на фиг,2 - функциональная схема блока нормирования; на фиг.З - функциональная схема блока интерполяции; на фиг.4 - блок управления и временные диаграммы его работы.

Многоточечный цифровой термометр (фиг.1) содержит кодоуправляемый коьмутатор 1, к входу которого подключаются термоэлектрические преобразователи (ТЭП) (не показаны), усилитель 2, блок 3 опорных напряжений (вон), второй кодоуправляемый коммутатор 4, термопреобразователь 5 температуры свободных концов ТЭП,, формирующий сигнал, пропорциональный температуре свободных концов ТЭП., преобразователь 6 напряжения в частоту (ПНЧ), счетчик 7, блок 8 , блок 9 нормирования, первый сумматор

10,функциональньй преобразователь

11,регистр 12, первый блок 13 интерполяции, блок 14 управления (БУ),, блок 15 деления, второй блок 16 интерполяции, второй сумматор 17 и блок 18 индикации.

Блок нормирования (фиг.2) содержит первый 19, второй 20 и третий 21 регистры, первый блок 22 вычитания, блок 23 деления и второй блок 24 вычитания.

Блок 13 интерполяции (фиг.З) идентичен блоку 16 интерполяции и содержит первый регистр 25, счетчик 26, : блок 27 памяти, второй регистр 28, сумматор 29, элемент 30 задержки, блок 31 вычитания и умножитель 32.

Цифровой термометр работает следующим образом.

По. командам с ВУ 1.4, подаваемым на кодоуправляемые коммутаторы 1 и 4, к входу ПНЧ 6 через коммутаторы , 1 и 4 и усилитель 2 поочередно подключаются ТЭП, выходы БОН 3, а так-

же выход термопреобразователя 5 температуры свободных концов ТЭП. Импульсы с ПНЧ 6 суммируются в счетчике 7 и после окончания счета записываются в блок 8 памяти по соответствующим адресам, устанавливаемым БУ 14 на своем шестнадцатом выходе. При этом в блоке 8 памяти образуются

код . ния

NC

и

N

при подаче с БОН соответствующего

3 напряже- нижнему зна0

5

0

чению измеряемой темпера,туры; коды N,,....,NK сигналов с подключаемых ТЭП; код N,1 при подаче с БОН 3

5 напряжения U, соответствующего верхнему значению диа,па,эона измерения температуры; код N подаче с БОН 3 напряжения Uc, соответствующего нижнему значению диапазона из- - мерения температуры свободных кон- цов термопреобразователя 5; код N при подключении термопреобразователя 5; код Nji + 4 при подключении с БОН 3 напряжения , соответствующего верхнему значению диапазона измерения температуры свободных концов термопреобразователя 5.

При этом для повышения точности преобразования сигнал с третьего выхода БУ 14 запрещения счета снимается через время 4Т const, которое выбирается большим времени установления коммутаторов 1 и 4 и усилителя 2. Запись в блок 8 памяти чисел N, производится импульсом с четвертого выхода блока 14 управления, поступающим перед импульоом запрещения счета счетчиком 7. В промежутках между импульсами записи чисел N в блок 8 памяти устройство выполняет еле-, дующие действия: устанавливая на шестнадцатом выходе БУ 14 соответствующие адреса, из блока 8 памяти извлекается тройка чисел N )(., .3,

5 NK, которые последовательно подаются в регистры 19-21 блока 9 нормирования, который определяет код нормированного входного сигнала с термопреобразователя 5

5

0

N -

(1)

55

Код п. преобразуется преобразова- .телем 11 в код

а,,п,

а,п,

.

(2)

где Яд, а,, а - постоянные коэффициенты, определяемью по номинальной статической характеристике термоэлектрических преобразователей, подключаемых коммутатором 1,

Запись кодов Нц:.г , Кц+з N в регистры 19-21 блока 9 нормирования осуществляется по сигналам с пятого, шестого и седьмого выходов БУ 14. По сигналу с восьмого выхода БУ 14 код п записьшается в регистр 12. После этого из блока 8 памяти по сигналам с пятого, шестого и седьмого выходов БУ 14 в блок 9 нормирования вьщается тройна чисел N, N,, N С выхода блока 9

0 1 |с

нормирования код п нормированного сигнала по входу 1, соответствукящй напряжению с-выхода первого ТЭП,

Р. 1 40

(6)

где лб const - величина отрезка коррекции отклонения реальной ГХ от идеальной.

Код Р, подается на блок 16 интерполяции, который определяет поправку по температуре

46, /,(1)+ 4(1+1) -Л(1) (Р, - I),

(7)

где 1 - целая часть числа:Р,; Л,(1) отклонение реальной ГХ ТЭП от идеальной при температуре 1 Лв.

Числа б, и е подаются на сумматор 17, на выходе которого появляется код значения температуры

п,

(3)

Nj,

N,,-NO

подается в сумматор 10, на выходе которого будет кдд напряжения входного сигнала первого ТЭП, приведенньй к температуре свободных

Пч Пп

+ п 1

(4)

Этот код подается на блок 13 интерполяции, -который преобразует его в код 01 температуры в точке измерения первого ТЭП для случая идеального соответствия градуировочной харак Чтеристики используемого ТЭП номинальной статической характеристике по ГОСТ 3044-84:.

9, 0( Се.,„ -0.,.(n,),

(5)

где j - целая часть числа количество отрезков интерполяции номинальной статической характеристики ТЭП; 8(jV) const --значение температуры на конце j-ro отрезка интерполяции номинальной статической градуировочной характеристики (ГХ). Значения получают исходя из соответствующей градуировки на ТЭП по ГОСТ 3044-84 путем разбиения ее на 2 равных отрезка пО напряжению. Значение б заранее заносится в блок 27 памяти. Код поступает в блок 15 масштабирования, на выходе которого появляется код

б, §, + 40, ,

(В)

индицируемый блокон t8 индикации.

В дальнейшем- преобразований (4)-(8) повторяются дпя других ТЭП, в резуль- :тате на блоке 18 индикации появляют- .ся значения температуры 61, -- 6i ,,.. f OK и номера канала. После

Обновления массива чисел No,.«. преобразования (1)-(8) повторяются снова и т.д.

На .2 приведен пример реализа- ции блока 9 нормирования. Тройка чи- сел N 1 , N э N + или NO, N „ N,«., подается в регистры 19-21, для чего они стробируются импульсами с выходов 6-8 БУ 14. Блоки 22 и 24 вычитания формируют коды числителя и знаменателя в еоответствии с вьфа- же1шем (О или (3), а блок 23 деления определяет частное. В результате на выходе блока 9 нормирования появляется код п или п,. Епоки 13 и 16 интерполяции могут быть выполнены в соответствии с фиг.З. Дня определенности рассмотрим работу интерполятора 13. В регистр 25 по импульсу, поступающему с девятого выхода БУ 14, записьтается число п,. Код j старших разрядов п, поступает ла адресные входы блока 27 памяти, по сигналу с выхода 10 БУ 14. Поэтому на выходе блока памяти появляется число в (р. Этот код записывается в регистр 28. После этого импульсом ,с одиннадцатого выхода БУ 14 содержимое .счетчика 26 увеличивается на единицу, а ма выходе блока 27 памяти появляется число 0(,--ч; . В результате на выходе сумматора 31 будет число в ( - бч,-; , на выходе умножит«гля 32 - число retp,;-6,j,.(ni.2 -J), а на выходе сумматора 29 будет число в соответствии с выражением (5). На вторые адресные входы блока 27 паг-и- ти блока 13 интерполяции из БУ 14 подается код адреса, определяющий область памяти, соответствунлцую нахождению ГХ ТЭП соответствующего типа, например ХК, ХА, ТПР и т.д. Блок 16

интерполяции выполнен и работает мого коммутатора адресными входами ;логично блоку 13 и отличается только тем, что на адресные вторые входы блока 27 памяти подается код адреса подключенного канала для определения .области памяти, соответствующей ивди-2п видуальног-гу разбросу ГХ ТЭП этого канала от номинальной статической ГХ по ГОСТ 3044-84.

Устройство реализуется на стандарт- ных микросхемах. Блок 14 управления может быть выполнен согласно фиг.4. 10н включает в себя генератор 33, счетчик 34 и постоянное запоминаняцее устройство 35. БУ 14 выполняет функцию синхрогенератора и обеспечивает вьщачу управляющих импульсов на другие блоки устройства в соответствующие моменты времени. Кроме того, БУ 14 перед выдачей управляющих им- пульсов обеспечивает установку соответствующего адреса на шестнадцатом выходе.

30

35

блоков интерполяции и управляющим входом, блока индикации, третий выход подключен к входу сброса счетчика, а четвертый выход соединен с входом записи блока памяти, вход ко торого подключен к выходу.счетчика а выход к блоку нормирова,ния, син хронизирующие входы которого соединены соответственно с пятым, шестым 25 и седьмым выходами блока управленид а выход соединен с первый, входом, первого сумматора и через функциональ ный преобразователь подключен к вхо ду регистра, вход записи которого соединен с восьмым выходом блока управления, а выход подключен к вто рому входу первого сумматора, выход которого соединен через первый блок интерполяции с входом блока, деления и первым входом второго сум матора, выход которого подключен к блоку индикации, а второй вход через второй блок интерполяции соединен с выходом блока деления, при этом девятый, десятый и одиннадцаты fвыходы блока управления,подключены к первому и второму синхронизируклцим и счетному входам первого блока интерполяции соответственно, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый выходы блока управления подключены к первому и второму синхронизирукндим и счетному входам второго блока интерполяции соответственно, пятнадцатый выход - к входу записи блока индикации, шестнадцатый выход - к адресным входам блока памяти, а третий и четвертый выходы блока опорных напряжений подключены к входам перво го кодоуправляемого коммутатора.

Ф О р м ула изобретен и я

соединен с выходом первого кодоуп- равляемого коммутатора, второй и третий входы - с первым и вторым выходами блока опорных напряжений, четвертый вход - с выходом термопрё- образователя температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей, выход подключен к входу преобразователя напряжения в частоту, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управ- лякяцим входом первого кодоуправляе-

5 мого коммутатора адресными входами п

0

5

блоков интерполяции и управляющим входом, блока индикации, третий выход подключен к входу сброса счетчика, а четвертый выход соединен с входом записи блока памяти, вход которого подключен к выходу.счетчика а выход к блоку нормирова,ния, синхронизирующие входы которого соединены соответственно с пятым, шестым 5 и седьмым выходами блока управленид, а выход соединен с первый, входом, первого сумматора и через функциональный преобразователь подключен к входу регистра, вход записи которого соединен с восьмым выходом блока управления, а выход подключен к второму входу первого сумматора, выход которого соединен через первый блок интерполяции с входом блока, деления и первым входом второго сумматора, выход которого подключен к блоку индикации, а второй вход через второй блок интерполяции соединен с выходом блока деления, при этом девятый, десятый и одиннадцатый fвыходы блока управления,подключены к первому и второму синхронизируклцим и счетному входам первого блока интерполяции соответственно, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый выходы блока управления подключены к первому и второму синхронизирукндим . и счетному входам второго блока интерполяции соответственно, пятнадцатый выход - к входу записи блока индикации, шестнадцатый выход - к адресным входам блока памяти, а третий и четвертый выходы блока опорных напряжений подключены к входам первого кодоуправляемого коммутатора.

5

0

5

ход которого является выходом блока . нормирования, а входы подключены к выходам блоков вычитания, при этом входы регистров объединен и являются входами блока нормирования, выход первого регистра подключен к первому входу первого блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу второго регистра и первому входу второ- д .то блока вычитания, второй вход кото- рого подключен к выходу третьего регистра, а синхронизирующие входы регистров являются синхронизирующими входами блока нормирования. is

3. Термометр по п.1,отличающийся тем,что каждый блок интерполяции содержит два регистра.

выходы старших разрядов которого подключены к установочному входу счетчика, а выходы младш1х разрядов к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к выходу блока вычитания, а выход - к первом входу сумматора, второй вход которо го соединен с выходом второго регис ра и первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к вхо ду регистра и выходу блока памяти, адресный вход которого является ад ресным входом блока интерполяции, а вход подключен к выходу счетчика, при этом первым и вторым синхронизи рующими входами блока интерполяции являются синхронизирующие входы пер вого регистра и счетчика, счетный

счетчик, блок памяти, элемент задерж-2о вход которого является .счетным вхоки, блок вычитания, умножитель и сумматор, выход которого является выходом блока интерполяции, входом которого является вход первого регистра.

дом блока интерполяции, а синхронизирующий вход первого регистра чере элемент задержки соединен с синхронизирующим входом второго регистра.

От блонд 8

л/ От блока П

выходы старших разрядов которого , подключены к установочному входу счетчика, а выходы младш1х разрядов- к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к выходу блока вычитания, а выход - к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго регистра и первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к входу регистра и выходу блока памяти, адресный вход которого является ад ресным входом блока интерполяции, а вход подключен к выходу счетчика, при этом первым и вторым синхронизирующими входами блока интерполяции являются синхронизирующие входы первого регистра и счетчика, счетный

вход которого является .счетным входом блока интерполяции, а синхронизирующий вход первого регистра через элемент задержки соединен с синхронизирующим входом второго регистра.

/(блокам Юе/П

Фиг2

Отвяоког

Отйткв

«м

h b.

5w.J

6 7 8

11

, П

вых.16

«м

f

s.

,

«3

.

tt

fe

I-

йгЛ