Цифровой измеритель температуры Советский патент 1989 года по МПК G01K7/21 

фаг./

Изобретение относится к температурным измерениям и может найти при- иенеине в океанографической иэмери техшиой аппаратуре, а также, в образ- цопых средствах измерения температуры

Цель изобретения - повышение точности измерения путем повышения отношения сигнал/шум.

Па фиг.1 представлена структурная схемся цифрового измерителя температуры; на - то же, фаэочувствитель иого детектора; на фиг.З - то же, формирователя кода.

Цифролой измеритель температуры содержит термопреобпазователь сопро- тивлонни (ТС) 1 с метырехпреводной линией связи, опоппый резистор 2 для формирования напряжения, пропооцио- нального току протекающему через ТС 1 первый повторитель 3 напряжения для исключения влияния нагрузки на напряжение, снимаемое с опорного резистора 2, генератор 4 длл формирования гармонического напряжения пита- пня делителя напряжения, состоящего из ТС 1 и опорного резистора 2 и опорного напряжения для фазочувстви- тельного детектора, первый трансформатор 5 с первой 6 и второй 7 обмот- ками для формирования напряжения ком- iieircatuiH начального пад.ения напряжении i;a ТС , кодоуправляемьй трансформаторный делитель 8 напряжения для преобразования кода в пропооцпональ- }1ое напряжение, второй повторитель 71апряжения 9 для Исключения влияния нагрузки на на ря;к12ние, снимаемое с выхода кодоуправляемого трансформаторного делителя 8 напряжения, BTopovl трансформатор 10 с первой 1 и второй 12 обмотками третш трансформатор 13 с первой 14 и второй 15 обмотками,фазочувствительньш детектор 16 и формирователь 17 кода.

Фазочупствительный детектор 16 может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.2, Он содержит малошумящий усилитель 18, полосовой фильтр 1 9 и фазочувствительньй вып- ря митель 20.

Формирователь 17 кода может быть выполнет по схеме, приведенной на фиг.З. Он содержит реверсивный счет чик 21, триггер 22 знака, генератор 23 готульсов, ключ 24, два пороговых элемента 25,26 и элемент ШШ 27.

,

с .

ю-15,20 25ЗО35 4045

jO

55

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

В установившемся режиме, т.е. при некотором фиксированном значении измеряемой темпепатуры, компенсационная измерительная цепЬ; состоящая из последовательно соединенных ТС 1, первого проводника линии связи, обмоток 6, 15 и 12 и .четвертого проводника линии связи, уравновещена, ток в этой цепи и напряжение на обмотке I1 равны нулю, а значение кода N на выходе формирователя 17 кода постоянно и соответствует данной температу- ре. Если измеряемая температура изменилась, например возросла, то сопротивление ТС 1 возрастает, что приводит к появлению активной составляющей напряжения на обмотке 12 и положительного напряжения на выходе фазо- чувствительного детектора 16, которое при превышении порога срабатывания порогового элемента 25, имеющего положительный порог срабатьшания, переводит его из состояния О в состояние 1. При этом триггер 22 ус- тановится в состояние 1 и будет выдавать в реверсивный счетчик 21 сигнал разрешения на сложение импульсов, поступаюо1их от генератора 23 импульсов с тактовой частотой fr (меньшей, чем частота выходного напряжения генератора З) через ключ 24, который открыт сигналом 1, поступающим на его управляющий вход с выхода порогового элемента 25 через элемент 11ПИ 27, Поступающие на счетный вход реверсивного счетчика 21 импульсы увеличивают значение его выходного кода и коэффициент передачи кодоуп- ранляемого трансформаторного делителя 8 }1апряжения, выходное напряжение которого, пропорциональное коду N, подается через второй повторитель 9 напряжения на обмотку 14 трансформато ра 13, на обмотке 15 которого возрастающее напряжение, противоположное по знаку приращению напряжения на ТС 1 , уменьшает ток в компенсационной цепи и напряжение на обмо тке 1 2 трансформатора 10, т.е. осуществляется автоматическое уравновешивание компенсационной цепи. Процесс уравновешивания протекает до тех пор, пока постоянное положительное напряжение на выходе фазочувствительного детектора 16 не станет меньше порога срабатьшания порогового элемента 25, что

вызовет переход порогового элемента 25 из состояния 1 в состояние О Ключ 24 при этом закроется и прекра тится поступление тактовьк импульсо в реверсивный счетчик 21. Новое устновившееся значение кода N будет сответствовать новому возросшему значению измеряемой температуры. Если измеряемая температура уменьшится, то уменьшится и сопротивление ТС I, что приведет к появлению напряжения на обмотке 12, сдвинутого на 180 по отношение к вькодному напряжению генератора 3j и к появлению отрицатель ного напряжения на выходе фазочувст- внтельного детектора 16, которое при превышении порога срабатывания порогового элемента 26, имеющего отрицательный пооог срабатьшания, пере- водит его из состояния О в состоя- ние I, обеспечивая тем самым установку триггера 22 в состояние О, который выдает сигнал в реверсивный счетчик 21 на вычитание импульсов, и перевод ключа 24 в открытое состояние. Поступающие на вход реверсивног счетчика 21 импульсы уменьшают значение его выходного кода и коэффициент передачи кодоуправляемого де лителя 8 напряжения, выходное напряжение которого и напряжение на обмотке 15 трансформатора 13 уменьшается до тех пор, пока отрицатрльное напряжение на выходе детектора 16 не станет меньп1е порога срабатьшання порогового элемента 26, что вызовет переход последнего из состояния I в состояние О, ключ 24 при этом закроется и прекратится поступление тактовых импульсов в счетчик 21, Новое установившееся значение кода N при этом будет соответствовать новом уменьшившемуся значению измеряемой температуры.

Условие равновесия компенсационной цепи, при выполнении которого выходной код N соответствует измеряемой температуре, имеет вид

и,- Ui- Uj О, (1)

где и( - падение напряження на ТС I;

напряжение на обмотке трансформатора 5;

напряжение на обмотке трансформатора 13.

15

N,

W.i /RtH + uRf w R

.

W,.a

Wl., ч

-.. f

этом N

(2)

«.,.4

.г

При этом N R

где N (цд - наибольшее значение кодя; число витков перпой 6 и

второй 7 обмоток трансформатора 5 соответстве -- но;

число витков нерпой 14 и второй 15 обмото третьего трансформатора 13 соответственно j сопротивление опорного ре- резистора 2;

Rt«+

этом N

этом N

kRt

1

тм

UR

При

сопротивление ТС сопротивление ТС 1 при температуре, соответствующей нижнему пределу измерений;

- приращение сопротивления термопреобразователя сопротивления вызванное приращением температуры. выполнении условия

W.i W,.a

ril о

(3)

При этом N R

N N

макс

W,.,

w

-2

URj;

R(4)

При этом N R

Формула изобретения

Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь сопротивления с четырехпроводной линией связи, первый потенЦПальньй оыпод которого через первый провод линии связи соединен с первым вьюодом пер- вой обмотки первого трансформатора, опорный резистор, включенный между входом первого повторителя напряжения и общей шиной, фазочувствитель- ный детектор, сигнальный вход которого подключен к первой обмотке второго трансформатора, а опорный вход соединен с первым выходом геперато- ра, второй повторитель напряжепня, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены формирователь кода.

третий трансформатор и кодоуправляе- мый трансформаторный делитель напряжения, первьш вход которого через формирователь кода подключен к выходу фа-, зочувствительного детектора, второй вход соединен с выходом первого повторителя напряжения, а выход через второй повторитель напряжения соединен с первой обмоткой третьего трансфор- Q матора, первый вьшод второй обмотки которого соединен через вторую обмотку второго трансформатора и второй ироБод линии связи с вторь м потенциальным выводом термопреобразп-, 5

вателя сопротивления, а второй вывод соединен с вторым выводом первой обмотки первого трансформатора, вторая обмотка которого подключена к выходу первого повторителя напряжения, при этом первый токовый вывод термо- преобразователя сопротивления через третий провод линии связи соединен с вторым выходом генератора, третий выход которого подключен к общей шине, а второй токовый вьшод термопреобразователя сопротивления через четвертый провод линии связи соединен с опорным резистором.

Изобретение относится к температурным измерениям и может найти применение в океанографической измерительной аппаратуре. Целью изобретения является повышение точности измерения путем повышения отношения полезный сигнал/шум. Сигнал с генератора 4 подается на последовательно включенные термопреобразователь сопротивления (ТС) 1 и опорный резистор 2. Напряжение на потенциальных выводах ТС 1 уравновешивается напряжением, формируемым третьим трансформатором 13 и первым трансформатором 5, подключенным через повторитель 3 напряжения к опорному резистору 2. Формирователь 17 кода по сигналам с выхода фазочувствительного детектора 16 управляет работой кодоуправляемого трансформаторного делителя 8 напряжения, формирующего компенсирующий сигнал, поступающий через повторитель 9 напряжения на первую обмотку третьего трансформатора 13. 3 ил.

Опорной 8код