Цифровой измеритель температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K7/16 

Фиг.1

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к цифровым измерителям температуры, и может быть использовано во всех отраслях промышленности и научных исследований, где необходимо точное и быстродействующее измерение температуры в процессе ее изменения.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения .

На фиг.1 приведена блок-схема цифрового измерителя температуры; на

10

вается замкнутым на себя. На выходе усилителя 10 формируется аналоговый сигнал, который преобразователь 12 преобразует (фиг.2,ж) в последовательный импульсный код , пропор циональный дрейфу нуля измерительного тракта цифрового измерителя темпе ратуры, где а0 - постоянный коэффициент градуировочной характеристики измерительного тракта, изменение которого обуславливает аддитивную погрешность измерителя температуры. Этот код через логический элемент

дается сигнал логического О с выхо да счетчика 15, заносится в счетчик 18, Поскольку счетчик 18 работает в первом такте в режиме вычитания

2Q импульсов, в нем записывается код - N,.

Второй такт начинается с поступления от преобразователя 12 на вход счетчика 15 положительного импульса

25 от сигнала Конец преобразования первого такта , который счетчик 15 считает. При этом на управляющих входах коммутатора 6 формируется код 10, на двух входах логического элемента И 13 сформированы логи-

П л П

30

фиг.2 - временные диаграммы, поясня- (., ИЛИ 16, на другой вход которого поющие принцип действия измерителя.

Цифровой измеритель температуры содержит термопреобразователь сопротивления (ТС) 1, четырехпроводную линию связи с проводами 2,3,4 и 5, коммутатор 6, стабилизатор тока 7, образцовый резистор 8, подключенный проводом 9 к общей шине измерителя, усилитель 10, генератор 11 импульсов, преобразователь 12 напряжения в код, трехвходовый логический элемент И 13, двухвходовый логический элемент И 14, счетчик 15, например двоичный, логический элемент ИЛИ 16, реверсивные счетчики 17, 18, инвертор 19, блок 20 деления, блок 21 умножения и аппроксимации и блок 22 индикации.

Цифровой измеритель температуры, весь процесс измерения которого осуществляется за четыре такта, работает следующим образом.

В первом такте на установочный вход счетчика 15 от внешнего устройства запуска (не показано) поступает команда Пуск, что приводит к обнулению трех его выходов (фчг,2,б,в, г,д). При этом на управляющих входах коммутатора 6, связанного с первыми двумя выходами счетчика 15, формируется код 00, на входах логического дс элемента И 13, соединенных с выходом инвертора 19 и выходом Конец преобразования преобразователя 12, фор35

40

ческие 1 , от первого выхода счетчика 15 на управляющие входы счетчиков 17,18 теперь поступает логическая 1, подготавливая их к работе в режиме сложения импульсов, сигнал логического О, поступающий как и в первом такте на вторые входы логичес ких элементов И 14 и ИЛИ 16, закрывает первый и подготавливает второй элемент к проходу импульсов через не го от преобразователя 12 к реверсивному счетчику 18.

В результате этих операций к входу усилителя 10 с помощью коммутатора 6 и провода 2 подключается образцовый резистор 8. На выходе усилителя 10 формируется аналоговый сигнал, пропорциональный сопротивлению образ цового резистора 8. Цифровой эквивалент измеренного сигнала +a1-R0, где К0 - сопротивление образ цового резистора 8, а , - постоянный коэффициент градуировочной характеристики измерительного тракта, заносится в счетчик 18.

мируются сигналы логической 1 тем самым подготавливая логический элемент И 13 к прохождению импульса от генератора 11 для запуска преобразователя 12 (фиг.2,а,е), а счетчики 17, 18 переводятся в режим вычитания импульсов.

В результате этих операций к входу усилителя 10 с помощью коммутатора 6 подключается провод 9, т.е. измерительный тракт измерителя оказы

вается замкнутым на себя. На выходе усилителя 10 формируется аналоговый сигнал, который преобразователь 12 преобразует (фиг.2,ж) в последовательный импульсный код , пропорциональный дрейфу нуля измерительного тракта цифрового измерителя температуры, где а0 - постоянный коэффициент градуировочной характеристики измерительного тракта, изменение которого обуславливает аддитивную погрешность измерителя температуры. Этот код через логический элемент

дается сигнал логического О с выхода счетчика 15, заносится в счетчик 18, Поскольку счетчик 18 работает в первом такте в режиме вычитания

Q импульсов, в нем записывается код - N,.

Второй такт начинается с поступления от преобразователя 12 на вход счетчика 15 положительного импульса

5 от сигнала Конец преобразования первого такта , который счетчик 15 считает. При этом на управляющих входах коммутатора 6 формируется код 10, на двух входах логического элемента И 13 сформированы логи- г

П л П

0

., ИЛИ 16, на другой вход которого пос

5

0

0

5

ческие 1 , от первого выхода счетчика 15 на управляющие входы счетчиков 17,18 теперь поступает логическая 1, подготавливая их к работе в режиме сложения импульсов, сигнал логического О, поступающий как и в первом такте на вторые входы логических элементов И 14 и ИЛИ 16, закрывает первый и подготавливает второй элемент к проходу импульсов через него от преобразователя 12 к реверсивному счетчику 18.

В результате этих операций к входу усилителя 10 с помощью коммутатора 6 и провода 2 подключается образцовый резистор 8. На выходе усилителя 10 формируется аналоговый сигнал, пропорциональный сопротивлению образцового резистора 8. Цифровой эквивалент измеренного сигнала +a1-R0, где К0 - сопротивление образцового резистора 8, а , - постоянный коэффициент градуировочной характеристики измерительного тракта, заносится в счетчик 18.

Поскольку счетчик 18 работает во втором такте в ре.жиме сложения импульсов, в нем после дяух тактов оказывается записанным код разности Nt-N,.

Третий такт начинается с поступления от преобразователя 12 на вход счетчика 15 положительного импульса от сигнала Конец преобразования второго такта, который счетчик 15 . считает. При этом на управляющих входах коммутатора 6 формируется код 01, на двух входах логического элемента И 13 сформированы логические 1, от первого выхода счетчика 15 на управляющие входы счетчиков 17 и 18, как и в первом такте, поступает сигнал логического О, подготавливающий их к работе в режиме вычитания импульсов, сигнал логической 1, поступающий на вторые входы логических элементов И 14 и ИЛИ 16, закрывает второй и подготавливает первый элемент к проходу импульсов через него от преобразователя 12 к счетчику 17.

В результате этих операций к вход усилителя 10 с помощью коммутатора 6 и провода 3 подключается цепь, состоящая из последовательно включенных образцового резистора 8 и соединительного провода 2, и в счетчик 17 заносится результат измерения: N3 a0+a1(R0+R/,l), где Клг- сопротивление провода 2.

Поскольку счетчик 17 работает в третьем такте в режиме вычитания импульсов, в нем записывается код-Nj.

Четвертый такт начинается с поступления от преобразователя 12 на вход счетчика 15 положительного импульса от сигнала Конец преобразования третьего такта, который счет- ник 15 просчитывает. При этом на управляющих входах коммутатора 6 формируется код 11, на двух входах логического элемента И 13 сформированы логические 1, от первого выхода счетчика 15 на управляющие входы счетчиков 17 и 18, как и во втором такте, поступает логическая 1, подготавливающая их к работе в режиме сложения импульсов, сигнал логической 1, поступающий на вторые входы логических элементов И 14 и ИЛИ 16, как и в третьем такте, закрывает второй и подготавливает первый элемент к прохождению импульсов через него от преобразователя 12 к счетчику 17.

В результате этих операций к входу усилителя 10 с помощью коммутатора 6 и провода 4 подключается цепь,

5

0

5

состоящая из последовательно включенных образцового резистора 8, соединительного провода 2 и термопреобразователя 1 и в счетчик 17 заносится результат измерения:

N4sae+a,(Re+RA1+Rt),

где R - сопротивление термопреобразователя 1.

Поскольку счетчик 17 работает в четвертом такте в режиме сложения импульсов, в нем после третьего и

r четвертого тактов оказывается записанным код разности N4-Nj.

С приходом положительного импульса сигнала Конец преобразования четвертого такт на вход счетчика 15, на

0 его третьем выходе формируется логическая 1, а на третьем входе логического элемента И 13 - логический О, закрывающий его и препятствующий, тем самым, прохождение импуль5 сов от генератора 11 для запуска преобразователя 12. Кроме того, появление логической 1 на третьем выходе счетчика 15 вызывает запуск блока 20 деления, на выходе которого форQ мируется частное от деления кода

N4-N3, записанного в счетчике 17, на код N.J.-N.,, записанный в счетчике 18. Полученное частное умножается затем на величину сопротивления R0 образцового резистора в локе 21 умножения и аппроксимации. Запуск блока 21 осуществляется сигналом Конец преобразования, поступающим на него от блока 20 или по специальной цепи управления (не показана), или по совмещенной информационно-управляющей цепи

Полученный результат будет равен сопротивлению термопреобразователя сопротивления 1:

р - NilN3 R R Кг-Ы, R°

Результат измерения R не зависит от значений сопротивлений проводов линии связи термопреобразователя, проходных сопротивлений ключей коммутатора, коэффициентов а0 и а,, обуславливающих аддитивную и мультипликативную погрешности цифрового из- мерителя температуры. После вычисления сопротивления термопреобразователя его температура определяется в

блоке 21 умножения и аппроксимации в соответствии с полиномом, аппроксимирующим градуировочную характеристику термопреобразователя.

Результат измерения температуры поступает в блок 22 индикации и со- зраняется на табло до окончания нового цикла измерения, который повторяется при поступлении на установочный вход счетчика 15 новой команды Пуск.

Формула изобретения

Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь со- противления, первый токовый вывод которого соединен через первый провод четырехпроводной линии связи с первым выходом с/габилизатора тока., а второй токовый вывод через второй провод ли- нии связи соединен с первым выводом образцового резистора, второй вывод которого подключен к общей шине,-соединенной с вторым выходом стабилизатора тока, коммутатор, первый и вто- рой входы которого через второй и третий провода линии связи соединены с потенциальными выводами термопреобразователя сопротивления, третий и четвертый входы связаны с выводами образцового резистора, а выход подключен к первому входу усилителя, второй вход которого соединен с общей шиной, генератор импульсов, блок индикации, счетчик и двухвходовый логический элемент И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены два реверсивных счетчика, инвертор, логический элемент ИЛИ, трех- входовый логический элемент И, блок деления, блок умножения и аппроксимации и преобразователь напряжения в код, вход которого соединен с выходом усилителя, выход - с первыми входами логического элемента ИЛИ и двухвходового логического элемента И, а управляющий вход подключен к выходу трехвходового логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй вход подключен к выходу Конец преобразования преобразователя напряжения в код, соединенному с входом счетчика, а третий вход соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с управляющим входом блока ,деления и третьим выходом счетчика, первый выход которого соединен с управляющими входами реверсивных счетчиков и первым управляющим входом коммутатора, а второй выход - с вторым управляющим входом коммутатора и вторыми входами двухвходового логического элемента И и логического элемента ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с информационными входами реверсивных счетчиков, при этом входы блока деления соединены с выходами реверсивных счетчиков, а выход - с входом блока умножения и аппроксимации, выход которого подключен к входу блока индикации.

«ГШЛЛЛШШШиШШ

ш

л

л

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность и быстродействие измерения. Термопреобразователь сопротивления (ТС) 1 с помощью четырехпроводной линии связи соединен со стабилизатором тока 7, опорным резистором 8 и коммутатором 6. По сигналам с выхода двоичного счетчика 15, подаваемым на управляющие входы коммутатора 6, через усилитель 10 на вход преобразователя 12 напряжения в код последовательно подается напряжение, пропорциональное дрейфу нуля измерительного тракта, напряжение с выводов образцового резистора 8 и одного провода линии связи и напряжение с выводов ТС 1, провода линии связи и образцового резистора 8. С помощью реверсивных счетчиков 17, 18, логических элементов ИЛИ 16, И 14 и блока деления 20 коды измеренных напряжений преобразуются в код, пропорциональный сопротивлению ТС 1. Блок 21 умножения и аппроксимации формирует сигнал, пропорциональный температуре ТС 1, поступающий на блок 22 цифровой индикации. 2 ил.

-(

л