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

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к цифровым измерителям температуры с термопреобразователями сопротивления, и может быть применено в щитовых цифровых приборах промышленного применения .

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления при одновременном упрощении.

На фиг.1 изображена структурная электрическая схема цифрового измерителя температуры; на фиг.2 - схема усилителя-сумматора; на фиг.З - схема преобразователя напряжения в интервал времени; на фиг.4 - схема блока управления; на фиг.5 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства .

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения (ИОН), источник 2 напряжения смещения (ПНС), электронный коммутатор (К) 3, первый операционный усилитель (ОУ) 4, нестабилизированный источник 5 питания, первый транзистор 6, образцовый резистор 7, первые токовый 8 и потешны пьный 9 и вторые потенциальный 10 и юковый

СЛ СП & СП

со

11 провода, термопреобразопатель 12 сопротивления (ТС), второй операционный усилитель 13, второй транзистор 14, переключатель 15, усилитель-сум- матор 16, преобразователь 17 напряжения в интервал времени (ПНБ), блок 18 управления (БУ), генератор 19 опорной частоты (ГОЧ), первый 20 и второй 21 селекторы, реверсивный счетчик 10 (РСЧ) 22, функциональный преобразователь (ФП),23, отсчетное устройство 24, источник питания операционных усилителей (на фиг,1 не показан). Усилитель-сумматор 16 содержит два one- 15 рационных усилителя 25 и 26, три прецизионных резистора 27-29 и переменный резистор 30. Преобразователь 17 (31) напряжения в интервал времени - содержит коммутатор 32, три операцион 20 ных усилителя 33-35, резистор 36, конденсатор 37. Блок управления содержит делитель 38 частоты, кольцевой счетчик 39, три элемента 2К 40-42, сумматор 43 по модулю два, шесть RS- 25 триггеров 44-49, D-триггер 50, формирователь 51 короткого импульса, элемент ИЛИ 52, три элемента 2ИЛИ 53- 55 и четыре импульсных трансформатора 56-59.30

В исходном состоянии подвижный контакт электронного коммутатора 3 находится в нижнем по фиг,1 положении, ПНВ 17 находится в режиме обнуления конденсатора 37 интегратора (вход повторителя 33 подключен к выходу нуль- органа 35), РСЧ 22, ФП 23 и отсчетное устройство 24 обнулены.

Измерение производится в шесть тактов. В первом и четвертом тактах про- д изводится заряд интегратора ПНВ 17 выходным напряжением усилителя-сумматора 16 на протяжении фиксированного времени Т. В момент окончания первого и четвертого такта производится 4 переключение коммутатора 3. Во втором и пятом тактах производится разряд конденсатора, интегратора суммой опорного напряжения и напряжения смещения UCM до момента срабатывания нуль-ор- 5 гана 35, После чего ПНВ 17 переводится в режим обнуления конденсатора 37 интегратора.

На время второго такта выход ГОЧ 19 через первый селектор подключает-. 5 ся к суммирующему входу РСЧ 22, что приводит к записи в нем кода N, , равного результату первого двухтактного интегрирующего преобразования выходного Напряжения усилителя-сумматора в код. С начала пятого такта и до момента обнуления РСЧ 22 выход ГОЧ 19 подключается через второй селектор 20 к вычитающему входу РСЧ 22. В промежуток между окончанием пятого такта и обнулением РСЧ 22 импульсы с ГОЧ через второй селектор 21 и ФП 23 поступают на отсчетное устройство 24. Таким образом формируется результат измерения

N

F {|N,-V}

(О

где F - функция преобразования ФП 23, NZ - число импульсов, прошедшее с ГОЧ 19 за время пятого такта.

Длительность второго и пятого тактов равна

1.5

MiuZHiLliMJl

UO+IAM

(2)

где 1

АЦП

см

УС

и.

-эквивалентное напряжен смещения АЦП;

-напряжение смещения;

-выходное напряжение на выходе усилителя-суммара 1 6;

-напряжение ИОН 1. Выходное напряжение усилителя- сумматора 16 при четырехпроводном подключении ТС 12

RN+RZ

( )

де I р - рабочий ток

r RnKl ТС 12;

Re - сопротивление ТС 12;

RN - сопротивление образцового

резистора 7;

.j.Rj,R3 -сопротивления прецизионных резисторов, соответственно 27-29;

lvc - напряжение смещения усилителя-сумматора 16; U - входное напряжение первого

ОУ 4;

1, - напряжение смещения ОУ 4Р При трехпроводном подключении С 12

,,(31 у ч К з г RS

Г трг Г 1 п

Кз

Т Р ГШГ«пг.., Д. 1

Lf RN+R3 vc

(4)

де г,,r.

- сопротивление соответственно первого и второго токовых проводов. Если выбрать

г, г г

R

и -:

R

Rn

где R0 - значение сопротивления ТС 12

при 0°С,

то разность результатов двух преоб разований

N iSjjl ibL.RaiSjai5AL Tf

RMR,Rl(,-iЈl)

О

где f0 - частота генератора 19.

Функциональный преобразователь 23 моделирует зависимость

6 F Rs R0}

В отсчетное устройство 24 поступает с выхода1 ФП 23 код (NX), пропорциональный температуре.

Результат измерения не зависит от значения напряжения смещения усилителя-сумматора, которое может быть вызвано напряжением смещения ийполь- зуемых в нем ОУ, их входными токами и термо-ЭДС на переходных -контактах линий связи. Напряжение смещения оказывает воздействие только на мультипликативную составляющую погрешности. Причем при U0c:10 В нестабильность 1дчп

Формула изобретения

25 1. Цифровой измеритель температуры, содержащий источник напряжения смещения, источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к первому входу электронного комму30 татора, выход которого подключен к неинвертирующему входу первого опера ционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к третьему входу усилителя-сумматора и через

не приведет к погрешности более 0,01%. образцовый резистор соединен с общей ИНС 2 выполняет две функции: сме- шиной измерителя, термопреобразоваи

щает характеристику преобразования ПНВ 17, что позволяет использовать однополярный источник опорного напряжения, и обеспечивает работу транзис- 40 торов 6 и 14 в активном режиме при модуляции рабочего тока.

БУ 18, кроме начальной установки прибора, производит управление коммутатором 3, коммутатором ПНВ 17, фик- 45 сирует момент срабатывания нуль-органа 55 ПНВ 17, управляет селекторами 20 и 21, фиксирует момент обнуления РСЧ 22 и знак измеряемой температуры, формирует сигнал записи результата из-50 второго операционного усилителя, нетель сопротивления, первые токовый потенциальный провода которого подключены через первую группу контактов переключателя к первому входу уси лителя-сумматора, второй вход которого соединен с подвижным контактом второй группы контактов переключателя, неподвижные контакты которого соединены соответственно с общей шиной измерителя и вторым токовым прово дом термопреобразователя сопротивления, второй потенциальный провод кото рого соединен с инвертирующим входом

мерения в регистр памяти отсчетного устройства 24 о Индикация знака осуществляется путем передачи информации о знаке из БУ 18 в отсчетное устройство

5

которая фиксируется D-триггером 50. Когда Rg- R0 0, тогда t , т.е. в пятом такте РСЧ 24 обнулится раньше срабатывания нуль-органа 35 и в D-триг- гер 50 запишется состояние RS-тригге- ра 45, фиксирующего интервалы t и t равное в этот момент Лог.VI. Если , то t Ј t5t и в D-триггер 50 запишется

Таким образом, 1 на выходе D-триггера 50 соответствует знаку -, а О - знаку +.

В случае применения нестабилизиро5 ванного источника 5 опорного напряжения, для исключения влияния пульсирующего тока I на напряжение питания аналоговой части, необходимо коллектор второго транзистора 14 под0 ключить к источнику питания до стабилизатора напряжения.

Формула изобретения

5 1. Цифровой измеритель температуры, содержащий источник напряжения смещения, источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к первому входу электронного комму0 татора, выход которого подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, инвертирующий вход которого подключен к третьему входу усилителя-сумматора и через

и

второго операционного усилителя, нетель сопротивления, первые токовый потенциальный провода которого подключены через первую группу контактов переключателя к первому входу усилителя-сумматора, второй вход которого соединен с подвижным контактом второй группы контактов переключателя, неподвижные контакты которого соединены соответственно с общей шиной измерителя и вторым токовым проводом термопреобразователя сопротивления, второй потенциальный провод которого соединен с инвертирующим входом

инвертирующий вход которого подключен к общей шине измерителя, источник питания операционных усилителей, преобразователь напряжения в интервал

Изобретение предназначено для температурных измерений и позволяет уменьшить энергопотребление при одновременном упрощении. В первом и четвертом такте неинвентирующий вход первого операционного усилителя 4 подключен к источнику 2 напряжения смещения, интегратор преобразователя напряжения в интервал времени (ПВН) 17 заряжается в течение интервала времени T выходным напряжением усилителя-сумматора 16, на входы которого поступает напряжение с выводов термопреобразователя сопротивления (ТС) 12 и образцового резистора 7. Во втором и пятом тактах вход усилителя 3 подключается к источнику опорного напряжения 1, интегратор ПНВ разряжается суммой опорного напряжения и напряжения смещения от источника опорного напряжения (ИОН) 1 и источника напряжения смещения (ИНС) 2. Результат измерения формируется с помощью реверсивного счетчика 22, селекторов 20, 21, функционального преобразователя 23, генератора опорной частоты 19 и блока управления 18. Транзисторы 6, 14, нестабилизированный источник питания 5 обеспечивают необходимый режим работы ТС 12. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

24 и отображения ее на соответствую- 55 времени, вход которого соединен с вы- щем элементе индикации. Знак измеряв- ходом усилителя-сумматора, а выход мой температуры определяется значением подключен к первому входу блока управ ,Rg-R0 по очередности срабатывания нуль- ления, второй вход которого соединен органа 35 ПНВ 17 и обнуления РСЧ 22, с выходом генератора опорной частоты

17(3V

JZ

JJ

Јr

ьнапнвп ьнакз

Ј

Фиг. 2

37

JJ J5 d

r

Ы

Фиг.З

Фиг Ј

Составитель В.Куликов Р.едактор Л.Гратилло Техред М.Дидык Корректор с.Черни

Заказ 1438

Тираж 516

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное