Цифровой термометр Советский патент 1990 года по МПК G01K7/18 

Осл

СП

о

Изобретение относится к области тем пературных измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения влияния на результат измерения изменения сопротивления эталонных резисторов.

На чертеже представлена структурная схема цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термо- пр-эобразователь 1 сопротивления, подключенный к четырем проводам 2-5, эталонный резистор 6, подключенный к четырем проводам 7-10, коммутаторы 11-18, измерительную схему 19, аналого-цифровой преобразователь 20 (АЦП), блок 21 вычисления, блок 22 индикации, блок 23 памяти и блок 24 управления.

Весь Г1роцесс измерения осуществляется за восемь тактов Эквивалентное сопротивление термопреобразователя 1 Ri; проводов 2-5 R2-R5 соответственно; эталонного резистора 6 Re; проводов 7-10 RIO соответственно; коммутаторов 11-18 Rii-Ri8 соответственно.

В первом такте блок 24 управления формирует последовательность команд, по которым к входу измерительной схемы 19 с помощью коммутаторов 15, 11 и 16 подключаются провода 2 и 3 На выходе измерительной схемы 19 формируется сигнал, пропорциональный сумме сопротивлений проводов 2 и 3 и коммутаторов 15, 11 и 16. Этот сигнал АЦП 20 преобразует в код Ni, который заносится в память блока 21 вычисления, при этом код NI может быть представлен в виде

Ni ao + ai (R2-t- Ra + Ri5 + Rii + Rie), где ao, ai - постоянные коэффициенты, зависящие от коэффициентов передачи блоков измерительного тракта цифрового термометра, изменение которых обуславливает соответственно аддитивную и мультипликативную погрешности тракта измерения.

Во втором такте к входу измерительной схемы 19 с помощью коммутаторов 15, 11 и 17 подключается цепь, состоящая из последовательно включенных термопреобразователя 1 сопротивления и проводов 2 и 4. На выходе измерительной схемы 19 формируется сигнал, пропорциональный сумме сопротивлений RI, R2, R4, Rl5. Rl1 и Ri7, В памяти блока 21 вычисления запишется код N2 в виде

N2 ao + ai(Ri + R2 + R4 + Ri5 + Rii + Ri7).

В третьем такте к входу измерительной схемы 19 с помощью коммутаторов 17, 14 и 18 подключаются провода 4 и 5. На выходе измерительной схемы 19 формируется

сигнал, пропорциональный сумме сопротивлений R4, Rs, Ri7, Ri4 и Ri8. Код Na запишется в виде

Мз ао + ai (R4 + Rs + Ri + Ri4 + Rie).

5В четвертом такте к входу измерительной схемы 19 с помощью коммутаторов 18, 14 и 16 подключается термопреобразователь 1 сопротивления и проводов 5 и 3. На о выходе измерительной схемы будет сигнал,

10 пропорциональный сумме сопротивлений RI, R5, R3, Ri8, Ri4 и Ri6. Код N4 запишется в виде

N4 ао + ai (Ri 4- RS + R3 + RIB + Ri4 + Rig). В пятом такте к входу измерительной 15 схемы 19 с помощью коммутаторов 15, 12. и 16 подключаются провода 7 и 8. На выходе измерительной схемы 19 будет сигнал, пропорциональный сумме сопротивлений Ris, R, Re, Ri2 и R16.,Koд NS запишется в виде 20N5 ao + ai(Ri5+R7 +R8+Ri2 +Rie).

В шестом такте замыкаются коммутаторы 15, 13 и 17. На выходе измерительной схемы 19 будет сигнал,, пропорциональный суммесопротивлений RIS, R7, Re, Rg, Ri3, Ri7. 25 Код Ne запишется в виде

Ne ао + ai (Ris + R7 + Re + Rg + Ria + Ri7). В седьмом такте замыкаются коммутаторы 27, 13 и 18. На выходе измерительной схемы 19 формируется сигнал, пропорцио- 0 нальный сумме сопротивлений Ri7, Ri3, Rg, RIO, RTS. Код N7 запишется в виде

N7 ао + ai {Ri7 + Ri3 + Rg + Rio + Rig). В восьмом такте замыкаются коммутаторы 18, 12 и 16. На выходе измерительной 5 схемы 19 формируется сигнал, пропорциональный сумме сопротивлений RIS, Rio, Re, RS, Ri2, Ri6. Код Ne запишется в виде

Ne ао + ai (Ri8.+ Rio + Re + RB + Ri2 + + Ri6).

0 Блок 21 вычисления no командам блока 24 управления осуществляет вычислени е сопротивления термопреобразователя 1 сопротивления в соответствии с формулой

Р (N4-N3) + (N2-Ni)-Re ( NS - N7) + (Ne Щ

которая является решением системы из восьми уравнений. Как видно, результат не зависит от сопротивлений проводов 2-5, подсоединенных к термопреобразователю 1 0 сопротивления, сопротивления проводов 7- 10, подсоединенных к эталонному резистору 6, сопротивлений замкнутых коммутаторов 11-18, а также от коэффициентов ао и ai. После вычисления .сопротивления тер- 5 мопреобразователя 1 сопротивления определяется температура з соответствии с полиномом, аппроксимирующим градуиро- вочную характеристику термопреобразователя 1 сопротивления.

Значение сопротивления эталонного резистора 6 задано в блоке 23 памяти. По команде блока 24 управления, поступающей на вход блока 23 памяти, значения коэффициентов в соответствии с алгоритмом работы цифрового термометра поступает в блок 21 вычисления. При поступлении команды на управляющий вход блока 22 индикации в него поступает результат измерения температуры из блока 21 вычисления. Результат измерения сохраняется в блоке 22 индикации до поступления нового результа- .та измерения. Цикл измерения температуры повторяется при наличии на входе блока 24 управления команды Пуск.

Формула изобретения Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь, включенный по четы- рехпроводной схеме, эталонный резистор, первый коммутатор, второй коммутатор, соединенный с вторым проводом, третий коммутатор, соединенный с третьим проводом, четвертый коммутатор, измерительную схему, входы которой соединены соответственно с выходами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, а выход подключен через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок

ычисления к блоку индикации, блок управения, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены соответствен- но с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, измерительной схемы, аналого-цифрового преобразователя, блока вычисления, блока индикации и блока памяти, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены пятый, шестой, седьмой и восьмой коммутаторы, управляющие входы которых соединены соответственно с десятым, одиннадцатым, двенадцатым и тринадцатым выходами блока управления, эталонный резистор включен по второй четырехпро- водной схеме, пятый, шестой, седьмой и восьмой провода которой подключены соответственное первому, шестому, седьмому и четвертому коммутаторам, пятый коммутатор включен между первым проводом и первым коммутатором, восьмой коммутатор включен между четвертым проводом и четвертым коммутатором, а выходы шестого и седьмого коммутаторов соединены соответственно с входами второго и третьего коммутаторов.

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность за счет уменьшения влияния на результат измерения изменения сопротивлений эталонных резисторов. Процесс измерения осуществляется за восемь тактов. Блок 24 управления в каждом такте подключает к измерительной схеме 19 посредством коммутаторов 11...18 термопреобразователь 1 и резистор 6. Термопреобразователь 1 и резистор 6 подключены по четырехпроводной схеме. Получаемые в каждом такте измерения сигналы преобразуются в код с помощью АЦП 20. В блоке 21 производится вычисление искомой температуры, причем на результат не влияют значения сопротивлений проводов и ключей. Результат измерения выводится в блок 22 индикации. 1 ил.