Устройство для измерения температуры Советский патент 1991 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности термопреобрэзователей.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем уменьшения погрешности измерения, вызванной разбросом характеристик термопреобразователей сопротивления.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.З - схема блока коммутации; на фиг.4 - статические характеристики термопреобразователей NcmjCO и их нормированная статическая характеристика МнорСО- на фиг,5 - пример формирования линеаризованной метрической характеристики термопреобразователя Nflj(R) по экспериментально най- денным метрической характеристике

NHop(R), корректирующей функции Nx(R) и известному значению кода начала диапазона измерения NI; на фиг.6 - временные диаграммы, поясняющие сущность работы устройства; на фиг.7 - процесс формирования корректирующих импульсов, следующих по двум различным каналам.

Устройство для измерения температуры содержит блок 1 термопреобразователей сопротивления (БТС), блок 2 коммутации, блок 3 управления, генератор опорной частоты (ГОЧ) 4, первый блок 5 памяти, много- предельный стабилизатор 6 тока, преобразователь 7 напряжения в интервал времени, включающий в себя масштабный усилитель 8 напряжения, генератор 9 пилообразного напряжения и схему 10 сравнения, ключ 11, второй блок 12 памяти, мультиплексор 13, схему 14 сравнения коО

VJ ю го со

00

дов, адресный счетчик 15, блок 16 формирования результата измерения, включающий в себя триггер 17 измерения, триггер 18 знака, логический блок 19 и реверсивный счетчик 20.

Блок 1 термопреобразователей сопротивления представляет собой набор термопреобразователей сопротивления (ТС), установленных на объекте измерения, например, платиновых. ТС подключают к блоку 2 коммутации по четырехпроводной схеме.

Блок 3 управления (фиг.2) предназначен для формирования сигнала запуска и последовательности импульсов для считывания программы формирования корректирующих импульсов, хранящейся в первом блоке 5 памяти. Он содержит триггеры 21 - 23, схемы 24 и 25 совпадения и инвертор 26. Генератор 4 опорной частоты служит для генерации непрерывной последовательности импульсов стабильной; частоты. При помощи импульсов опорной Частоты преобразователь напряжение-код формирует квантующие импульсы, а блок управления - последовательность импульсов считывания для опроса первого блока 5 памяти, формирующего корректирующие импульсы.

Второй блок 12 памяти служит для хранения кодов значений начала диапазона из- мерения, значений метрических характеристик ТС. соответствующих заданному началу диапазона измерения, кода выбора режима многопредельного стабилизатора тока и кода выбора корректирующей функции для данного типа ТС.

Многопредельный стабилизатор 6 тока предназначен для обеспечения питанием ТС заданным током.

Блок 2 коммутации может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.З. Он содержит коммутационные ключи 27, генератор 28 опорной частоты, схему 29 совпадений, счетчик 30 и дешифратор 31.

Логический блок 19 должен обеспечивать подачу квантующих и корректирующих импульсов на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 20 в соответствующие моменты времени. Он может быть реализован на логических элементах.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

ТС одного типа могут отличаться друг от друга разбросом своих характеристик. Кривую статической характеристики ТС NCmj(T) можно представить в виде (фиг.4):

NcmjCT) - Мн + Мнор(Т),

где NHJ - начальное значение характеристики;

МнорГО кривизна характеристики.

Метрическая характеристика j-ro ТС будет иметь вид (фиг.5): Nj(R) Ni + NHoP(R), (2) где NI - значение начала диапазона измерения;

NHop(R) - нормированная метрическая характеристика ТС,

Значение выходного кода, пропорционального сопротивлению ТС, а соответственно и температуре, получают путем подсчета числа квантующих импульсов, фо- мируемых при заполнении импульсами опорной частоты временного интервала, пропорционального сопротивлению ТС.

Временной интервал формируют путем сравнения линейно изменяющегося напряжения развертки Up(t) с напряжением Ux, пропорциональным сопротивлению ТС (фиг.6). С целью исключения начального знач ения сопротивления формирование выходного кода начинают с момента совпадения суммы квантующих импульсов, формируемых с начала напряжения развертки, с заданным начальным кодом Мн,

определяемым параметрами ТС. Линеаризацию характеристики ТС осуществляют на этом же временном интервале заполнением его корректирующими импульсами, поступающими из запоминающего блока памяти.

В зависимости от вида функции ТС корректирующие импульсы прибавляют к текущему коду или вычитают из него.

Устройство для измерения температуры работает следующим образом.

Блок 2 коммутации по приходу импульса пуска подключает токовые выводы выбранного ТС к выходу многопредельного стабилизатора 6 тока, а потенциальные выводы ТС - к преобразователю 7 напряжения

в интервал времени, выдает номер подключенного ТС блоку памяти 12 и вырабатывает сигнал запуска, при появлении которого блок 3 управления формирует сигнал начала цикла. Этот сигнал устанавливает триггеры

17 и 18, реверсивный счетчик 20 и адресный счетчик 15 в нулевое состояние и считывает служебную информацию из блока 12 памяти. Считанная информация, которая будет храниться в выходном регистре блока 12

0 памяти, устанавливает требуемую для данного ТС величину тока стабилизатора 6 тока и требуемую программу корректирующей функции. Кроме того, код, соответствующий началу диапазона измерения для данного

5 ТС, будет переписан из выходного регистра блока 12 памяти в реверсивный счетчик 20. а также подан на первые входы схемы 14 сравнения.

Напряжение с-потенциальных выводов

выбранного ТС через масштабный усилитель 8 напряжения подается на первый вход схемы 10 сравнения, на второй вход которой по сигналу начала цикла из блока 3 управления подается линейно-изменяющееся во времени напряжение с генератора 9 пило- образного напряжения. Сигнал начала цикла откроет кчюч 11 и стабильные по частоте импульсы с ГЭЧ А будут заполнять адресный счетчик 15 до тех пор, пока его содержимое не сравняется со значением кода ТС, соот- ветствующим началу диапазона измерения для выбранного ТС При сравнении схемы 14 сравнения кодов выдаст сигнал начала измерения, который обнулит адресный счетчик 15, установит в единичное состоя- ние триггер 17 и откроет ключ (схему 25 совпадения) блока 3 управления для прохождения последовательности импульсов для считывания программы формирования корректирующил импульсов из блока 5 па- мяти.

Так как ТС имеют разные статические характеристики преобразования NC(tij(T), то каждая группа ТС имеет индивидуальную корректирующую функцию. Геометрически корректирующая функция N(R)(фиг.5)определяет отклонение нормированной метрической характеристики ТС от линейной Nflj(R). Поэтому каждому выходному текуще- му коду N2 соответствует определенный корректирующий код N3, формирование которого осуществляется с помощью соответствующей программы, записанной в блоке 5 памяти по двум разрядам. Первый разряд является носителем суммирующих корректирующих импульсов, второй - вычитающих. Корректирующим импульсом является единичная информация, считанная из блока памяти по установленному адресу. В блоке 5 памяти записывается несколько корректирующих программ формирования разных корректирующих функций. Для выбора требуемой корректирующей программы использованмультиплексор13, представляющий собой по существу два четырехразрядных селектора с общими цепями управления. При опросе блока 5 памяти информация считывается по всем разрядам одновременно, что соответствует одновре- менному считыванию по данному адресу элементов всех корректирующих программ. Выбор корректирующей программы осуществляют подачей на управляющие входы мультиплексора 13 кода номера корректи- рующей программы с выходного регистра второго блока 12 памяти. Этим достигается подключение двух разрядов блока 5 памяти, несущих информацию выбранной программы, к входам логического блока 19.

Сформированные корректируюсь..- п. пульсы из блока 13 следуют по двум каи- 1- в логический блок 19 Гдк дк коррс тир к щач функция имеет возрастающие и уГып ющие участки, то имеется раздг - следования корректирующих каналам: корректир-Ґющие импульси ; мирующие возрастающий участок, следую ч по положительному канапу, л ороек i ил щие импульсы спадаю цего учястк мсг по отрицательному каналу (фиг 7) СмС г лярностн к .рректи умщих имлу, пг i деляется особенностью кооре .ируюц.. программы, записанной в блок 12 прм а..

После установки триггера 17 измс-г в единичное состояние квантуюиич i мну сы с ключа 11 и ПОТСЖИТСЛЬНРР кто юшиа импульсы мультиплек о,, л ч поступать через логический Гы ,

Ч.1Г,)ЮЩИЙ ВХОД рвйс рСИГ ,ОГО С Н. /

отрицательные корректирующие ns ум мирующий вход счетчика 20 Ко1д,и-г)гт « и мое счетчика 20 станет равным нуп-о г и сформирует импульс установки .ритер « в единичное состояние В г вии с функцией логического блока 19 ревер сизный счетчик 20 начнет работать на сложение положительных корректирующих импульсов и квантующих импульсов ьн тание отрицательных корректирующих им пульсов

Адресный счетчик 15 и ,км счетчик 20 будут заполняться до т( пс пока линейно-изменяющеес° напряжение генератора 9 пилообразного ьатряж i :ir сравняется с промасштабируемым про р- зуемым напряжением Ux При сравмег И схема 10 сравнения выдаст сигнал ,., ния, который закроет электронный и, ч блока 3 управления Формирор ние ющих и корректирующих импульсов прсхрэ титься. Содержимое реверсивного счетчик.- 20 будет соответствовать выходному 1 -у измеряемой температуры, а триггер 1J зс ка будет хранить знак данногг ,с;дл.

Блок 2 коммутации (фиг.3 ч гзотаетгло дующим образом. По приходу н и.чего. т нала Пуск первый импульс ген, ттора Р опорной частоты через схему 29 совпадения поступит на вход счетчика 30 и в плок управления, являясь ДЛР него сигналом ч пуска. Счетчик 30 перейдет в единично,0 о- стояние и на первом выходе дешифрртг, 31 появится сигнал, вызывающий замычи ние коммутационных ключей перзпс- г Одновременно информация о номерр по iКЛЮЧеННОГО ТС С ВЫХОДОВ СЧеШИКТ 30 1C V

пает в блок 12 памяти По при nv следующего импульса с генератора 28 гпор ной частоты счетчик 30 установится в оогг

состояние, а дешифратор 31 подключит новую группу коммутационных ключей и выберет очередной ТС.

Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее блок термогфеобразовате- лей сопротивления, преобразователь напряжения в интервал времени, выход которого подключен к первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход подключен к информационному входу адресного счетчика, выход которого подключен к первому входу первого блока памяти, схему сравнения кодов, мультиплексор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, путем уменьшения погрешности измерения, вызванной разбросом характеристик термопреобразователей сопротивления, в него введены многопредельный стабилизатор тока, второй блок памяти, блок коммутации, блок управления и блок формирования результата измерения, первый вход которого соединен с выходом ключа, второй и третий входы подключены к выходам мультиплексора, четвертый вход соединен с выходом схемы сравнения кодов, первым управляющим входом адресного счетчика и первым входом блока управления, а пятый вход соединен с вто

|-

рым управляющим входом адресного счетчика, первым выходом блока управления, управляющим входом преобразователя напряжения в интервал времени, третьим вхо5 дом ключа и первым входом второго блока памяти, второй вход которого соединен с первым выходом блока коммутации, при этом первый выход второго блока памяти подключен к первому входу схемы сравне10 ния кодов, второй выход соединен с первым входом мультиплексора, третий выход подключен к шестому входу блока формирования результата измерения, а четвертый выход - к входу многопредельного стабили15 затора тока, выход которого подключен к первому входу блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом блока термопреобразователей сопротивления, второй выход - с входом преобразователя

20 напряжения в интервал времени, а третий выход подключен к второму входу блока управления, третий вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, четвертый вход - с выходом преобразователя

25 напряжения в интервал времени, а второй выход подключен к второму входу первого блока памяти, выход которого соединен с вторым входом мультиплексора, при этом второй вход схемы сравнения кодов соеди- 30 нен с выходом адресного счетчика.

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность измерения. Значение выходного кода, пропорционального температуре выбранного термопреобразователя сопротивления T_с из блока 1 термопреобразователей, получают путем подсчета числа квантующих импульсов блоком 16 формирования результата измерения в течение временного интервала, формируемого преобразователем 7 напряжения в интервал времени. Блок формирования результата измерения включает в себя триггер 17 измерения, триггер 18 знака, логический блок 19 и реверсивный счетчик 20. Для исключения начального сопротивления ТС формирование выходного кода начинают с момента совпадения суммы квантующих импульсов с заданным начальным кодом, записанным в счетчик 15 из блока 12 памяти. Линеаризацию характеристики ТС осуществляют путем вычитания или добавления корректирующих импульсов из блока 5 памяти. 6 ил.

Пуск н,

d&

i T-T30

37

Г-J

.Т.Пцск

29

k

:l

Jo. избА.6

ж:}

I±f

J

:

.5 -+ fHOftep канала)

+ в Бл.г

.Запуск .

ФигЗ

/У

Ncmj(T)

о

Фиг.

()

Фиг. 5

Illllllllinillllllllllllll

NT

Фиг 6

а ui 1Вы Ъл. 1Ъ

6 206/х.бл/З

б

Фиг. 7

N2