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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры.

Цель изобретения - повышение быстродействия и помехоустойчивости.

На чертеже приведена структурная схема многоканального устройства для измерения температуры. Устройство содержит резистивные термодатчики 1.1 - 1.п с токовыми и потенциальными выводами 2.1. 2.2 - 2.1п, 2.2п, эталонный резистор 3, мультиплексор 4, масштабирующий усилитель 5, источник 6 напряжения, первый 7 и второй 8 преобразователи напряжение-ток, инвертор 9, первый 10 и второй 11 думультиплек- соры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, блок 13 коррекции результатов измерения, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 14, блок 15 индикации, первый двоичный счетчик 16, двоично-десятичный счетчик 17, постоянное запоминающее устройство () 18, третий двоичный счетчик 19, второй двоичный счетчик 20, ПЗУ 21. элемент ИЛИ 22, элемент И 23, генератор 24 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 25.

Устройство работает следующим образом.

С генератора 24 тактовых импульсов сигнал поступает на тактовый вход С двоичного счетчика 20, который является счетчиком последовательности команд, записанных в ПЗУ 21. Эти команды приводят к следующим действиям.

Обнуляются счетчики 16,17.19,20. При этом на выходе счетчика 19 устанавливается

lOs

vj ГО ГО СО

ю

адрес кода первой выборки весовой функции, а на выходе ПЗУ 18, в котором записана дискретная весовая функция, появляется код этой выборки. Нижний уровень на выходе переполнения счетчика 1/ закрывает элемент И 23. На выходе счетчика 16 устанавливается адрес нулевого канала, к которому подсоединен, например, первый датчик 1.1, и по этому адресу открываются соответствующие каналы мультиплексора 4 и демультиплексоров 10 и 11, а также определенная ячейка ОЗУ 14. Выход АЦП 12 переведен в высокоомное состояние. По сигналу с выхода 10 ПЗУ 21 накапливающий сумматор 25 сбрасывается в ноль (вход R). Измерительное напряжение от первого датчика через мультиплексор 4 и усилитель 5 подается на вход В АЦП 12. По сигналу с выхода 3 ПЗУ 21 запускается АЦП 12 (вход Пуск). ОЗУ 14 переводится в высокоомное состояние (выход 11 ПЗУ 21). Код измеряемого напряжения первого датчика поступает на вторую группу накапливающего сумматора 25. По сигналу с выхода 8 ПЗУ 21 в двоично-десятичный счетчик 17 (вход WR) записывается код первой выборки весовой функции с выхода ПЗУ 18, при этом открывается элемент И 23 и импульсы с генератора 24 тактовых импульсов поступают на вход вычитания (-С) счетчика 17 и через элемент ИЛИ 22 - на тактовый вход (С) накапливающего сумматора 25. В момент, когда количество импульсов, пришедших на счетчик 17 и одновременно на накапливающий сумматор 25, будет соответствовать числу, записанному в этот счетчик, то элемент И 23 закрывается. Таким образом, в накапливающем сумматорг 25 происходит накопление кода напряжения с выхода АЦП 12, причем число накоплений соответствует коду первой выборки весовой функции, т.е., на выходе накапливающего сумматора 25 формируется результат, пропорциональный произведению кода напряжения на код выборки весовой функции. Произведение этих двух чисел с выхода накапливающего сумматора 25 сигналом с выхода ПЗУ 21 записывается в ячейку ОЗУ 14, адрес которой соответствует номеру канала. По сигналу с выхода ПЗУ 21 состояние счетчика 16 увеличивается. Таким образом, первые выборки сигнала каждого канала умножаются на первую выборку весовой функции и записываются в соответствующие ячейки ОЗУ 14. Далее счетчик 16 снова переходит на нулевой адрес и начинается обработка вторых выборок каналов, Для этого по сигналу с выхода 12 ПЗУ 21 состояние счетчика 19 увеличивается на единицу, в результате чего на выходе ПЗУ 18 появляется- код второй

выборки весовой функции. После этого измерения повторяются, но уже соответственно для второй выборки весовой функции. В результате этого на выходе и одновременно на первой группе входов в накапливающего сумматора 25 присутствует произведение кода второй выборки сигнала определенного канала на код второй выборки весовой функции. По сигналу с выхода 2

0 ПЗУ 21 выход АЦП 12 переводится в высокоомное состояние и с ОЗУ 14 считывается обработанный результат первой выборки данного канала, который подается на вторую группу входов накапливающего сумма5 тора 25. Таким образом, на накапливающем сумматоре 25 суммируется первая и вторая выборки каждого канала.

Из вышеизложенного следует, что первые обработанные выборки каждого канала

0 записываются непосредственно в ОЗУ, а каждая последующая обработанная выборка должна суммироваться с предыдущей и снова записываться в ОЗУ 14.

Далее все операции повторяются, т.е.

5 каждая выборка каждого канала умножается на определенную выборку весовой функции. В конце цикла опроса и обработки сигналов всех датчиков в ячейках ОЗУ 14 будут записаны усредненные результаты

0 измерения по каждому каналу. При обработке последних выборок по сигналу с выхода 6 ПЗУ 21 окончательные результаты записываются в блок 15 индикации (вход WR). В устройстве предусмотрена коррекция

5 дрейфа напряжения смещения усилителя 5 и коррекция коэффициента преобразования тракта измерения напряжения. По окончании опроса и обработки всех п каналов системы по сигналу счетчика 16 включается

0 дополнительный вход мультиплексора 4. При этом к входу усилителя 5 подключается эталонный резистор 3, служащий для коррекции коэффициента преобразования. По сигналу с выхода 3 ПЗУ 21 запускается АЦП

5 12 и одновременно код эталона переписывается в блок 13 коррекции результатов измерения (вход Уп), при этом все остальные блоки арифметический обработки сигнала отключены. В блоке 13 коррекции результа0 тов измерения этот код сравнивается с уставкой и в соответствии с разбалансом выдает сигнал управления на источник 6 напряжения. Далее подключается второй дополнительный вход(п + 2) мультиплексора

5 4, который замыкает вход усилителя 5 на корпус. В моме.нт подключения входа (п + 2) замыкается ключ и на конденсаторе усилителя 5 устанавливается напряжение смещения. При последующей работе усилителя ключ размыкается и хранящееся на конденсаторе напряжение компенсирует напряжение смещения. Управление ключом осуществляется сигналом с выхода 4 ПЗУ 21.

В устройстве также предусмотрена коррекция погрешности измерения температуры (напряжения), обусловленной влиянием измерения температуры сопротивления линии связи.

Для обеспечения заданной помехоустойчивости в предлагаемом устройстве используется весовое усреднение, сущность которого состоит в том, что результат преобразования в i-том канале можно предТ/2

ставить Х| Ка Xi(t)g(t)dt B аналоговой форме либо

Nxi 2) Х|Г ) 1

Ngj - в цифровой форме,

где Xi(t) - сигнал в I-том канале;

g(t) - весовая функция;

Nxij - результат j-того преобразования сигнала в i-том канале;

Ngj - J-тое значение весовой функции.

Применение весового усреднения при заданном подавлении помех обеспечивает уменьшение длительности преобразования сигнала.

Формула изобретения Многоканальное устройство для измерения температуры, содержащее последовательно соединенные источник напряжения, первый преобразователь напряжение-ток и первый демультиплексор, к выходам которого подключены первые токовые выводы резистивных термодатчиков, первые потенциальные выводы которых соединены с входами мультиплексора, первый дополнительный вход которого обьединен с дополнительным выходом первого демуль- типлексора и через эталонный резистор подключен к общей шине, вторые потенциальные выводы резистивных термодатчиков подключены к входам второго демультип- лексора, к выходу которого подключен через последовательно соединенные инвертор и второй преобразователь напряжение-ток источник напряжения, подключенный своим выходом к опорному входу аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами блока коррекции результатов измерения, выходом подключенного к управляющему входу источника напряжения, вторые токовые выводы резистивных термодатчиков соедине- ны с общей шиной и с вторым дополнительным входом мультиплексора,

подключенного через масштабирующий усилитель к входу аналого-цифрового преобразователя, вход выборки которого и запускающий вход соединены соответственно 5 с вторым и третьим выходами постоянного запоминающего устройства, первый, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с управляющим входом блока коррекции ре10 зультатов измерения, с управляющим входом масштабирующего усилителя, с тактовым входом первого двоичного счетчика, с входом записи блока индикации, с входа- ми сброса в ноль первого и второго двоич15 ных счетчиков, выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу второго двоичного счетчика, выходами подключенного к адресным входам постоянного запоминающего устройства, выходы

0 первого двоичного счетчика подключены к управляющим входам первого и второго де- мультиплексоров, мультиплексора и блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и поме5 хоустойчивости, в него введены последовательно соединенные третий двоичный счетчик, второе постоянное запоминающее устройство и двоично-десятичный счетчик, элемент И, элемент ИЛИ, последовательно

0 соединенные накапливающий сумматор и оперативное запоминающее устройство, информационными входами подключенное к входам информации блока индикации и к первой группе входов накапливающего сум5 матора, вторая группа входов которого подключена к выходам аналого-цифрового преобразователя и к выходам оперативного запоминающего устройства, адресными входами подключенного к входам первого

0 двоичного счетчика, выход генератора тактовых импульсов через элемент И соединен с тактовым входом двоично-десятичного счетчика, выход переполнения которого соединен с вторым входом элемента И, выход

5 которого через элемент ИЛИ подключен к тактовому входу накапливающего сумматора, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый и тринадцатый выходы первого постоянного запоминаю0 щего устройства соединены соответственно с входами сброса в ноль третьего двоичного счетчика и двоично-десятичного счетчика, входом предварительной записи двоично- десятичного счетчика, вторым входом эле5 мента ИЛИ, входом установки в ноль накапливающего сумматора, входом выборки оперативного запоминающего устройства, тактовым входом третьего двоичного счетчика и входом запись-считывание оперативного запоминающего устройства.

ft

21

21a

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить быстродействие и помехоустойчивость многоканальных устройств для измерения температуры. С выхода генератора 24 тактовых импульсов сигналы поступают на тактовый вход двоичного счетчика 20, который формирует на своих выходах адреса постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 21. С помощью ПЗУ 21 осуществляется циклическое управление работой устройства: обнуляются счетчики 16, 17, 19, 20, открываются соответствующие каналы мультиплексора 4 и демультиплексоров 10 и 11. Затем запускается аналого-цифровой преобразователь 12 и результат преобразования записывается в оперативное запоминающее устройство 14. После завершения цикла измерения результат выводится на индикацию. 1 ил.