Устройство для измерения температуры Советский патент 1991 года по МПК G01K7/02 

(Л

С

Изобретение относится в термометриии и позволяет повысить точность измерения температуры. По сигналу схемы 1 запуска импульсы с выхода генератора 12 импульсов поступают на вход счетчика 2, формируя на его выходах линейно-растущий двоичный код, который является кодом адреса блока 3 постоянной памяти (БПП). На выходе БПП 3 также появляется двоичный код, который преобразуется в аналоговый сигнал цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 5. В нуль-органе б происходит сравнение сигналов с выходов термопары 8 и ЦАП 5, При равенстве указанных сигналов выходной двоичный код БПП 3 фиксируется в блоке 9 регистрации. В зависимости от типа используемой термопары и требуемой средней погрешности измерения в устройстве предусмотрено адаптивное изменение частоты генератора 12 импульсов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

о VI о ю

N3

Изобретение относится к области термометрии и может найти применение в металлургической, химической и др. отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена структура устройства для адаптивного измерения температуры; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства: а и б - напряжения на первом и втором выходах схемы запуска; в-сигнал на выходе первого одновибрато- ра; г-выходное напряжение блока компенсации температуры холодного спая термопары; д - выходное напряжение первого цифроаналогового преобразователя; е

-выходное напряжение нуль-органа; ж - выходное напряжение триггера; з - выходное напряжение второго одновибратора; и

-выходное напряжение второго цифроаналогового преобразователя; к- выходной сигнал генератора импульсов.

Устройство для адаптивного измерения температуры содержит схему 1 запуска, первый счетчик 2 импульсов, блок 3 постоянной памяти, задатчик 4 типа термопары, первый цифроаналоговый преобразователь 5, нуль-орган 6, блок компенсации температуры холодного спая термопары, термопару 8, блок 9 регистрации, регистр 10 хранения, второй цифроаналоговый преобразователь 11, генератор 12 импульсов, первый одновибратор 13, второй счетчиг 14 импульсов, триггер 15, делитель 16 частоты, удвоитель 17 частоты, задатчик 18 средней погрешности и второй одновибратор 19.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройства напряжение на первом выходе схемы 1 запуска равно логической 1, первый счетчик 2 сброшен и работа его запрещена. Код на первых выходах блока 3 постоянной памяти равен О, а вторых выходах пропорционален некоторой минимальной температуре Tmin, находящейся на нижней границе диапазона изменения температуры объекта. Напряжение на выходе первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 5 равно нулю. На выходе нуль-органа 6, сравнивающего это напряжение с всегда отличным от нуля напряжением блока компенсации температуры холодного спая термопары, к первому входу которого подключена термопара 8, а на второй и третий поступает компенсационное напряжение с второго и третьего выходов задатчика 4 типа термопары, постоянно присутствует поэтому высокий логический уровень. Записи

информации о блок 9 регистрации не происходит. Выходное состояние регистра 10 хранения произвольное, поэтому на выходе второго ЦАП 11 присутствует случайное

значение аналогового напряжения, которому соответствует некоторое значение частоты генератора 12 импульсов.

В начале работы устройства схема 1 запуска вырабатывает на первом выходе

низкий логический уровень, а на втором - импульс положительной полярности длительностью 1м, гарантированно охватывающей не менее одного периода изменения входного сигнала термопары 8. По фронту

этого импульса первый одновибратор 13 вырабатывает короткий импульс, обнуляющий второй счетчик 14 и сбрасывающий триггер 15, устанавливающий в исходное состояние делитель 16 частоты и в состояние логической 1й - выходы регистра 10 хранения. Код на выходах регистра 10 становится равным максимальному значению, такое же значение принимает и напряжение на выходе второго ЦАП 11, и частота

генератора 12 становится равной максимальной величине fm.

Разрешается работа n-разрядного первого счетчика 2, код на выходах которого линейно увеличивается с поступлением каждого нового импульса генератора 12, Этот код поступает на младшие (первые) адресные входы блока 3, на старшие (вторые) входы которого поступает код с первых выходов задатчика 4. По изменяющемуся адресному

коду на первых входах блока 3 в его области памяти, задаваемой кодом на вторых входах, выбирается ячейка, в которой хранится код из двух байтов, первый из которых равен

Х

61

где ei - вес младшего значащего разряда

ЦАП 5,

и пропорционален значению термоЭДС Е

термопары 8 при температуре

T Tmm + iAT,

где А Т - шаг изменения температуры за один такт; I - номер такта генератора 12 (,12п-1).

Первый байт выдается на первые выходы блока 3 и преобразуется ЦАП 5 в напряжение Е, сравниваемое нуль-органом б с напряжением на выходе блока 7, равным термоЭДС термопары 8. В момент равенства напряжения ЦАП 5, возрастающего по закону,

Е а Т2 + ЬТ+с

где а, в, с - коэффициенты, постоянные для данной термопары и термоЭДС термопары

Одновременно в триггер 15 записывается состояние младшего разряда когда у, Изменение младшего разряда может произойти лишь в этом случае, если в момент времени tz температура примет значение, пропорциональное А Т:

T2 jAT .12n-1),

где г - разрядность счетчика 2, отличающееся от предыдущего, зарегистрированного в момент времени ti, значения Ti на величину ± Т, что соответствует ± 1 младшему значащему разряду (МЗР) кода Y. При этом можно констатировать, что в интервале ti, 12 средняя крутизна изменения температуры равна

S I Т2-Т2 I AT 1t2 - titz - ti

Интервал ti.ta кратен периоду опроса термопары r(2n-1)/fm:

t2-tt L r( r 1,2M),

где M tH/ t - количество отсчетов, приходящихся на интервал tH.

Если среднее число циклов измерения между двумя измерениями состояния младшего разряда кода температуры равно Up, то средняя крутизна сигнала составит

S - - К2 DO ,

L-cp Т

где п0 M /Up - количество изменений младшего разряда кода на интервале наблюдения tH; K2 ЛТЛн - постоянный коэффициент.

Определяют частоту генератора 12 f0, при которой средняя разность отделенных шагом измерения т0 отсчетов температуры

(Т|н - Т|)Ср S То

была бы равна средней погрешности интерполяции ё( К 1,22 п- 1):

§т0 е .

Формируя из каждого импульса выходного сигнала триггера 15 по два импульса (по каждому изменению логического состояния, т.е. по фронту и по спаду) с помощью удвоителя 17, на его выходе за время наблюдения появляется п0 импульсов. Пройдя через делитель 16 частоты, коэффициент деления которого устанавливается равным ё, импульсная последовательность поступает далее на второй счетчик 14, содержимое которого к концу интервала tH будет равно Z-no/e.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

По окончании периода tH (спаду импульса на втором выходе схемы 1 запуска) второй одновибратор 19 формирует короткий импульс, по которому содержимое счетчика 14 записывается в регистр 19 хранения.

Код на его выходах, равный Z, преобразуется с помощью второго ЦАП 11 в пропорциональное напряжение

Uz - e2Z -е2 4pfc

где 62 - вес МЗР второго ЦАП 11.

Генератор 12 преобразует выходное напряжение ЦАП 11 в частоту по закону

f-MUz, где К4 - Кз/еа - постоянный коэффициент.

Предлагаемое устройство позволяет, таким образом, осуществить автоматический выбор частоты опроса термопары, оптимальной с точки зрения требуемой средней погрешности дискретизации, что обеспечивает повышение точности измерения температуры.

Формула изобретения

элемент ИЛИ, третий счетчик импульсов и дешифратор, а за датчик средней погрешности выполнен в виде переключателя, общий контакт которого через один из

первых входов делителя соединен с выходом делителя частоты и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу сброса третьего счетчика импульсов, выходы которого соединены с

входами дешифратора,: выходы которого через остальные первые входы делителя соединены с входами контактами переключателя, а первым и третьим входами делителя являются соответственно счетный

вход третьего счетчика импульсов и второй вход второго элемента ИЛИ,

входы синхронизации вторых триггеров служат третьим входом регистра хранения, выходами которого являются выходы вторых триггеров.