Устройство для измерения температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь.- зовано для измерения температуры и в качестве промежуточного преобразователя в системе управления термостатами .

Известно устройство для измерения температуры, содержащее коммутатор, входы которого соединены с термопреобразователем сопротивления и блоком образцовых резисторов, подключенных к источнику тока, а выход соединен с первым входом аналого- цифрового преобразователя, второй

вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен к первому входу микропроцессора,вто- рой вход которого соединен с запоминающим устройством, а выходы подключены к управляющим входам коммутатора и блока индикации. С целью повышения помехозащищенности и точности устройства за счет подстройки времени интегрирования входного сигнала аналого-цифрового преобразователя под период сетевого напряжения, в него введены формирователь и два программируемых счетчика, тактовые входы кою

10

J 1719926

торых соединены с выходом генератора импульсов, выходы соответственно подключены к управляющему входу анаого-цифрового преобразователя и третьему входу микропроцессора, а входы соответственно соединены с третьим выходом микропроцессора и выходом формирователя, вход которого подключен к питающей сети. Наличие микропроцессора обеспечивает хорошую точность измерителя, но наличие механических ключей коммутатора и сложность устройства обуславливают его низкую надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный последователь,.

с первым резистором в одно из

но

плеч измерительного моста, в два других смежных плеча которого включены постоянные второй и третий резисторы, а уравновешивающееся плечо состоит из последовательно соединенных четвертого и пятого резисторов в магазине сопротивлений, состоящем из четырех управляемых тетрад двоично- взвешенных резисторов и подключенноо к выводам четвертого резистора, источник питания, подключенный к пита- кщей диагонали измерительного моста - точкам соединения первого резистора с.вторым и третьего резистора с четвертым, нуль-орган, вход которого соединен с измерительной диагональю измерительного моста, а выход подключен к управляющему входу селектора, информационный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы подключены к входам реверсивного четырехразрядного счетчика, выходы первого, второго и третьего разрядов которого подключены соответственно к управляющим входам первой, второй и третьей тетрад двоично-взвешенных резисторов, а ход четвертого разряда подключен к входу дешифратора, выход которого соединен с управляющим входом четвертой тетрады двоично-взвешенных резисторов и управляющими входами первого и второго ключей, блок индикации, подключенный к выходам реверсив ного четырехразрядного счетчика, три дополнительных резистора, причем последовательно соединенные дополнительные резисторы включены в питающую диZ5

30

35

40

45

50

55

и

и

и т т я ч

н и

ч п в з с

0

,.

5

0

5

0

5

0

5

агональ измерительного моста, а выводы второго дополнительного резистора через нормально разомкнутые первый и второй ключи соединены с выводами пятого резистора уравновешивающего плеча.

Устройство работает следующим образом

В случае баланса измерительного моста сигнал на входе в нуль-орган отсутствует, а его выгодной сигнал запирает селектор, запрещая прохождение импульсов генератора тактовых импульсов на реверсивный счетчик,, 8 этом случае блок индикации регистрирует значение, записанное ранее в реверсивном счетчике При изменении температуры баланс измерительного моста нарушается и на одном из выходов нуль-органа появляется сигнал, разрешающий прохождение через селектор импульсов тактового генератора на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика в зависимости от зйака сигнала разбаланса измерительного моста. Заполнение счетчика происходит до момента восстановления баланса моста о После этого на блоке индикации регистрируется новое значение измеряемой температуры.

Реверсивный счетчик управляет магазином сопротивлений,имеющих номиналы, соответствующие двоично-взвешенному коду. При этом для исключения влияния переходных сопротивлений ключей, подключающих сопротивления к измерительному мосту, они должны иметь механические контакты, обладающие пренебрежимо малым значением переходного сопротивления.

Недостатками устройства являются наличие электромеханических ключей, имеющих низкую надежность, недостач точная точность, так как не учитывается нелинейность термопреобразователя сопротивления, и большая постоянная времени измерения, обусловленная- большой инерционностью механических контактов ключей.

Цель изобретения - повышение точности и надежности устррйства для измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик, нуль-орган;

- 1

и блок индикации, введены генератор синусоидального сигнала, цифроанало- говый преобразователь, и блок коррекции, причем выход генератора синусоидального сигнала через эталонный резистор соединен с токовым входом нуль-органа, выполненного в виде последовательно соединенных усилителя тока, фазового детектора и формиро- вателя выходных сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены сбответственно с управляющими входами прямого и обратного счета и входом Запрет счета реверсивного счетчика, информационные выходы которого соединены с цифровыми входами блока коррекции и цифроаналогового преобразователя, вход опорного CMI- нала которого соединен с выходом ге- нератора синусоидального сигнала и входом опорного сигнала фазового детектора нуль-органа, аналоговый выхо соединен через термопреобразователь сопротивления с токовым входом нуль- органа, четвертый выход которого соединен с входом Запись цифрового индикатора, цифровые входы которого соединены с цифровыми выходами блока коррекции, а счетный вход реверсив- ного счетчика соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

Сравнение предлагаемого устройства с известными показывает, что цифроаналоговый преобразователь, блок коррекции и генератор синусоидального сигнала по отдельности известны, но их введение в указанных связях с остальными блоками в пред- лагаемом устройстве обуславливает по явление новых свойств, заключающееся в следующем.

Введение цифроаналогового преобразователя позволяет произвести-компенсацию сигнала опорного канала устройства без применения электромеханических ключей, что повышает надежность устройства. Введение гене- ратора синусоидального сигнала и блока коррекции, преобразующего двоичный код реверсивного счетчика в двоично-десятичный и вводящего поправку на нелинейность термопреобразователя сопротивления, позволяет исключить погрешность от дрейфа смещения выходных сигналов цифроаналогового пре образователя и -усилителя тока нуль- - органа и тем самым повысить точность измерения.

Q 5 0 5 0

д

,

5

На фиг. 1 изображена структурная - схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - диаграмма работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального сигнала, генератор 2 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 3, двоичный реверсивный счетчик Л, образцовый резистор . 5, термопреобразователь 6 сопротивления, блок 7 коррекции, цифровой индикатор 8, нуль-орган 9, включающий.,. себя усилитель 10 тока, фазовый детектор 11 и формирователь 12 выходных сигналов, причем выход генератора 1 синусоидального сигнала через эталонный резистор 5 соединен с токовым входом нуль-органа 9, выполненного в виде.последовательно соединенных усилителя 1.0 тока, фазово- го детектора 11 и формирователя 12 выходных сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющими входами прямого и обратного счета и входом Запрет счета реверсивного счетчика 4. Информационные выходы последнего соединены с цифровыми входами блока 7 коррекции и цифроаналогового преобразователя 3, вход опорного сигнала которого соединен с выходом генератора 1 синусоидального сигнала и входом опорного сигнала фазового детектора 11 нуль-органа 9, а аналоговый выход соединен через термопреобразователь 6 сопротивления с токовым входом нуль-органа 9, четвертый выход которого соединен с входом Запись цифрового индикатора 8. Цифровые входы последнего соединены с цифровыми выходами блока 7 коррекции, а счетный вход реверсивного счетчика 8 соединен с выходом генератора 2 тактовых импульсов

Устройство работает следующим образом.

д ,

50

55

При включении питания реверсивный счетчик k устанавливается в исходное значение, а ток через эталонный резистор 5, поступающий на токовый вход нуль-органа 9, обеспечивает появление на его выходе I сигнала, разрешающего заполнение реверсивного счетчика 4 в режиме прямого счета импульсами генератора 2, По мере заполнения реверсивного счетчика 4, на его информационных выходах появляется возрастающий во времени двоичный код, поступающий на цифроанало- говый преобразователь 3, вызывая по- явлениэ на его аналоговом выходе ступенчато возрастающего напряжения переменного тока, поступающего от генератора 1 синусоидального сигнала но инвертированного цифроаналоговым преобразователем 3. По мере роста этого напряжения ступенчато возрастает ток через термопреобразователь 6 сопротивления и в момент равенства токов (баланс схемы) на токовом входе нуль-органа 9,на его выходе III появляется сигнал запрета счета, останавливающий счет реверсивного счетчика А. Одновременно исчезает CHI- нал на выходе I и появляется на выходе II, подготавливая реверсивный счет чик к новому циклу, но в режиме обратного счета. В период действия CHI- нала Запрет счета, на выходе IV нуль-органа 9 формируется импульс записи, обеспечивающий запись преобразованного блоком 7 коррекции кода с выхода реверсивного счетчика k в блок индикации для его отображения или регистрации. По окончании действия сигнала запрета счета на выходе III нуль-органа 9 реверсивный счетчик начинает заполняться в режиме обратного счета, уменьшая значение кода на своих информационных выходах, а следовательно, и напряжение на аналоговом выходе цифроаналогового преобразователя При этом уменьшается ток через термопреобразователь 6 сопротивления до момента нового баланса токов на входе нуль-органа 9. Далее процесс измерения повторяется. Ток через образцовый резистор S определяется выражением

де

Ifi

Ч

1С - ко

г 5Ј

(1)

ток через образцовый резистор 5, А; напряжение с .выхода генератора 1 , В;

Ч

значение сопротивления резистора 5, Ом. Ток через термопреобразователь сопротивления

(2)

- Lr

In - ток через термопреобразователь 6, А;

Ri.

п-|.

п - число разрядов цифроаналогового преобразователя; значение сопротивления тер- моп|эеобразователя 6, Ом;

„.,2 - значение кода на цифровых входах цифроаналогового преобразователя;

- весовые коэффициенты, принимающие значения 0 или 1. В момент баланса токов на токовом ходе нуль-органа 9

А О i А О i А02 +At2 +..

А,

Тов.ю5 д

5

0

5

0

45

0

5

Ur R

иг иг А г- - гт«- А.

(3)

,

Отсюда значение кода в момент баланса

. А,Ъ

р

Ro

Таким образом, значение кода, образуемое блоком 7 коррекции и регистрируемое блоком 8 индикации прямо пропорционально величине сопротивления термопреобразователя 6, а следовательно, и измеряемой температуре.

Практической реализацией предлагаемого устройства является макет измерителя температуры с диапазоном измерений от -200 до +500°С с погрешностью менее 0,1°С, При этом исключение электромеханических переключающих элементов обеспечивает надежность устройства на уровне надежности входящих в устройство интегральных схем.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик, нуль-орган и блок индикации.отличающееся тем, что, с релью повышения точности и надежности, в него введены генератор синусоидального сигнала, цифроаналоговый преобразователь и блок коррекции, а нуль-орган выполнен в виде последовательно соединен- ных усилителя тока, фазового детектора и формирователя выходных сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с прямым, обратным и запрещающим входами реверсивного счетчика, информационные выходы которого соединены с цифровыми входами блока коррекции и цифро- аналогового преобразователя, вход опорного сигнала которого соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, опорным входом фазового детектора и через эталонный резистор с входом усилителя тока, который через термопреобразователь сопротивле- . ния соединен с аналоговым выходом циф- роаналогового преобразователя, четвертый выход формирователя выходных сигналов соединен с входом Запись цифрового индикатора, цифровые входы которого соединены с цифровыми выходами блока коррекции, а счетный вход реверсивного счетчика соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения температуры и в качестве промежуточного преобразователя в системе управления термостатами). Цель изобретения состоит в повышении точности и надежности устройства для измерения температуры. Устройство содержит термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик, нуль-орган и блок индикации. Цель достигается введением генератора синусоидального сигнала, цифроаналогового преобразователя и блока коррекции. Выход генератора синусоидального сигнала через эталонный резистор соединен с токовым входом нуль-органа, выполненного в виде последовательно соединенных усилителя тока, фазового детектора и формирователя выходных сигналов. Значение кода, образуемое блоком коррекции и регистрируемое блоком индикации, прямо пропорционально величине сопротивления термопреобразователя, а следовательно, измеряемой температуре,, 2 ил, § С

5 ®°

-€И

Bjt

4Ь

- 4

Запрет cbema

+1

v -/t.

11

г

12

Ж

ж

9

ZJ

Запись

IRQ A

ytt

П П

Фиг. 2

-

н-f