Устройство для измерения температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных системах, устройствах контроля и регулирования технологических процессов.

Известны устройства для измерения температуры, содержащие температурные датчики, например термопары, устройство компенсация влияния изменения температуры холодных концов термопар, коммутатор аналоговых сигналов, усилитель, схему выборки и хранения, аналого- цифровой преобразователь, состоящий из компаратора, регистра, например, последовательного приближения, цифроаналогово- го преобразователя.

Недостатком известных устройств я вля- ется отсутствие возможности самокалибровки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является шестика- нальный измерительный преобразователь для термопреобразователей, содержащий температурные датчики-термопары, устройство компенсации влияния изменения температуры холодных концов термопары, коммутатор аналоговых сигналов, усилитель, схему выборки и хранения, аналого- цифровой преобразователь, состоящий из компаратора, регистра, цифроаналогового преобразователя.

Недостатком устройства является то, чо в нем не предусмотрена возможность самокалибровки.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет обеспечения самокалибровки.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее N термопар, подключенных к соответствующим входам коммутатора, компенсатор влияния изменения температуры холодных концов термопар, подключенный к (N+1)-My входу коммутатора, соединенному выходом через последовательно включенные усилитель и выборки-хранения с аналого-цифровым преобразователем, введены генератор тактовых импульсов, первый и второй делители частоты, первый и второй триггеры, счетчик, группа элементов совпадения, буферный формирователь, последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, последовательно соединенные элемент И и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные цифровой компаратор и третий элемент ИЛИ, выходом соединенный с R-входами первого делителя частоты, первого триггера и счетчика, подключенного информационными выходами к первой группе входов цифрового компаратора, к управляющим входам коммутатора через группу элементов совпадения, к кодовым входам аналого-цифрового преобразователя через буферный

формирователь, а выходом переполнения соединенного с С-входом первого триггера, D-входом подключенного к управляющему входу второго делителя частоты, к первому входу элемента И и к своему инверсному

0 выходу, а неинверсным выходом соединенного с управляющим входом первого делителя частоты, объединенного тактовым входом с тактовым входом второго делителя частоты и вторым входом элемента И, и

5 подключенного к выходу генератора тактовых импульсов, при этом выход первого делителя частоты соединен с управляющим входом буферного формирователя и первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход

0 которого объединен с вторым входом второго элемрнта ИЛИ, стробирующим входом группы 5-лементов совпадения и подключен к выходу второго делителя частоты, выход второго элемента ИЛИ подключен к С-входу

5 счетчика, выход первого элемента задержки соединен с управляющим входом схемы вы- борки-хране -ия, выход второго элемента задержки соединен с S-входом второго триггера и входом запуска аналого-цифро0 вого преобразователя, подключенного аналоговым выходом к (N+2)-My входу коммутатора, а входом управления и выходом готовности соединенного соответственно с инверсным выходом и R-входом

5 второго триггера, вторая группа входов цифрового компаратора является группой входов кода адреса последнего измерительного канала, при этом первым и вторым управляющими входами устройства являются

0 соответственно второй вход третьего элемента ИЛИ и S-вход первого триггера.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из компенсатора 1

5 влияния изменения температуры холодных концов термопар, коммутатора 2 аналоговых сигналов, усилителя 3, схемы 4 выборки и хранения, АЦП-5, включающего компаратор 6, регистр 7 с трехстабильным

0 выходом, ЦАП 8, триггеров 9, 23, элементов 10-11 задержки, трех схем ИЛИ 13, 14, 22, счетчика 15, цифрового компаратора 16, группы 17 схем совпадения, буферного формирователя 18, двух делителей 20 и 21 час5 тоты, генератора 19 тактовых импульсов, схемы 12 совпадения.

В предлагаемом устройств.- регистр 7 управляется сигналами Пуск, инициирую- щим аналого-цифровое преобразование, ВМ, управляющим состоянием выхода регистра. При высоком уровня на входе ВМ регистр 7 находится в состоянии высокого выходного сопротивления. Буферный формирователь 18 переводится в состояние высокого выходного сопротивления нулевым сигналом на входе ВМ. По входам ВМ блокируется работа делителей частоты 20, 21 возможны следующие варианты работы: измерение/калибровка; калибровка/измерение.

В первом случае внешним сигналом ИЗМ/КАЛ триггер 23 устанавливается в 1, блокируется делитель 20 частоты и разблокируется делитель 21 частоты. Выходные импульсы делителя 21 частоты подсчитыва- ются в счетчике, обеспечивая последовательное формирование кодов номеров измерительных каналов, которые через группу 17 схем совпадения, поступают на коммутатор 2 аналоговых сигналов. Одно- временно выходные импульсы второго делителя 21 частоты через схему ИЛИ 13, элемент 11 задержки инициируют работу схемы выборки и хранения, а через элемент 10 задержки устанавливают в единицу триг- гер 9 и поступают на вход Пуск регистра 7. При этом на входе ВМ регистра 7 устанавливается низкий потенциал, что инициирует работу регистра 7 и всего АЦП-5.

После завершения каждого цикла ана- лого-цифрового преобразования сигналов Готов регистра 7 триггер 9 устанавливает: ся в ноль и блокирует регистр 7. Запуск очередного аналогоцифрового преобразования будет осуществлен следующим им- пульсом элемента 10 задержки.

После того как опрошены все измерительные каналы и число импульсов, поступивших в счетчик 15, равно числу измерительных каналов, сработает компаратор 16 кода ад- реса последнего измерительного канала и переключит триггер 23 в ноль, переводя устройство в режим калибровки.

Одновременно устанавливается в О счетчик 15 и делитель 21 частоты, блокируется делитель 21 частоты и разблокируется делитель 20 частоты. Схема 12 совпадения открывается и на счетчик 15 поступают импульсы генератора 19 тактовых импульсов, формируя значения калибровочных кодов. Считывание кодов выполняется через буферный формирователь 18 по сигналам дели I еля 20 частоты.

Моменты считывания, т.е. коэффици- ент деления делителя 20 частоты, определяются статической характеристикой измерительного тракта; коммутатор измерительных каналов, усилитель, схема выборка и хранения, АЦП.

Процесс самокалибровки заключается в

следующем. Пусть NI I 1, 2 п коды,

которые поступают в ЦАП 8 из счетчика 15 через буферный формирователь 17. Тогда напряжение на выходе схемы выборки и хранения

Ui Uon(1-e)Ni , где е- погрешность ЦАП;

ky - коэффициент передачи тракта коммутатор, усилитель, схема выборки и хранения.

Выходной код АЦП-5 определяется соотношением

Ui Uon(1-Ј)Ni , где NJ - выходной код АЦП или

kyUon(1- e)Ni Uon(1- e)Nf,(1)

для следующего значения калибровочного кода

kyUon(1- Ј)Ni+i Uon(1- е)М н-1.(2)

Вычитая из соотношения (2) соотношение (1), получим

. Ml, -МГ у NU -Ni

Указанные операции может выполнять вычислительное устройство, с которым связано предлагаемое.

Второй режим калибровка/ измерения отличается тем, что калибровочные .операции выполняются перед измерительными.

Предлагаемое устройство реализовано на микросхемах серий 155, 572.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее N термопар, подключенных к соответствующим входам коммутатора, компенсатор влияния изменения температуры холодных концов термопар, подключенный к (М+1)-му входу коммутатора, соединенному выходом через последовательно включенные усилитель и схему выборки-хранения с аналого-цифровым преобразователем, кодовые выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены генератор тактовых импульсов, первый и второй делители частоты, первый и второй триггеры, счетчик, группа элементов совпадения, буферный формирователь, последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, последовательно соединенные элемент И и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные цифровой компаратор и третий элемент ИЛИ, выходом соединенный с R- входами первого делителя частоты, первого

триггера и счетчика, подключенного информационными выходами к первой группе входов цифрового компаратора, к управляющим входам коммутатора через группу элементов совпадения, к кодовым входам аналого-цифрового преобразователя через буферный формирователь, а выходом переполнения соединенного с С-входом первого триггера, D-входом подключенного к управляющему входу второго делителя частоты, к первому входу элемента И и к своему инверсному выходу, а неинверсным выходом соединенного с управляющим входом первого делителя частоты, объединенного тактовым входом с тактовым входом второго делителя частоты и вторым входом элемента И, и подключенного к выходу генератора тактовых импульсов, при этом выход первого делителя частоты соединен с управляющим входом буферного формирователя и первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, стробирующим входом группы элементов совпадения и подключен к выходу второго делителя частоты, выход второго элемента ИЛИ подключен к С-входу счетчика, выход первого элемента задержки соединен с управляющим входом схемы выборки-хранения, выход второго элемента задержки соединен с S-входом второго триггера и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, подключенного аналоговым выходом к (N+2)-My входу коммутатора, а входом управления и выходом готовности соединенного соответственно с инверсным выходом и R-входом второго триггера, при этом вторая группа входов цифрового компаратора является группой входов кода адреса N-йтермопары, а второй вход третьего элемента ИЛИ и S-вход первого триггера являются соответственно первым и вторым управляющими входами устройства.

Сущность изобретения: устройство содержит: 1 компенсатор влияния изменения температуры холодных концов термопар