Цифровой измеритель температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к измерениям температуры, может быть использовано при построении щитовых цифровых измерителей, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями или с преобразователями температуры и других физических величин в унифицированный сигнал напряжения постоянного тока или постоянного тока, и является усовершенствованием изобретения по авт.св.Ы 1560987.

Основным недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку оно предназначено для работы только с термоэлектрическими преобразователями.

Цель изобретения - повышение эффективности путем обеспечения возможности использования преобразователей измеряемых физических величин в сигналы постоянного тока или напряжения постоянного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровый измеритель температуры введены резистивный делитель из последовательно соединенных первого, второго, третьего, четвертого и пятого резисторов первая и вторая пары входных клемм, первый, второй, третий и четвертый переключатели, постоянное запоминающее устройство и блок уставок адреса, подключенный к адресным входам постоянного зак о

Ю

поминающего устройства, подключенного первым и вторым входом соответственно к первому дополнительному входу функционального преобразователя и входу параллельной записи реверсивного счетчика, при этом термоэлектрический преобразователь первым выводом соединен с первым выводом переключателя полярности через нормально замкнутые контакты первого переключателя, вход компенсационного ус- тройства соединен с выходом источника опорного напряжения и вторым выводом преобразователя напряжения в интервал времени соответственно через нормально замкнутые контакты второго переключате- ля, вход разрешения параллельной записи реверсивного счетчика соединен с входом отсчетного устройства и общей шиной измерителя температуры соответственно через нормально разомкнутые и нормально замк- нутые контакты третьего переключателя, вход перевода постоянного запоминающего устройства в третье состояние подключен к второму дополнительному входу функционального преобразователя и через нормаль- но замкнутый и нормально разомкнутый контакты четвертого переключателя соединен соответственно с положительной шиной источника питания и общей шиной измерителя температуры, первая пара вход- ных клемм подключена параллельно третьему резистору резистивного делителя, вторая пара входных клемм подключена параллельно резистивному делителю, точка соединения первого и второго резисторов подключена к первому выводу переключателя полярности через нормально разомкнутые контакты первого переключателя.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 - схема функционального преобразователя.

Цифровой измеритель температуры содержит резистивный делитель 1-5, концы которого подключены к паре входных клемм б и 7 напряжения, Выводы третьего резистора подсоединены к паре токовых входных клемм 8, 9. Точка соединения четвертого и пятого резисторов подключена к одному из выводов термоэлектрического преобразователя (ТП) 10 и к одному из входов переключателя 11 полярности (ПП), второй вход которого через нормально замкнутые контакты первого 12 переключателя соединены с другим выводом ТП 10, через его нормально разомкнутые контакты с точкой соединения первого 1 и второго 2 резисторов. Один из выходов ПП 11 через компенсационное устройство (КУ) 13 подключен к общей шине аналоговой части прибора, а

второй его выход - к первому входу преобразователя напряжения в интервал времени (ПНВ) 14. Второй вход ПНВ 14 через источник 15 опорного напряжения (ИОН) и источник 16 напряжения сдвига (ИНС) подключен к общей шине аналоговой части прибора, а третий его вход - к точке соединения выводов ИОН 15, ИНС 16 и третьего входа КУ 13. Четвертый вход КУ 13 через нормально замкнутые контакты второго переключателя 17 соединен с вторым входом ПНВ 14, а через нормально разомкнутые контакты этого же переключателя- с третьим входом ПНВ 14. К первому входу блока 18 управления (ВУ) подключен выход ПНВ 14, к второму входу - выход генератора опорной частоты (ГОЧ) 19 и к третьему входу - выход реверсивного счетчика (РСЧ)20. Первый выход БУ 18 соединен с управляющим входом ПНВ 14, второй выход- с управляющими входами КУ 13 и ПП 11 третий и четвертый выходы через первый селектор 21 подключены к суммирующему и вычитающему входам РСЧ 20, пятый выход - к одному из входов второго селектора 22, шестой выход - к входу блока 23 индикации полярности и второму входу ФП 24 и седьмой выход - к третьему входу ФП 24, управляющему входу цифрового отсчетного устройства (ЦОУ) 25 и через нормально разомкнутые контакты третьего переключателя 26 - к положительной шине источника питания. Вход разрешения параллельной записи информации РСЧ 20 через нормально замкнутые контакты переключателя 26 соединен с положительной шиной источника питания. Адресные входы дополнительного ПЗУ 27 подключены к выходам блока 28 уставок адреса, первый выход - к входам параллельной записи информации РСЧ 20, второй выход - к четвертому входу ФП 24, а управляющий вход - к пятому входу ФП 24, через нормально замкнутые контакты четвертого переключателя 29 - к общей шине устройства и через его нормально разомкнутые контакты - с положительной шиной источника питания. Выход ГОЧ 19 подключен также к входам первого 21 и второго 22 селекторов. Выход второго 22 селектора через ФП 24 подсоединен к входу ЦОУ 25. Все четыре переключателя 12, 16, 26, 29 переключают одновременно.

ФП 24 (фиг. 2) содержит двоичный умножитель 30 частоты, счетчик 31 длины участка аппроксимации, формирователь 32 импульсов, ПЗУ 33 и счетчик 34 чспла участков аппроксимации.

При измерении температуры с помощью ТП переключатели 12, 17, 26, 29 переводят в положение, показанное на фиг 1,

При этом к входу ПП 11 подключают ТП 10, к входам КУ 13 подключают напряжения ИОН 15 и ИНС 16, запрещают параллельную запись информации в РСЧ 20 (вход разрешения параллельной записи информации подключают к шине питания (для К555ИЕ6, К555ИЕ7) либо, при необходимости, к общей шине цифровой части прибора для других типов микросхем. Разрешают работу ПЗУ 33 и переводят выходы ПЗУ 27 в третье состояние (Z-состояние).

При измерении физических величин, преобразованных в напряжение постоянного тока или постоянный ток, замыкают нормально разомкнутые контакты переклю- чателей 12, 17, 26, 29. При этом отключают ТП 10 от входа ПП 11, на оба входа КУ 13 подают напряжение смещения, разрешают импульсом сброса прибора проходить на вход разрешения параллельной загрузки РСЧ 20, переводят ПЗУ 33 в третье состояние и переводят дополнительное ПЗУ 27 в рабочее состояние. Подключают источник измеряемого сигнала к входным клеммам 6-9. Если источник сигнала является источ- ником напряжения (0-10В), то его подключают к паре клемм 6 и 7, если источник сигнала является источником тока (0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА), то его подключают к паре клемм 8 и 9. К прибору подключают либо источник напряжения, либо источник тока. С помощью симметричного резисторного делителя 1-5 делят входное напряжение с клеммы 6 и 7 до уровня номинального значения входного сигнала прибора. С по- мощью шунта-резистора 3 - преобразуют ток, протекающий с клемм 8 и 9 в напряжение, значение которого имеет номинальное значение входного сигнала прибора при номинальном значении входного тока. Для различных диапазонов значений входных токов 0-5 мА, 0-20 мА изготавливают различные модификации прибора, в которых номинальные значения сопротивления резистора 3 различны, либо выполняют эле- мент 3 в виде набора двух резисторов и добавляют еще одну токовую входную клемму. На фиг. 1 показан первый вариант. В случае преобразования постоянного тока сопротивления резисторов 2 и 4 суммируют- ся с большим входным сопротивлением прибора и не влияют на результат измерения. С помощью блока уставок адреса формируют адрес управления ПЗУ 27, по которому оно выдает на свои выходные ши- ны информацию, соответствующую реализуемой шкале измерителя физических величин.

Значение измеряемой физической величины определяют посредством нахождения разности результатов двух двухтактных интегрирующих преобразований входного напряжения в число-импульсный код, полученных при разных полярностях входного напряжения. Результат измерения получается за два цикла преобразования. В обоих циклах преобразования число-импульсный код формируется путем заполнения импульсами частоты fo ГОЧ 19 временного интервала, образующегося между началом разряда интегратора ПНВ напряжением Е0 ИОН 15 и моментом срабатывания нуль-органа ПНВ 14.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии функциональный преобразователь 24 и ЦОУ 25 обнулены, а в РСЧ 20 записано количество N0 импульсов, пропорциональное начальному сдвигу шкалы прибора. В первом цикле работы устройства входное напряжение Ux отрицательной полярности, напряжение сдвига Кед ИНС 16 и эквивалентное напряжение сдвига нулевого уровня прибора методом двухтактного интегрирования преобразуется в число-импульсный код, который через первый селектор 21 подается на вычитающий вход РСЧ 20. Таким образом, в конце первого цикла преобразования в РСЧ 20 записано NI импульсов

( Кц Ux + Да ) К1 -Шсд + Дл

Ео-ДпХ

xTifo + N0,(1)

N1

где KA(R2+R3+R4)/(Ri+R2+R3+R4+Rs)- коэффициент деления входного резистивного делителя,

Ri, R2, Rs, R4, Rs - сопротивления соответственно 1, 2, 3, 4 и 5 резисторов;

Да- аддитивная составляющая погрешности, приведенная к входу прибора;

Ki коэффициент передачи входного усилителя ПНВ 14;

Дп эквивалентное напряжение смещения интегратора;

Ео - напряжение ИОН 15;

Ti - время заряда интегрирующего денсаюра ПНВ 14,

fo-частота ГОЧ 19,

Во втором цикле преобразования посредством переключателя полярности 11 на вход усилителя подается измеряемое напряжение положительной полярности. Во втором цикле с началом разряда интегратора блок 18 управления разрешает прохождение импулвсов на суммирующий вход РСЧ 20 до момента его обнуления. Сигналы проходящие в БУ 18 с нуль-органа ПНВ 14

и РСЧ 20, свидетельствующие о срабатывании нуль-органа и перехода через нуль РСЧ, служат для формирования временного интервала, на протяжении которого импульсы с ГОЧ 19 через второй селектор 22 поступают на функциональный преобразователь 24. Таким образом, на функциональный преобразователь пройдет число импульсов

N XY Na-Ni

о1- Tlfo-N0.(2)

м (KflUx+Aa)Kl+UcA+An где N2

T1 fo ,

(3)

В случае преобразования унифицированного сигнала в виде постоянного тока х, результат измерения получают в виде

Nxc

2 Ki ix Яш

Ео -Дп

Ti fo - No ,

где ROI сопротивление шунта (резистора 3), Функциональный преобразователь 2А осуществляет масштабирование результата измерения, После функционального преобразования получается число импульсов NF KpNx, где KF - коэффициент преобразователя функционального преобразователя. Значение Кр задается кодом с ПЗУ 27, подаваемым на вход делителя 30.

Для нормальной работы прибора должно выполняться условие

исд IUx| + lAel .

(5)

БУ 18, кроме управления переключателем полярности 11 и ПНВ 14, фиксации срабатывания нуль-органа (НО) и момента перехода через нуль РСЧ 20, формирования интервала времени Тх Nx/fo, управления селекторами 21, 24 и РСЧ 20, установки исходных состояний РСЧ 20, функционального преобразователя 24 и ЦОУ 2Ь, обеспечивает определение знака измеряемой физической величины. Если значение физической величины положительно, то и во втором цикле преобразования первым срабатывает НО, потом РСЧ 20, если же отрицательно, то и первым срабатывает РСЧ 20, а вторым НО. Соотношения между моментами срабатывания НО л РСЧ 20 индициирует блок 23 индикации полярности. В первом случае он покажет , во втором -.

БУ 18 содержит делитель частоты, кольцевой счетчик, четыре элемента ИЛИ, три

RS-триггера, D-триггер, четыре элемента И и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Селектор 21 содержит два элемента И, а селектор 22 - один элемент И.

5

Функциональный преобразователь 24 может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг, 2. Он содержит двоичный умножитель 30 частоты, счетчик 31 длины

10 участков аппроксимации, формирователь 32 импульсов, ПЗУ 33 и счетчик 34 числа участков аппроксимации. При измерении температуры € с помощью термоэлектрического преобразователя, ПЗУ 27 перезо15 дят в третье состояние и функциональный преобразователь осуществляет кусочно- линейную аппроксимацию зависимости О Y(ex), где ех - термоЭДС термоэлектрического преобразователя при темпера

20 туре ©у. Аппроксимация производится по программе, записанной в ПЗУ 33, з котором записаны коэффициент преобразования Мю на данном участке и длительность (Ч каждого участка аппроксимации. Значение

25 NKI устанавливает коэффициент преобразования двоичного умножителя частоты 30, а 1, устанавливает в счетчике 31 длительность участка аппроксимации. Число-импульсный код, соответствующий ех, в

30 двоичном умножителе делится на коэффициент Ki и таким образом, пересчитывается в код, соответствующий температуре 0 Далее он поступает в ЦОУ 25 и счетчик 31 длительности участков аппроксимации При

35 переходе счетчика 31 через нуль на его выходе формируется импульс, который приводит к увеличению на единицу содержимого счетчика 34, т.е. изменению адреса выборки содержимого ПЗУ 33, на выходах которого

40 устанавливаются значения коэффициентов Мки-1, NSI+ 1, соответствующие следующему участку аппроксимации. По заднему фронту импульса, приходящего из счетчика 31, формирователь 32 вырабатывает импульс раз45 решения предустановки счетчика 31. В результате в счетчик 31 записывается значение N jц-1. При начальной установке счетчик 34 сбрасывается в нуль, з в счетчик 31 записывается длительность первого участ50 ка аппроксимации. Алгоритмы аппроксимации для температур выше и ниже 0°С устанавливаются путем выборки соответствующих областей ПЗУ 33 подачей на старший разряд адреса сигнала О при

55 ,

При работе устройства с преобразователями физических величин в у-1 -фициро- ванный электрический сигнал переводят ПЗ/ 33 функционального лреобразовгчеля

24 в третье состояние, а с ПЗУ 27 на двоичный умножитель 30 подают код NM, соответствующий необходимому масштабу преобразования прибора при измерении различных физических величин. В результате на ЦОУ 25 поступит NF импульсов

NF KMNxv; NF KMNxc ,

(10)

где Км - коэффициент передачи двоичного умножителя 30 частоты.

Формула изобретения Цифровой измеритель температуры по авт.св. № 1560987, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения возможности использования преобразователей измеряемых физических величин в сигналы постоянного тока или напряжения постоянного тока, в него введены резистивный делитель из последовательно соединенных первого, второго, третьего, четвертого и пятого резисторов, первая и вторая пары входных клемм, первый, второй, третий и четвертый переключатели, постоянное запоминающее устройство и блок уставок адреса, подключенный к адресным входам постоянного запоминающего устройства, подключенного первым и вторым выходами соответственно к первому дополнительному входу функционального преобразователи и входу параллельной записи реверсивного счетчика, при этом термоэлектрический преобразователь

первым выводом соединен с первым выводом переключателя полярности через нормально замкнутые контакты первого переключателя, вход компенсационного устройства соединен с выходом источника опорного напряжения и вторым выводом преобразователя напряжения в интервал времени соответственно через нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты второго переключателя, вход разрешения параллельной записи реверсивного счетчика соединен с входом отсчетного устройства и общей шиной измерителя температуры соответственно через нормально

разомкнутые и нормально замкнутые контакты третьего переключателя, вход перевода постоянного запоминающего устройства в третье состояние подключен к второму дополнительному входу функционального

преобразователя и через нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты четвертого переключателя соединен соответственно с положительной шиной источника питания и общей шиной измерителя

температуры, первая пара входных клемм подключена параллельно третьему резистору резистивного делителя, вторая пара входных клемм подключена параллельно резистивному делителю, точка соединения

первого и второго резисторов подключена к первому выводу переключателя полярности через нормально разомкнутые контакты первого переключателя.

Сущность изобретения: устройство содержит: 1 резистивный делитель из последовательно соединенных пяти резисторов (1-5), 1 пару входных клемм напряжения (6 и 7), 1 пару входных токовых клемм (8 и 9), 1 термоэлектрический преобразователь (10), 1 переключатель полярности (11), 4 переключателя (12, 17, 26 и 29), 1 компенсационное устройство (13), 1 преобразователь напряжения в интервал времени

12

Ю

,25

iL...J -v™s™g™A

&.7

L Л

I

- -

ILJ/ J

3j

Т I

i

X

i -f (i

I

Г

2

CopOC