Многоканальный сигнализатор температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K7/16 

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

Известно устройство для сигнализации температуры, содержащее мостовую схему, в одно из плеч которой последовательно включены термистор и постоянный резистор, а в смежное с ним плечо параллельно включен второй термистор и постоянный резистор

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является многоканальное устройство для измерения температуры, содержащее резистивные датчики, источник напряжения, эталонный резистор, один вывод которого соединен с общей шиной, блок управления, мультиплексор, управляющий

вход которого соединен с первым выходом блока управления, два демультиплексора, аналого-цифровой преобразователь, два преобразователя напряжение-ток, инвертор, масштабный усилитель, причем источник напряжения соединен с входом первого преобразователя напряжение-ток, выхо/f которого подключен к входу первого демультиплексора, к выходам которого подключены первые токовые выводы резистивных датчиков, измерительные выводы которых соединены соответственно с входами мультиплексора, первый дополнительный вход которого подключен к выходу первого демультиплексора и к выходу эталонного резистора, при этом резистивные датчики через потенциальные выводы соединены с входами второго демультиплексоXI

сл

СА) СО О

VI

pa, а через вторые токовые выводы - с общей шиной и с вторым дополнительным входом мультиплексора, выход которого через масштабный усилитель соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, к опорному входу которого подключен источник напряжения, соединенный через инвертор и второй преобразователь напряжение-ток с выходом второго демуль- типлексора, управляющий вход которого, а также управляющий вход первого демуль- типлексора соединены с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу масштабного усилителя, а третий подключен к корректирующему входу аналого-цифрового преобразователя, выходная шина которого подключена к входу блока управления.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения температуры, обусловленная непостоянством нагрузки преобразователя напряжение-ток, а также необходимостью подключения датчиков по четырехпроводной схеме.

Цель изобретения - снижение погрешности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный сигнализатор температуры, содержащий блок резистивных датчиков, каждый из которых подключен первым выводом к одному из выходов первого де- мультиплексора, вторым выводом к одному из выходов второго демультиплексора, подсоединенного входом через последовательно соединенные первый преобразователь напряжение-ток и инвертор к соединенным между собой выходом источника напряжения и входом второго преобразователя напряжение-ток, и подключен третьим выводом к общей шине устройства, а также содержащий мультиплексор, формирователь управляющих сигналов, эталонный резистор и выходную шину, введены дополнительно резистор уставки и разрядный резистор, коммутатор, последовательно соединенные дифференциальный усилитель, интегратор, компаратор и ключевой элемент, последовательно соединенные таймер и триггер, подключенный одним из входов к одному из выходов формирователя управляющих сигналов, выходом - к первому входу ключевого элемента, подсоединенного вторым входом к инвертирующему выходу триггера и младшему адресному входу коммутатора и выходами - к входам таймера, управляющие входы которого подключены к выходам формирователя управляющих сигналов, выходной шине и соответствующим адресным входам коммутатора, подсоединенного выходами к

входам дифференциального усилителя, первым входом - к общей шине устройства, вторым входом - к выходу мультиплексора, соединенного входами с первыми выводами

блока резистивных датчиков и управляющими входами с соединенными между собой управляющими входами первого и второго демультиплексоров и выходами формирователя управляющих сигналов, и подсоеди0 ненного третьим выводом к соединенным между собой выходу второго преобразователя напряжение-ток и первому выводу эталонного резистора, четвертым выходом к соединенным межд; собой второму выводу

5 эталонного резистора и первому выводу резистора уставки, пятым выводом к второму выводу резистора уставки, соединенного третьим выводом через разрядный резистор с выходом первого демультиплексора

0 и шестым входом коммутатора, а формирователь управляющих сигналов выполнен в виде процессорного устройства.

На чертеже изображена схема многоканального сигнализатора температуры.

5 Сигнализатор температуры содержит резистивные датчики 1-1 + п, источник 2 напряжения, инвертор 3, первый 6 и второй 4 преобразователи напряжение-ток соответственно, эталонный резистор 5, первый

0 8 и второй 7 демультиплексоры соответственно, мультиплексор 9, коммутатор 10, резистор 11 уставки, разрядный резистор 12, дифференциальный усилитель 13, интегратор 14, компаратор 15, ключевой элемент

5 16, триггер 17, таймер 18, формирователь 19 управляющих сигналов и выходную шину 20.

Блок резистивных датчиков 1-1 + п, каждый из которых подключен первым выводом

0 к одному из выходов первого демультиплексора 8, вторым выводом к одному из выходов второго демультиплексора 7, подсоединенного входом через последовательно соединенные первый преобразова5 тель 6 напряжение-ток и инвертор 3 к соединенным между собой выходом источника 2 напряжения и входом второго преобразователя 4 напряжение-ток, и подключен третьим выводом к общей шине устройства,

0 а также содержащий мультиплексор 9, формирователь 19 управляющих сигналов, эталонный резистор 5 и выходную шину 20, резистор 11 уставки и разрядный резистор, 12, коммутатор 10, последовательно соеди5 ненные дифференциальный усилитель 13, интегратор 14, компаратор 15, и ключевой элемент 16, последовательно соединенные таймер 18 и триггер 17, подключенный одним из входов к одному из выходов формирователя 19 управляющих сигналов,

выходом - к первому входу ключевого элемента 16, подсоединенного вторым входом к инвертирующему выходу триггера 17 и младшему адресному входу коммутатора 10 и выходами - к входам таймера 18, управляющие входы которого подключены к выходам формирователя 19 управляющих сигналов, выходной шине 20 и соответствующим адресным входам коммутатора 10, подсоединенного выходами к входам дифференциального усилителя 13, первым входом - к общей шине устройства, вторым входом - к выходу мультиплексора 9, соединенного входами с первыми выводами блока резистивных датчиков и управляющими входами с соединенными между собой управляющими входами первого 8 и второго 7 демультиплексоров и выходами формирователя 19 управляющих сигналов, и подсоединенного третьим выходом к соединенным между собой выходу второго преобразователя 4 напряжение-ток и к первому выводу эталонного резистора 5, четвертым выходом к соединенным между собой второму выводу эталонного резистора 5 и первому выводу резистора 11 уставки, пятым выводом к второму выводу резистора 11 уставки, соединенного третьим выводом через разрядный резистор с выходом первого де- мультиплексора 8 и шестым входом коммутатора 10, а формирователь 19 управляющих сигналов выполнен в виде процессорного устройства.

Устройство работает следующим образом.

Согласно алгоритму работы на каждом канале производится измерение трех величин (Rx + Нл. RO + , Ry, где RX - сопротивление резистивного датчика; Нл - сопротивление линии; R0 - сопротивление эталонного резистора; Ry - сопротивление резистора.задающего уставку). Результатов трех измерений достаточно для того, чтобы получить значение измеряемой температуры и сравнить ее с ранее установленной уставкой. Каждый из трех циклов измерения содержит два такта интегрирования.

В первом такте процессорное устройство устанавливает триггер 17, подает на оба демультиплексора 7,8 и мультиплексор 9 код номера канала, а на коммутатор 10 - код номера цикла. Вследствие этого на вход дифференциального усилителя 13 подается падение напряжения на резистивном датчике и сопротивление линии а и с. Для компенсации сопротивлений линии через линию с, кроме измерительного тока, от преобразователя 4 напряжение-ток пропускается ток, в два раза превышающий измерительный и противоположный ему по напряжению от

дополнительного преобразователя б напряжение-ток. За счет того, что падение напряжения на линиях а и с равны и противоположны по знаку, они взаимно вычитаются,

и вследствие этого дифференциальный усилитель 13 усиливает лишь падение напряжения на датчике. Выходное напряжение на дифференциальном усилителе 13 интегрируется в интеграторе 14. При достижении вы0 ходным напряжением интегратора 14 нуля компаратор 15 через ключевой элемент 16 включает первый канал таймера 18. в счетчике которого записано число, соответствующее интервалу времени, кратному

5 периоду напряжения питающей сети. По истечении этого времени, сигнал с первого выхода таймера 18 сбрасывает триггер 17, вследствие этого к входу дифференциального усилителя 13 подключается разрядный

0 резистор 12 и включает второй канал таймера 18. Происходит изменение направления интегрирования. При переходе выходного напряжения интегратора 14 через нуль ком,- паратор 15 через ключевой элемент 16 за5 крывает второй канал таймера 18.

Таким образом, в счетчике второго канала таймера 18 получаем результат аналого- цифрового преобразования, которое считывается по шине данных в формирова0 тель 19 управляющих сигналов, выполненный в виде процессорного устройства.

Второй и третий циклы измерения отличаются лишь тем, что в первом такте интегрирования к входу дифференциального

5 усилителя 13 подключается эталонный резистор 5 и резистор 11 уставки соответственно.

Таким образом, последовательное включение резисторов: эталонного, устзв0 ки, разрядного и резистивного датчика, а

также определенного алгоритма измерений

уменьшает погрешность, обусловленную

нестабильностью измерительного тока.

, Эта погрешность в известном устройст5 ве присутствует и возникает вследствие того, что к источнику тока подключаются различные нагрузки (Рэталсжное И Рдатчика), а выходное сопротивление источника тока имеет конечное значение и алгометриче0 скими методами в устройстве-прототипа она не устраняется.

Компенсация дрейфа ноля элементов аналого-цифрового преобразователя осуществляется за счет того, что в процессе

5 вычисления значений температур измеряемой и уставки используется операция вычитания результата аналого-цифрового преобразования сопротивления эталонного резистора из результатов аналого-цифрового преобразования сопротивлений резистивного датчика и резистора уставки соответственно

их + идр-(ио + идр)их-ио;

иу+идр - (и0 + идр) - иу - и0,

где Ux. Uy, Uo - падение напряжения на резистивном датчике, резисторе уставки и эталонном резисторе соответственно;

Одр - результирующее напряжение дрейфа параметров аналого-цифрового преобразователя.

По результатам трех циклов процессорное устройство вычисляет значение измеряемой температуры, сравнивает его с измеренным значением уставки, передает результаты измерения и сравнения на выходную шину для индикации, а также управления устройствами сигнализации.

Формул а изо бретени я

Многоканальный сигнализатор температуры, содержащий блок резистивных датчиков, каждый из которых подключен первым выводом к одному из выходов первого демультиплексора, вторым выводом к одному из выходов второго демультиплек- сора, подсоединенного входом через последовательно соединенные первый преобразователь напряжение-ток и инвертор к соединенным между собой выходом источника напряжения и входом второго преобразователя напряжение- ток, и подключен третьим выводом к общей шине устройства, а также мультиплексор, формирователь управляющих сигналов, эталонный резистор и Выходную шину, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения температуры, в него введены резистор уставки и разрядный

резистор, коммутатор, последовательно соединенные дифференциальный усилитель, интегратор, компаратор и ключевой элемент, последовательно соединенные таймер и триггер, подключенный одним из входов к одному из выходов формирователя управляющих сигналов, выходом к первому входу ключевого триггера и младшему адресному входу коммутатора и выходами к

входам таймера, управляющие входы которого подключены к выходам формирователя управляющих сигналов, выходной шине и соответствующим адресным входам коммутатора, подсоединенного выходами к входам дифференциального усилителя, первым входом - к общей шине устройства, вторым входом - к выходу мультиплексора, соединенного входами с первыми выводами блока резистивных датчиков и

управляющими входами с соединенными между собой управляющими входами первого и второго дёмультиплексоров и выходами формирователя управляющих сигналов, и подсоединенного третьим выходом к соединенным между собой выходу второго преобразователя напряжение - ток и первому выводу эталонного резистора, четвертым выходом к соединенным между собой второму выводу эталонного резистора и первому выводу резистора уставки, пятым выводом к второму выводу резистора уставки, соединенного третьим выводом через разрядный резистор с выходом первого де- мультиплексораи шестым входом коммутатора, а формирователь управляющих сигналов выполнен в виде процессорного устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и сигнализации температуры. Цель изобретения - снижение погрешности измерения температуры. Многоканальный сигнализатор температуры содержит ре- зистивные датчики, источник напряжения, инвертор, два преобразователя напряжение-ток, эталонный резистор, два демультип- лексора, мультиплексор, коммутатор., резистор уставки, разрядный резистор, дифференциальный усилитель, интегратор, компаратор, ключевой элемент, триггер, таймер, формирователь управляющих сигналов, выходную шину. Многоканальный сигнализатор температуры отличается тем, что в него введены резистор уставки, разрядный резистор, дифференциальный усилитель, интегратор, компаратор, коммутатор, триггер, ключевой элемент. Формирователь управляющих сигналов выполнен в виде процессорного устройства. 1 ил. у fe