Многоканальный измеритель температуры Советский патент 1993 года по МПК G01K7/00 

вход и выход запуска формирователя адреса являются соответственно входом готовности и выходом запуска блока управления, первый, второй, третей, четвертый и пятый выходы, а также вход задатчика команд являются соответственно выходами измерение, установка режима грубо-точно, выбор номера канала, запись кода нуля, и запись данных, а также входом конец коррекцйи блока управления, а входы и выход цифрового компаратора являются соответственно входом данных, входом установки нуля и выходом разрешения блока управления.

В данном устройстве в результате введения блоков и новых связей осуществляется измерение температуры с помощью датчиков, имеющих различные температурные характеристики, а также коррекция дрейфа параметров аналогового тракта, в результате чего -увеличивается точность аналого-цифрового преобразования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканального измерителя температуры; на фиг. 2 - функциональная схема блока б управления; на фиг. 3, 4, 5 - временные диаграммы работы устройства.

Согласно фиг. 1 устройство содержит N датчиков 1 температуры, N управляемых генераторов 2 тока, N программируемых измерителей-сумматоров 3, аналоговый коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 управления, преобразователь. 7 код-напряжение, буферное запоминающее устройство (БЗУ) 8, N нормирующих регистров 9, взаимосвязанные шину 10 данных, вычислитель 11 и панель 12 управления. Блоки 10, 11 и 12 образуют, вычислительную систему 13. Устройство со- дерхоггтакже индикатор 14 и блок 15 хранения температурных характеристик.

Согласно фиг. 2 блок 6 управления содержит генератор 16 тактовых импульсов, формирователь 17 адреса, задатчик 18 команд и цифровой компаратор 19. Датчики 1 температуры подключены к соотве-гствую- щим управляемым генераторам 2 тока и к первым и вторым входам соответствующих программируемых усилителей-сумматоров 3. Выходы программируемых усилителей- сумматоров 3 через аналоговый коммутатор 4 соединены с аналоговым входом аналого- цифрового преобразователя 5, вход запуска и выход готовности которого соединены соответственно с выходом запуска и входом готовности блока б управления, а цифровой выход - с входом данных БЗУ 8 и входом данных блока 6 управления. Выход разрешения блока 6 управления соединен со входом преобразователя 7 код-напряжение,

выход конец коррекции которого соединен с соответствующим входом блока 6 уп- рав-ления.Аналоговый выход преобразователя 7 код-напряжение через 5 аналоговый коммутатор 4 соединен с третьими входами программируемых усилителей- сумматоров 3, входы управления режимами которых соединены через аналоговый коммутатор 4 с выходом установка режима гру- 10 бо-точно блока б управления, а входы коэффициента усиления программируемых усилителей-сумматоров 3 соединены с выходами нормирующих регистров 9. С выходами нормирующих регистров 9 соединены

5 и входы управления управляемых: генераторов 2 тока, входы отключения которых через аналоговый коммутатор 4 соединены с выходами измерение блока 6 управления. Выход выбор номера канала блока 6 уп0 равления соединен с управляющим входом аналогового коммутатора 4 и входом записи адреса БЗУ 8. Выходы запись кода нуля и запись данных блока б управления соединены с соответствующими входами БЗУ 8.

5 Выход данных БЗУ 8 подключен к шине 10 данных вычислительной системы 13, к которой также подключены выход блока 15 хранения температурных характеристик, входы данных и входы записи нормирующих реги0 стров 9 и входы управляющих сигналов БЗУ 8 и вход индикатора 14.

В блоке 6 управления выход генератора 16 тактовых импульсов соединен с тактовым входом формирователя 17 адреса. Вход за5 пуска формирователя 17 адреса является входом готовности блока б управления, выход запуска формирователя 17 адреса - выходом запуска блока 6 управления. Выход формирователя 17 адреса соединен со вхо0 дом задатчика 18 команд, первый выход которого является выходом измерение блока 6 управления, второй выход - выходом установка режима грубо-точно блока 6 управления, третий выход - выходом вы5 бор номера канала блока 6 управления, четвертый - выходом запись кода нуля, пятый выход - выходом запись данных блока 6 управления, а вход задатчика 18 команд является входом конец коррекции

0 блока 6 управления. Первый вход цифрового компаратора 19 является входом данных блока б управления, второй вход является входом установки нуля, а выход является выходом разрешения блока 6 управления.

5

Преобразователь 7 код-напряжение вы-, полнен на схеме КР 572 ПВ и кроме нее включает в себя источник опорного напряжения и операционный усилитель для пре- образования выходного тока в напряжение.

Блок 15 хранения температурных характеристик представляет собой перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, а буферное запоминающее устройство 8 представляет собой память с не- зависимым чтением-записью, разделенную на область значения кода нуля и область данных.

Перед началом работы в блок 15 хранения температурных характеристик необхо- димо занести информациюо характеристиках используемых датчиков 1 температуры.

Многоканальный измеритель температуры работает следующим образом. При включении устройства вычислитель 11 вычислительной системы 13 устанавливает все узлы в исходное состояние. Далее устройство работает по программе, задаваемой бло ком.6 управления и вычислителем-11. Устройство может работать в одном из двух режимов - режиме грубого и режиме точного измерения. Выбор необходимого режима осуществляется вычислителем 11 и зависит от того, к какому участку температурной ха- рактеристики датчика 1 температуры принадлежит измеренная температура и от заданной с панели 12 управления погрешности измерения. На фиг. 3 приведен пример возможной температурной характеристики датчика 1. температуры и выбор режима измерения. На аналого-циф- ровой преобразователь 5 приходит напряжение пропорциональное.сопротивление датчика 1 температуры, поэтому погреш- ность аналого-цифровога преобразования, определяемая количеством разрядов аналого-цифрового преобразователя 5, будет определять и погрешность измерения температуры. Если температура среды, в ко- торой находится датчик 1 температуры - ti, что соответствует точке 1 на температурной характеристике датчика, то при данной допустимой погрешности измерения температуры At погрешность аналого-цифрового преобразователя должна быть не более AUl, причем . I A RI, где Ку - коэффициент усиления аналогового тракта, I - ток, задаваемый управляемым генератором 2 тока, а A RI - погрешность измере- ния сопротивления. Если же температура среды-t2, что соответствует точке 2 на температурной характеристике датчика 1, то для той же погрешности At погрешность аналого-цифрового преобразования должна быть не больше A Da I AR2, причем на фиг. 3 ясно видно, что Ra ARi .Поскольку погрешность аналого-циф- ройого преобразования зависит от количества разрядов аналого-цифрового преобразователя 5, ее можно оценить по формуле A U Uon/2N, где Uon - опорное напряжение, а N - количество разрядов аналого-цифрового преобразователя 5. Для того чтобы выполнить условие A. Ri, необходимо чтобы AUa A Ui или , т. е. для измерения второй температуры необходимо более точное аналого-цифровое преобразование для получения той же погрешности измерения, что оправдывает использование режимов грубо и точно.

На фиг.4 приведена качественная временная диаграмма измерения температуры в режиме грубо. Измерение проходит за 26 циклов аналого-цифроврго преобразования, Первые 24 цикла отведены на коррекцию аналогового тракта, а последние два - на измерение и запись в БЗУ 8 кода нуля и кода измеренного напряжения, и на подготовку к проведению измерения по следующему каналу. Коррекция аналогового тракта происходит при отключении управляемых генераторов 2 тока и заключается в формировании преобразователем 7 код-напряжение напряжения, компенсирующего напряжение смещения аналогового тракта, включая и смещение аналого-цифрового преобразователя 5. Напряжение на выходе преобразователя 7 код-напряжение формируется по алгоритму поразрядного уравновешивания. После проведения коррекции к датчику 1 температуры подключается управляемый генератор 2 тока и после завершения в аналоговом тракте переходных процессов (время tycr. на фиг. 4) проводится непосредственное измерение напряжения. После проведения коррекции в БЗУ 8 записывается значение напряжения при отключенном управляемом генераторе 2 тока (оно должно быть равно нулю), а после измерения в БЗУ 8 записывается значение измеренного напряжения при включенном управляемом генераторе 2 тока, после чего блок 6 управления подключает к аналого- цифровому преобразователю 5 следующий датчик 1 температуры, БЗУ 8 представляет собой двухпортовое запоминающее устройство с независимым чтением и записью информации, что позволяет работать по двум независимым циклам: l-ый цикл - перебор каналов, аналого-цифровое преобразование и запись в БЗУ 8, 2-й цикл - чтение БЗУ 8, поиск на температурной характеристике полученной температуры, анализ и вывод информации на экран.

Вычислитель 11 читает на БЗУ 8 код преобразованного аналого-цифровым преобразователем 5 напряжения нуля и напряжения, соответствующего измеренной температуре. По коду измеренного напряжения вычисляется сопротивление датчика 1 температуры и по температурной характеристике датчика находится значение измеренной температуры. Проанализировав участок кривой температурной характеристики, которой принадлежит измеренная температура, вычислитель 11 определяет, нужно ли перейти к режиму точного измерения для данного датчика. Если перейти к режиму точного измерения нужно, то в нормирующем регистре 9 данного канала вычислитель 11 устанавливает признак точного измерения.

. На фиг. 5 приведена временная диаграмма измерения температуры в режиме точно. Измерение занимает в два раза больше времени, чем в режиме грубо. За первые 24 цикла аналого-цифрового преобразования осуществляется коррекция аналогового тракта при коэффициенте усиления программируемого усилителя- сумматора 3, соответствующем режиму, грубо, после чего коэффициент усиления увеличивается, что соответствует режиму точно и в БЗУ 8 записывается погрешность аналого-цифрового преобразования нуля, соответствующего режиму точно. Затем коэффициент усиления программируемого усилителя-сумматора 3 вновь устанавливается в режим грубо, подключается управляемый генератор 2 тока и в базу 8 записывается значение грубо измеряемого напряжения, что соответствует старшим разрядам числа. Следующие 24 цикла аналого-цифрового преобразования система коррекции вырабатывает на программируемый усилитель-сумматор 3 такое напряжение, которое бы.компенсировало с точностью, соответствующей точности в режиме грубо, напряжение, снимаемое с датчика 1 температуры, т. е. получить на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 код нуля. Затем Коэффициент усиления программируемого усилителя-сумматора 3 вновь устанавливается в режим точно и в БЗУ 8 записывается информация с аналого- цифрового преобразователя 5 о младших разрядах числа. При этом искомое значение напряжения можно найти по формуле:

U Urpy60/Krpy6O+UTO4HO/KTO4HO UoTO4HO

где ифубо, UTOMHO - значения напряжений, измеренные в режиме грубо и точно ;

Кгрубо, Кточно-значения коэффициентов усиления режимов грубо и точно11;

UOTOHHO - значение погрешности.

Таким образом, один и тот же преобразователь 7 код-напряжение с обратной связью, охватывающей практически весь

аналоговый тракт, позволяет проводить коррекцию напряжения смещения аналогового тракта и формировать компенсирующее напряжение для более точного 5 измерения.

Нормирующие регистры 9 служат для хранения коэффициентов усиления программируемых усилителей-сумматоров. 3 и значений токов управляемых генераторов 2

0 тока, задаваемых с панели 12 управления и вычисляемых вычислителем 11. Коэффици: енты зависят, в основном, от типа используемых датчиков 1 температуры.

Таким образом, благодаря введению

5 коррекции смещения аналогового тракта и формированию компенсирующего напряжения для более точного аналогр-цифрово- го преобразования достигается эффект точного-измерения температуры в широком

0 диапазоне.

Формула изобретения Многоканальный измеритель температуры, содержащий N датчиков температуры, управляемый генератор тока, аналоговый

5 коммутатор, преобразователь код-напряжение, аналого-цифровой преобразователь, программируемый усилитель-сумматор, блок управления, вычислительную систему с взаимосвязанными панелью управления,

0 вычислителем и шиной данных, а также индикатор, вход которого подключен к шине . данных, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур и увеличения точности измере5 ния, в него введены N управляемых генераторов тока, N программируемых усилителей-сумматоров, буферное запоминающее устройство, N нормирующих регистров и блок хранения температурных

0 характеристик, электрические входы N датчиков температуры соединены соответст- . венно с выходами N управляемых генераторов тока, также соответственно со- . единенных с первыми входами N програм5 мируемых усилителей-сумматоров, вторые входы которых подключены соответственно к выходам N датчиков температуры, выходы программируемых усилителей-сумматоров через аналоговый коммутатор связаны с

0 аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, вход запуска и выход готовности которого соединены соответственно с выходом запуска и входом готовности блока управления, а цифровой выход - с входом

5 данных буферного запоминающего устрой- ства и входом данных блока управления, выход разрешения которого связан с входом преобразователя код - напряжение, а вход конец коррекции -с соответствую- чЦим выходом преобразователя код - напряжение, аналоговый выход которого через аналоговый коммутатор соединен с третьими входами программируемых усилителей- сумматоров, подсоединенных входами управления режимами через аналоговый коммутатор к выходу установка режима грубо - точно блока управления, а входы коэффициента усиления усилителей-сумматоров соединены соответственно с выходами нормирующих регистров, которые также подключены к соответствующим входам управления N управляемых генераторов тока, входы отключения которых через аналоговый коммутатор связаны с выходами измерение блока управления, подключенного выходом 11выбор номера канала к управляющему входу аналогового коммутатора и входу записи адреса буферного запоминающего устройства, выходы запись кода нуля и запись данных блока управления связа- ны с соответствующими входами буферного запоминающего устройства, подключ енно- го выходом данных к шине данных вычисли- тельной системы, к которой также подключены выход блока хранения темпе-

ратурных характеристик, входы данных и входы записи N нормирующих регистров и входы управляющих сигналов буферного запоминающего устройства, блок управления выполнен состоящим из цифрового компаратора, генератора тактовых импульсов, формирователя адреса и задатчика команд, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом формирователя, адреса выход которого связан с входом за- датчйка команд, при этом вход и выход запуска формирователя адреса являются соответственно входом готовности и выходом запуска блока управления, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы, а также вход задатчика команд являются соответственно выходами измерение, установка режима грубо-точно, выбор номера канала, запись кода нуля, и запись данных , а также входом конец коррекции блока управления, а. входы и выход цифрового компаратора являются соответственно входом данных, входом установки нуля и выходом разрешения блока управления,

конец коррекции & канала О - код нуля

запись далккх

Јн- нижний темшратуршй предел датчика Ј$- верхний -тяературннй продол датчика А ± - погрешность измерения тешератури

ФИГ.З

kcSp- врег. я сйороса

1цп- вро:.-л шюлого-ш рового преобразования

- .-я установюг олалогосого тракта

запись кода нуля D БЗУ

jflS- зшигсг. ;;змсрснного напряжения