Устройство для измерения криогенных температур Советский патент 1979 года по МПК G01K7/18 

: Изобретение относится к области т.емпературных измерений, а именно к {устройствам для измерения низких температур о помощью термометров сопротивления. Известен функциональный кодирующ преобразователь, для линеаризации характеристик датчиков, например, термометров сопротивления,, содержа щий входной преобразователь, переключатель, интегратор, детектор ну ля, интегратор, дополнительный интегратор, схему .автоматики 1. Недостатком устройства является низкая точность измерения при работе с датчиками, имоощими различные выходные характеристики. Известно устройство для измерения криогенных температур, содержащее термометр сопротивления, преобразователь сигнала термометра в интервал времени, включающий в себ масштабирующий усилитель, упаравля емый генератор тока и блок двойног интегрирования, блок автоматики и узел цифровой индикации, содержащий генератс импульсов, де.питель частоты, реверсивный счетчик импул сов, регистр памяти, дешифратор и цифровое отсчетное устройство 2. Недостатком устройства является низкая точность измерения температур л при работе с датчиками, имеющими различные температурные характеристики . Целью из1эбретения является повышение точности измерения температуры при работе с датчиками, имеющими различные температурные характеристики. Поставленная цель достигается тем, .что в устройство между преобразователем сигнала термометра в интервал времени и УЗЛОМ цифровой индикации включены устройство гальванической развязки, узел логарифмического преобразования, содержащий функциональНЕлй частотный преобразователь, выход которого последовательно через двоичный счетчик импульсов и цифроаналоговый корректирующий преобразователь соедилел с его входом, узел выработки полинома, содержащий блок воспроизведения полинома, к первому и второму входгш которого подключены цифроаналоговый преобразователь полинома и корректор,схема ИЛИ, при зтом в преобразователь сигнала датчика в интервал времени введена схема выбора предела измерения,выход которой соединен с управляемым генератором тока а вход - с выходом блока двойного интегрирования, в узел цифровой индикации введен блок предустановки,выход которого подключен к установочным входам реверсивного счетчика, причем входы схемы ИЛИ соединены с выходами функционального частотного преобразователя, блока воспроизведения полинома и делителя частоты, соединенного с блоком выработки полинома, а выход двоичного счетчика соединен с входом цифроаналогового преобразователя.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит преобразователь сигнала термометра в интервал времени 1, содержащий генератор тока (ГТ) 2, термометр сопротивления (ТС) 3, масштабирующий усилитель (МУ) 4, блок двойного интегрирования (БДИ) 5, схему выбора предела измерения (СПВ) 6, устройство гальванической развязки (УТР) 7, узел логарифмического :преобразования 8,i содержащий функциональный частотный преобразователь (ФЧП 9, двоичный счетчик (ДСЧ) 10, цифроаналоговый корректирующий преобразователь (ЦАПК 11, схему ИЛИ 12, делитель частоты (ДЧ) 1-3, генератор квантующих импульсов (ГКИ) 14, реверсивный счетчи импульсов (РСИ) 15, блок предустановки (БПУ) 16, регистр памяти (РП) 17, дешифратор (да) 18, узел цифровой индикации 13, содержащий делитель частоты (ДЧ) 14, генератор квантую импульсов (ГКИ) 15, реверсивный счетчик импульсов (РСИ) 16, блок предустановки (БПУ) 17, регистр памяти (РП) 18, дешифратор (ДШ) 19, цифрово отсчетное устройство (ЦОУ) 20, узел выработки полинема 21, содержащий блок воспроизведения полинома (БВП) 22, корректор 23, цифроаналоговыйый преобразователь полинома (ЦАПП) 24, блок автоматики (БА) 25, к которой подключены управляющие входы всех блоков.

Устройство работает следующим образом.

В первом цикле осуществляется автоматический выбор предела измерения. Для этого вначале от управляемого генератора тока 2 на термометр сопротивления 3 подается наименьший ток. Сигнал с термометра сопротивления 3 в виде падения напряжения ли поступает на масштабирующий усилитель 4, усиливается и поступает на вход блока двойного интегрирования 5, В БДИ 5 по известному алгоритму 2-го интегрирования осуществляется преобразование входного напряжения в пропорциональный интервал времени:

Т,-ли -R.

Сигнал с выхода БДИ 5 поступает в ;СВП б, где производится оценка величины Т , а значит, и R. в случае, если R мало, то минимальный включенный ток 1о создает малое падения напряжения дЦ. В этом случае СВП 6 будет увеличивать ток Т, ГТ 2 до тех пор, покади (следовательно . и Тц) не окажется внутри установленного диапазона измерения. Во втором цикле осуществляется формирование числа импульсов N, пропорционального логарифму входной величины. Интервал Т через УГР 7 поступает на ФЧП 9 . В течение TX импульсы с ФЧП 9, частота следования которых распределена по гиперболическому закону, поступают на ДСЧ 10 и через схему ИЛИ 12 на РСИ 16, где образуется число импульсов N, пропорциональное логарифму входной величины:

момент окончания интервала f информация с ДСЧ 10 переписывается в регистр памяти ЦАПП 24, на выходе которого образуется напряжение, также пропорциональное EgrRx.

В третьем цикле осуществляется формирование результата измерения, который получается путем реализации степенного логарифмического полинома 3-й степени:

((,(г9ги)Т

Для этого содержимое РСИ 16 списывается до нуля известной постоянной 5 частоты f , поступающей через делитель частоты ДЧ 14 от ГКИ 15. Тогда время, списывания определится так: N V

.т,.1г.

в это же время в ББВП 22 поступают, напряжение с ЦАПП 24,- причем и напряжение с корректора 23. В БВП 22 в конце интервала Т образуется напряжение:

Ug;±A,e R ±A2Ce R/±A,(

в момент списывания РСИ 16 до нуля в него из БПУ 16 заносится свободный член воспроизводимого полинома в виде кода NO. В БВП 22 осуществляется преобразование Ug в интервал времени, в течение которого импульсы постоянной расчетной частоты с ДЧ 14 поступают на вычитающий вход РСИ 16 для-формирования окончательного результата, который фиксируется в регистре памяти РП 18 и индицируется в цифровом отсчетном устройстве ЦОУ 20. Корректор 23 осуществляет кусочно-линейную аппроксимацию функции разности Между таблично заданной функцией и воспроиводимым полиномом. Его выходной сигнал в виде напряжения поступает на БВП 22 и таким образом уточняется результат измерения .

После цикла формирования результата измерения следует цикл контроля нахождения входной величины в установленном диапазоне, при необходимости осуществляется автоматический переход на соседний диапазон, а также в этом цикле осуществляется коррекция ФЧП 9. Для этого импульсы с ФЧП поступают на ДСЧ 10 в течение эталонного времени Т .. В момент окончания Тэт в ДСЧ 10 фиксируется число импульсов Мд. В зависимости от того, насколько и в какую сторону это число отличается от расчетного числа , ЦДПК 11 вырабатывает-корректирующее напряжение требуемого знака и подает его на ФЧП 9.

За циклом контроля следует цикл формирования кода, и работа устройства повторяется. Достоинствами данного устройства являются высокая точность измерения, высокая помехозащищенность ввиду гальванической развязки преобразователя входного сигнала во временной интервал, расширен функциональных возможностей прибора и универсальность при замене датчика. Наличие логарифмического преобразователя и узла выработки полинома позволяет осуществлять аппроксимацию .знакопеременными степенными обычными 1И логарифмическими полиномами, что 1В большинстве случаев позволяет получить высокую точность приближения. Наличие корректора КР, осуществляющего кусочно-линейную аппроксимацию функции разности, позволяет получить практически любую желаемую точность приближения. Универсальность предлагаемого устройства заключается также в том, что при переходе от одного термометра сопротивления к

другому следует перестроить всего 4 коэффициента воспроизводимого полинома.в одном температурном диапазоне, а также осуществить грубую настройку малоразрядного аппроксима тора.

Формула изобретения

Устройство для измерения криогенны температур, содержащее термометр сопротивления, преобразователь сигнала термометра в интервгш времени, включающий в себя масштабирующий усилитель, управляемый генератор тока и блок двойного интегрирования, блок автоматики и узел цифровой индикации, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, реверсивный счетчик импульсов, регистр памяти, даиифратор и цифровое отсчетное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры при работе с датчиками, имоогцими различные температурные характеристики, в устройство между преобразователем сигнала термометра в интервал времени и узлом цифровой индикации включены устройство гальванической развязки, узел логарифмического преобразования, содержащий функциональный частотный преобразователь, выход которого последовательно через двоичный счетчик импульсов и цифроаналоговый корр тирующий преобразователь соединен с еговходом, узел выработки полинома, содержащий блок воспроизведения ,полинома, к первому и второму входам которого подключены цифроаналоговый преобразователь полилсма и ; орректор, схема ИЛИ, при этом в преобразователь сигнала датчика в интервал времени введена схема выбора предела измерения,выход которой соедине с управляемым генератором тока, а вход - с выходом блока двойного интегрирования, в узел цифровой индикации введен блокпредустановки, , выход которого подключен к установочным входам реверсивного счетчика, причем входы схемы ИЛИ соединены с выходами функционЕШЬного частотного преобразователя, блока воспроизведейия полинсма и делителя частоты, соединенного с блоком выработки полинома, а выход двоичного счетчика соединен с уходом дифроаналогового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 368623, кл. G 06 g 3/00, Н 03 К 13/20, 1971.

2,Авторское свидетельство СССР tf 466401, кл. G 01 К 7/18, 1973 (прототип) .