Цифровой термометр Советский патент 1981 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в цифр вом термометре. По основному авт. св. № 556351 из вестен цифровой термометр, имеющий датчик, балансный, стабилизатор тока, аналоговые ключи, усилитель постоянного тока, генератор линейно нарастаквдего напряжения,, схаму оравнения, схему переключения, генератор квантунвдих импульсов, временной селектор, цифровой счетчик с ЦИфрОВЕзМ индикатором L l3 . Однако при нелинейной характеристике датчика термометра сопротцвления возникает дополнительная погрешность измерения, обусловленная нелинейностью. Цель изобретения - повышение точности измерения -за счет линеаризации градуировочной характеристики да чика в процессе измерения температуры. Поставленная цель достигается тем что в цифровой термометр введены образцовые резисторы, кНючи управления и даиифратор, причем последовательно соединенные образцовый резистор и ключ управления подключены параллельно резистору обратной связи усилителя постоянного тока, а входа ключей управления подключены к выходам дешифратора, входы которого соединены с выходами цифрового счетчика. На чертеже предсталнена блок-схема предлагаемого цифрового термометра. Цифровой термометр содержит датчик 1, балансный стабилизатор 2 тока, дополнительный резистор 3, аналоговые ключи 4 и 5, усилитель ь постоянного тока, блок 7 параллельно соединенных цепочек, состоящих из последовательно соединенных резисторов и аналоговых ключей К, схему 8 сравнения, генератор 9 линейно нарастающагося напряжения, схему 10 переключения, временной селектор 11, генератор 12 квантующих импульсов, цифровой счетчик 13, дешифратор 14 участков линейной аппроксимации статической характеристики датчика, цифровой индикатор 15. Датчик 1 соединен .по четырехпроводной схеме, причем потенциальные зажимы двумя проводами соединены с входами аналоговых ключей 4 и 5, выходы которых под ключе пл к входу усилителя 6. Остальные два соединителькых провода вместе с дополнительным резистором 3 обеспечивают питание датчика постоянным током от балансного стабилизатора 2 тока. Другой выход балансного стабилизатора 2 тока подключен к входу генератора 9 который представляет собой заряжающий конденсатор. Выходы усилителя б и генератора 9 соединены с входами cxeivM 8, выход которой соединен с входом схемы 10. Выход схемы 10 соединен с управляющими входагли аналоговых ключей 4 и 5 и временного се лектора 11. Выход генератора 12 чере временной селектор 11 соединен с вхо дом цифрового счетчика 13, выходы которого соединены с входами дешифра тора 14 и цифровым индикатором 15. К резистору обратной связи усилителя б параллельно соединены цепочки бло 7, которые могут соответствующим обр зом изменять эквивалентное сопротивление обратной связи, а следователь но, и коэффициент усиления усилителя б при открывании соответству1сщих аналоговых ключей . Управляющие входы этих аналоговых ключей соедин ны к COOSветствующим выходам дешифр тора 14. Цифровой термометр работает следующим о&разом. В начале цикла измерения сигналы Ь правления схемы 10 открывают аналоговый ключ 5 (закрывая аналоговый ключ 4), запускают генератор 9 линей но нарастающего напряжения и устанав ливают счетчик 13 в начальное состоя ние. При STOW на вход усилителя б поступает напряжение, равное сумме падений напряжений на дополнительном резисторе 3 и одном соединительном проводе. В этом режиме происходит первое срабатывание схема 8 сравнения, когда выходные напряжения усилителя б и генератора 9 становятся равными. В этот момент выходной сигн схемы 10 переключения закрывает ключ 5 (открывая ключ 4), одновремен но открывается временной селектор 11. В этом режиме входное напряжение усилителя б постоянного тока увеличивается на величину, равную напряже нию падения на датчике 1. Когда вы ходные напряжения усилителя б и гене ратора 9 линейно нарастающего напряжения снова становятся равными, происходит второе срабатывание схемы 8 сравнения и временной селектор 11 закрывается. В течение открытого сос тояния временного селектора 11 квантующие импульсы проходят на цифроЕОй счетчик 13. Длительность открытого состояния временного селектора 11,зависит от сопротивления датчика 1, Эту длительность мсжно изменить (при данном значении сигнала датчика) путем изменения коьффициента уси ления усилителя б, которое может происходить при изменении сопротивления резистора обратной связи усилителя, когда открываются соответствукядие аналоговые ключи К блока 7. . Если сопротивление датчика имеет нелинейную зависимость от температуры (например, для платиновго или полупроводникового терморезистора), то длительность открытого состояния временного селектора и количество поступающих на счетчик импульсов, также имеет нелинейную зависимость от изеряемой температуры. Для получения линейной зависимости с требуемой точностью статическую характеристику датчика нужно аппроксимировать ломаной линией, и на каждом участке аппроксимации необходимо соответствующим образом изменить крутизну характиристики данного участка, а тем самым и длительность открытого состояния временного селектора. Этот процессосуществляется автоматически с помощью дешифратора 14 и блока 7. Количество выходов дешифратора, а следoвaтeльнo и число цепочек блока 7 равно количеству участков аппроксимации статической характеристики датчика. В начале цикла измерения на цифровом счетчике записывается начальное число (для термопар оно равно нулю, для термометров сопротивления соответствует сопротивлению при 0°С), на выходе дешифратора, соответствующего первому участку аппроксимации, получается сигнал, который открывает ключ К блока 7, устанавливается данное значение коэффициента усиления усилителя б. Когда в течение открытого состояния временного селектора число на счетчике находится на J-OM участке аппроксимации, то открыт ключ К,| . Следовательно, на каждом участке аппроксимации устанавливаются соответствующее значение коэффициента усиления усилителя б и длительности открытого состояния временного селектора, а на счетчик поступает соответствующее количество импульсов, и тем самым осуществляется ли-, неаризация статической характеристики. Предлагаемый цифровой термометр наиболее целесообразно применять при использовании полупроводниковых датчиков (терморезисторов), которые имеют большой разброс параметров, а также при малом (до 3-4) числе участков аппроксимации, характеристики датчика в рабочем диапазоне температур. Формула изобретения Цифровой термометр по авт. св. 556351, отличающийся ем, что, с целью повышения точности змерения, в него введены образцовые езисторы, ключи управления и дииифраор, причем последовательно соединенные образцовый резистор и ключ

управления подключены параллельно резистору обратной связи усилителя постоянного тока, а входы ключей управления подключены к выходам дешифратора, входы которого соединены с выходами цифрового счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 556351, кл. G 01 К 7/00, 1977 (прототип).