Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K7/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

.Г

Изобретение относится к температурным измерениям, а имеено к цифровым измерителям температуры с .-коррекцией нелинейности датчика температуры.

Известен цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, цифроаналоговый преобразователь, генератор постоянной частоты, нуль-орган, в котором коррекция нелинейности датчика температуры осуществляетс.я путем введения второго цифроаналогового преобразователя-, включенного в цепь питания первого ° преобразователя LlJ. .

Недостатком этого цифрового измв рителя температуры являетйянизкая- . точность измерения.

Известен также цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение - частсУта, выход которого через ключевое устройство к реверсивный счетчик соединен с блоком памяти, источник калиброванного напряжения, переключатель поддиапа- ; зонов. В этом измерителе температуры производится поо.чередное измерение сигнала датчика температуры и калибровочного напряжения, которое далее обрабатывается 2. .

Недостатком этого устройства являются его сложность и низкая точность измерения.

Наиболее близким по технической .сущности и достигаемому результату к данно 1у изобретению является циф.ровой измеритель температуры, содер10жащий температуры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение -частота, выход которого через ключ и реверсивный счетчик соединен с входом

15 блока памяти, выходы которого соединены с управляющими входами нелинейного цифроаналогового преобразователя и выходами дешиф1эатьра, управляющий вхрд блока памяти соединен с

20 первым выходомблока управления, второй выхрл которого соединен с управляющими входами ключи и реверсивного счетчика, а третий выход - с управляющим входом входного перек25 .пючателя, второй вход которого соединен с выходом нелинейного цифроаналогового преобразователя, состоящего из линейного цифрового делителя напряжения, вход которого .соеди30

йен с источником опорного напряження, а выход - с первым входом сумматора и выходом блока дискретных резисторов, соединенного с выходом дешифратора, блока дискретных.напряжений, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения , а выход - с вторым входом сумматора D ( В этом .устройстве производится коррекция интегральной систематической погрешности основной измерительной цепи и линеаризация характеристи ки преобразования термодатчика путем ее кусочно-линейной аппроксимации и использования нелинейного цифроаналр гового преобразователя. Точность все го устройства определяется погрешнос тью аппроксимации и погрешностью нелийейного цифроанало.гового преобразователя, не охваченного обратной связью. Выходной сигнал цепи обрат.но связи снимается с выхода аналогового сумматора, погрешность (дрейфа нуля, изменения коэффициента передачи и т.д которого входит в общую погрешность нелинейного цифроаналогового преобра зователя. Это ограничиваетточность последнего и устройство для измерени температуры в общему Кроме того, используемый в устройстве нелиней 4ый цифроаналоговый преобразователь позволяет работать с датчиками, имеющим только монотонновозрастающую функцию преобразования (т.е..с одинаковым ,зн .ком производной в диапазоне измене.ни аргумента). При этом цифроаналоговый преобразователь воспроизводит характе ристику, проходящую через начало коор динат или же сдвинутую относительно нее на некоторую постоянную величину Однако тер.модатчики имеют разные характеристики преобразования.- как с одинаковым, так и с, изменяющимся знаком производной. Это ограничивает класс решаелых задач и следовательно область применения известного цифрового измерителя температуры . :Цель изобретения - повышение точности и расширение области йспользования устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения температуры содержащее датчик температуры, соединенный через входной переклю чатель с преобразователем напряжение частота, которого через ключ и реверсивный счетчик соединен с блоком памяти, выходы которого соединены с управляющими входами цифроаналогового преобразователя и входами дешифратора, блок дискретных напряжений, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, блок управления, выходы которого связаны с управляющими вxoдa a переключателя, блока памяти ключа и реверсивного счетчика, введены два коммутатора, входы первого их которых соединены с выходами блока дискретных напряжений. кроме последнего, управляющий вход с выходом дешифратора, а выход - с первым входом цифроаналогового преоб.разователя, входы второго коммутатора соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме первого, управйяющий вход - с другим, выходом деши Ъё атора, а выхОд - со вторым входом цифроайалогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом переключателя. На фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения температуры; на фиг.2 - выходная характеристика датчика температуры. Устройство содержит датчик 1 температуры , входной переключатель 2, преобразователь 3 напряжения в частоту, ключ. 4, реверсивный счетчик 5, блок б управления, цифроаналоговый преобразователь 7,.коммутаторы 8- и 9, источник 10 опорного напряжения, блок И дискретных напряжений, блок 12 па;мяти и Дешифратор. 13. Цифроаналоговый преобразователь 7 имеет два информационных входа и состоит из сетки резисторов R - 2R и двухпОзи- ; ционных переключателей 14. Устройство для измерения темпера- , туры работает -следующим образом. ® В начале измерения входной переключатель 2, управляемый сигналом с блока б управления, подключает ко ВХОДУ преобразователя 3 термодатчик 1. Производится цифровое измерение, его результат записывается в реверсивный счетчик 5 и блок 12 памяти. Поскольку характеристику преобразования датчика температуры с боль-, шей степенью точйости можно аппроксимировать кривой второго порядкал результат записанный в реверсивном счетчике, можно представить в виде Y р + kT)T, (1):. где Т - измеряемая температура; k - коэффициент нелинейности . Затем входной переключатель 2 одключает ко входу преобразователя 3 напряжения в частоту выход цифроналогового преобразователя 7. Прозводится цифровое измерение выходбго сигнала цифроаналогового преобазователя, соответствующего измеря-мой температуре, во время которого лок б управления переключает напавление, счета реверсивного счетчиа 5 на вычитание, в результате коорого в реверсивном счетчике полуается разность двух, измерений Л(1 -1- kT)T - Т(1 + kT) : -kT (1 + kT). . . (2) После этого переключатель 2 подлючает ко входу преобразователя 3 ыход датчика 1 температуры. Произ- , одится цифровое измерение со слйже:нием в реверсивном счетчике. 5. В итоге получается результат Y- Y+U T{l+kT)-kT(H-kT) ). ; Продолжая измерительно-вычислительный процесс путем измерения выходного сигнала преобразователя 7, соответсвующего .коду YJ, , вычитания полученного результата на У- и еложения результата повторного измерени сигналов датчика 1 температуры с раз ностью в счетчи,ке 5 можно получить .второй скорректированный результат T(). Значение п-го скорректированного . результата можно записать в виде У„ (-1) . (5) . - . . . Выходная характеристика цифроаналогового преобразователя аналогична характеристике датчика температуры и воспрбизводится путем кусочно-линейной аппроксимации функций датчика температуры (фиг.2) . ... В зависимости от цифрового резуль тата измерения температуры (Y; Y;,, Y записанного в блоке 12 памяти, в каж дом цикле коррекции дешифратор 13 определяет уч:асток аппроксимации характеристики датчика. По сигналам дешифратора через коммутаторы 8 и 9 на входы цифроаналогового преобразователя. 7 подаются.опорные напряжения соответствующие границам выбранного участка аппроксимации (I участок напряжения UQ 0 и U-i. li участок - . и и участок - Uo и и и т.д.) Блок 11 1цискретных напряжений пи таемый блоком 10 опорно-го напряжения вырабатывает напряжения UQ, U-j, U. ., 1 соответствующие определенным границам участка аппроксимации. В соответ ствии с этим на I участке аппроксимации, на выходе коммутатора 8 имеется сишшлио, ана выходе коммутатор 9 - .сигнал и, на втором участке аппроксимации на выходе коммутатора. 8 .имеется сигнал U,j , а на выходе комму татора 9 - сигнал 11/ и т.д. При все триггеры блока 12 памяти находятся-в нулевом состоянии И переключатели 14 подключают звенья резйсторной декодирующей матрицы на вход сигнала, поступающего с выхода коммутатора 8.. При этом напряжение н выходе цифроаналогового преобразователя равно выходному сигналу коммута тора 8 (для приведенного графика и 0) . - . когда триггеры находятся в единич ном состоянии 2-1, где Р - чис ло разрядов счетчика 5, переключатели 14 подключают все. зйенья упомянутой матрицы на вход .сигнала, поступа ющего с выхода коммутатора 9. При этом напряжение на выходе цифроанаогового преобразователя .будет равно MJ Ym + UK-I UK - uU, где & - величина, определяющая дискретно ть преобразования (уровень квантования для k.-ro участка) - напряжения, соответствуквдйё границам k-ro участка аппроксимации . При любых промежуточных значениях , Yc:Y., напряжения на выходе схемы для каждого участка равно ли Y+Uj, где Y и - коды, соответсвующие границам 1-го участка аппроксимации, Щ-, 2Р уровень квантования для i-ro участка. В зависимости от разности U U знак уровня квантования получается разный (для монотонно возрастающей части характеристики (+) , а для участка характеристики, где меняется знак производной (-) . Поэтог в зависимости от напряжений, подаваемых на входы цифроаналогового пре- . образователя и соответствующих границам участков аппроксимации, воспроизводится аппроксимированная характеристика датчика температуры, причем знак производной этой характеристики может быть любым. Поскольку в данном устройстве при воспроизведении кусочно-линейной функции исключено суммирование ДВУХ напряжений, что выполняется аналоговым сумматором в известном устройстве, то настоящее изобретение обладает, более высокой точностью измерения. Кроме того, устройство может работать с различными датчиками температуры, обладающими разнообразными харакферистиками преобразования, что расширяет его сферу применения. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение частота, выход которого через ключ и реверсивный счетчик соединен с блоком памяти., выходы которого соединены c управляющими входами цифроанало гового преобразователя и входами дешифратора, блок .дискретных напряжений, вход которого соединен с выходом источника ;ОПОрнЬго напряжения, блок управления, выходы которого связаны с управляющими входами переключателя, блока памяти, клЮча и реверсивного счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения области использования устройства, в него введены

два коммутатора, входы первого из которых соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме последнего, управляющий вход - с одним из выходов дешифратора, а выход - с первым входом цифроаналоговогопреоб-. разователя, входы в.торого коммутатора соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме первого, управляющий вход - с другим выходом дешифратора, а выход - со вторым входом цифроаналогового преоб- «

разователя, выход которого соединен со вторым входом переключателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское свидетельство СССР 246115, кл. G 01 К 7/02, 1969.

3.Авторское свидетельство СССР № 646205, кл. G 01 К 7/02,. 1969 (прототип).