Цифровой измеритель температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/16 

(5) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

1

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к цифровым измерителям температуры.

Известны цифровые измерители температуры, содержащие резистивный датчик, сравнивающее устройство, генератор опорной частоты и цифровое отсчетное устройство fl .

Недостатком известных устройств является невысокая точность измерений, обусловленная приближенной компенсацией нелинейности характеристики датчика, наличием аддитивной и мультипликативной погрешностей сразнивающего устройства, погрешностей вносимых сопротивлением линий связи и наводок в них.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, питаемый от стабилизированного источника тока, блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика температуры, второй - с выходом генератора линейноизменяющегося напряжения, а выход - с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а третий - с входом генератора линейноизменяощегося напряжения

10 и с первым выходом блока управления. Выход ключа через счетчик импульсов соединен с первым входом схемы сравнения кодов, второй вход которого соединен с первым входом блока функцио)5 нального генератора, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а второй выход блока функционального генератора соединен с цифровым отсчетным устройствомСзЗ20 Недостатками измерителя являются его невыоская точность и малая помехозащищенность. Первый недостаток обусловлен погрешностями блока сравнения, генератора линейноизменяющегося напряжения и наличием сопротивления линий связи. Второй недостаток обусловлен наводимой в линии для связи помехой. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в цифровой измеритель температуры, содержащий резистивный дйтчик тем пературы, подключенный к стабилизиро ванному источнику тока, генератор линейноизменяющегося напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с первым входом сравнивающего устройства, гене ратор опорной частоты, блок функционального генератора, первый вход которого соединен с выходом схемы срав нения кодов, а выходы - с ее первым входом и цифровым отсчетным устройством, введены: блок коммутации и па мяти вычислительное устройство и эта лонное сопротивление, причем первый вход блока коммутации и памяти соединен с общим проводом, второй и третий входы - с первым выводом датчика температуры через сопротивления линии связи, при этом второй вх соединен с общим проводом через эталонное сопротивление, а четвертый вход соединен с вторым выходом датчика температуры через сопротивление линии связи, причем первый и второй управ шющие входы блока коммутации и памяти соединены со вторым и третьим выходами блока управления, а вы ход блока коммутации и. памяти - с вторым входом сравнивающего устройст ва, выход которого соединен с входом блока управления и с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с генератором опорной частоты, а третий - с четвертым выходом блока управления, при этом первый и второй выходы вычислительного устройства соединены с вторыми входами схемы сравнения кодов и блока функционального генератора соответственно. Блок коммутации и памяти содержит коммутатор входных сигналов, входы которого соединены с входами блока коммутации и памяти, а выход через усилитель соединен с входом распределителя, причем управляющие входы коммутатора входных сигналов и распределителя соединены с первым управ ляющим входом блока коммутации и па-мяти, а выходы распределителя через блок аналоговых запоминающих устройств соединены с четырьмя входами коммутатора, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом блока коммутации и памяти, выход которого соединен с выходом коммутатора. Вычислительное устройство состоит из блока комбинированной логики, вход которого соединен с первым входом вычислительного устройства, выходы с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого кл.ючей, вторые входы которых соединены с вторым входом вычислительного устройства, а третьи входы первого, третьего и пятого ключей - с третьим входом вычислительного устройства, причем выход первого ключа соединен с вычитающим входом первого счетчика импульсов, выход второго ключа соединен с суммирующим входом этого же счетчика, выходы третьего и четвертого ключей соответственно соединены с вычитающим и суммирующим входами второго счетчика импульсов, а выход пятого - с входом счетчика импульсов деления, причем первый и второй входы этого ключа соединены с выходами первого и второго счетчика импульсов, выход второго счетчика соединен с вторым выходом вычислительного устройства, а параллельный вход первого счетчика соединен с параллельным выходом буферного регистра, параллельный вход которого соединен с параллельным выходом первого счетчика, причем вход разрешения записи первого счетчика соединен с его же ВЫХОДОМ, а вход разрешения записи буферного регистра - с первым входом второго ключа. На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 - временная диа1 рамма, поясняющая принцип действия, измерителя. Цифровой измеритель температуры содержит датчик 1 температуры (ДТ), стабилизированный источник 2 тока (ИТ), три сопротивления связи, эталонное сопротивление 6, блок 7 коммутации и памяти (БКП), блок 8 управления(БУ), генератор 9 линейноизменяющегося напряжения (ГЛИН), сравнивающее устройство(СУ) 10, вычислительное устройство (СВУ) 11, генератор 12 опорной частоты (ГОЧ), схему 13 сравнения кодов(ССК), блок 1 функционального генератора(ВФГ), цифровое отсчетное устройство(ЦОУ)1 Блок 7 коммутации и памяти содер жит коммутатор 16 входных сигналов, усилитель 17, распределитель Р 18, блок 19 аналоговых запоминаюи их уст ройств, коммутатор 20. Вычислительное устройство 11 со держит блок 21комбинационной логик пять электронных ключей 22-26, первы и второй счетчики 27 и 28 импульсов буферный регистр 29 и счетчик 30 импульсов деления. Устройство работает следующим образом. Во время первого такта происходит запоминание напряжений U - U на входах Б.КП. Напряжение на первом вхо де равно нулю и О , напряжение на втором входе равно Uz RO(O+ и) где io - ток источника тока; У - ток, обусловленный помехой RO - эталонное сопротивление. Напряжение на третьем входе равно и (RO+ Кд) ((, + „), где Rд- сопротивление линии; напряжение на чет вертом входе и4.(Ро+2Пд + RT-) +1ц где сопротивление датчика. После включения питания устройства БУ вырабатывает четыре последовательных во времени сигнала, управляющих работой КВС и Р. При этом на входы БАЗУ последовательно подаются напряжения. 8 результате в БАЗУ оказывается записанным напряжение Ц, - и. . п щ. С началом второго такта БУ вырабатывает сигнал, открывающий первый вход К и одновременно сигнал, запускающий ГЛИН. Причем напряжение с выхода ГЛИН и с выхода К поступают на входы СУ. Момент времени t (фиг.2) срабатывания СУ, относительно начала развертки напряжения ГЛИН можно найти из уравнения - UcM-b Kt, где iL.,- напряжение смещения, равное алгебраической сумме заданного напряжения смещения, смещения нуля СУ и смещения нуля ГЛИН; К - коэффициент наклона линейно изменяющего напряжения. Из ( следует, что t (2) По сигналу с выхода СУ в момент времени t импульсом с БУ закрывается первый и открывается второй вход 66 К, сигналами БКП открывается второй ключ и на суммирующий СИ 1 начинают поступать импульсы от ГОЧ. Момент времени 1(фиг.2) следующего срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравнения Ktj(iQ+ i) R из которого следует, что () (-,) Ч В этот MOMeHt сигнал с выхода СУ поступает на вход БУ и импульс, вырабатываемый БУ, закрывает второй и открывает третий вход К. Тот же сигнал поступает и на вход БКЛ, закрывающий второй 23 и открывающий третий 2 ключи. Второй ключ 23, соединенный с суммирующим входом СИГ, был открыт ОТ момента времени t до следовательно код, записанным в этом счетчике, пропорционален t - t. Сигнал, закрывающий второй ключ 23, приходит и на вход разрешения записи БР и в него происходит перепись кода из СИ1. Момент времени t третьего срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравне (0 + JV,)(RO + C eния -и ч- Kt, CfU i довательно t. ()(V.)-t-UcM 2. R: в этот момент времени сигнал с выхода СУ поступает на вход БУ,си1- налами которого закрывается третий и открывается четвертый вход К. Одновременно БКЛ, управляемый СУ закрывает третий 2k и открывает четвертый 25 ключи. Третий ключ 2, соединенный с вычитающим входом-СИ, открыт с момента времени tv до t, следовательно, код,записанный в нем, является дополнительным к коду, пропорциональному интервалу ( ц). Момент времени 1-(фиг,2) четвертого срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравнения Kt(i(, + iy,) (По + + +2R) , из которого следует, что (1оч-|и)(.ЯлНисц (5) БУ и БКЛ, управляемые от СУ, закрывают четвертый вход К и четвертый люч 25. Этот ключ, вход которого соединен с суммирующим входом СИ, ткрыт от момента t до tj. Следоваельно, код, записанный в счетчике, олжен быть пропорционален t, о так как первоначальное содерк иое является дополнительным к коду. пропорциональному ( t), то код, запис.энный в счетчике, пропорционален ( tj.) - (i t ) По окончанию развертки линейноизменпюшегося напряжения БУ вырабатывает сигнал, открывающий первый 22 третий 2 и пятый 26 ключи. Под воздействием импульсов ГОЧ и СИ 1 и СИ вычитываются записанные там коды. Причем, как только содержимое СИ 1 становится равным нулю, импульс с вы хода этого сметчика через пятый ключ записывается в счетчике импульсов де ления СИД и поступает на вход резрешения записи СИ 1. По этому импуль су в СИ 1 переписывается его первоначальное содержимое из БР. Цикл про должается до тех пор, пока не обнулится СИ 2. Как только это произойде сигнал с выхода СИ 1 закрывает пятый ключ 26 и запускает БОГ. А в СИД ока зывается записанным код (tt,-ti)-(-fc2.-t,) , N- 1-Т- (6). t,-to Этот код подается на первый вход сек, на второй вход которой из БВГ подается последовательность кодов, соответствующая статической характеристике атчика температуры, за- данной таблично. Как только код, подаваемый из БФГ, становится равным или большим, ССР вырабатывает сигнал по которому БФГ осуществляет выдачу на ЦОУ кода, пропорционального измеренной температуре. Если в формулу (6) для N подставить , (2) - (5) , то получим N Ц /RO из которого видно, что N не зависит от параметров генератора линейноизменяющегося напряжения, сравнивающего устройства и генератора тока, и от значения сопротивления линий связи. Следовательно, погрешности, обусловленные вышеуказанными причинами, отсутствуют. введения БКП усилителя 17 достигается во-первых, пренебрежимо малый входной ток устройства, во-вто рых развязка БАЗУ и цепи датчика тем пературы. Таким образом, создана возможност запоминать значения напряжений за пр межуток времени намного меньший, чем период основной помехи. За это время можно считать, что ток, наводимый этой помехой, постоянен. Ток в цепи датчика температуры а о+ 1 9 68 а так как N не зависит от величины |д ТО погрешность, возникающая от наводок в линии связи, также отсутствует. Возрастание затрат связанных с усложнением предложенного устройства по сравнению с прототипом, компенсируется существенным повышением уровня метрологической надежности устройства, снижением погрешностей уровня измерения и расширением диапазона измерений в сторону измерения малых знэ чений температуры при воздействии сильных помех и наводок. Формула изобретения 1. Цифровой измеритель температуры, содержащий резистивный датчик температуры, подключенный к стабилизированному источнику тока, генератор линейно-изменяющегося напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с первым входом сравнивающего устройства, генератор опорной частоты, блок функционального генератора, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов, а выходы - с ее первым входом и цифровым отсчетным устройством, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок коммутации и памяти, вычислительное устройство и эталонное сопротивление, причем первый вход блока коммутации и памяти соединен с общим проводом, второй и третий входы - с первым выводом датчика температуры через сопротивление линии связи, при этом второй вход соединен с общим проводом через эталонное сопротивление, а четвертый вход блока коммутации и памяти соединен со вторым выводом датчика температуры через сопротивление линии связи, причем первый и второй управляющие входы блока коммутации и памяти соединены с вторым и третьим выходами блока управления, а выход блока коммутации и памяти - с вторым входом сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом блока управления и с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с генератором опорной частоты, а третий вход - с четвертым выходом блока управления, при этом

первый и второй выходы вычислительного устройства соединены с вторыми входами схемы сравнения кодов и блока функционального генератора соответственно.

выход первого ключа соединен с вычитающим входом первого счетчика импульсов, выход второго ключа соединен с суммирующим входом того же счетчика, выходы третьего и четвертого ключей соответственно соединены с вычитающим и суммирующим входами второго счетчика импульсов, а выход пятого - с входом счетчика импульсов

деления, причем первый и второй входы этого ключа соединены с выходами первого и второго счетчиков импульсов, выход второго счетчика соединен с вторым выходом вычислительного устройства, а параллельный вход первого счетчика соединен с-параллельным выходом буферного регистра, параллельный вход которого соединен с пораллельным выходом первого счетчика,

причем вход разрешения записи первого счетчика соединен с его же выходом, а вход разрешения записи буферного регистра соединен с первым входом второго ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3. Авторское свидетельство СССР по заявке N- 268253/18-10 кл. G 01 К 7/00, 09.11.78.(прототип).