Цифровой измеритель температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к термометi рии и может найти применение в сиетемах измерения и регулирования температуры физикотермического оборудования . Известен цифровой измеритель температуры шит), содержащий датчик температуры, усилитель и аналогоцифровой преобразователь (АЦП) двойного интегрирования, на один вход ко торого через переключатель подается эталонное, напряжение, а второй вход через делитель и переключатель соединен с выходом нормирующего усилите ля. В этом ЦЙТ коррекция нелинейност передаточной характеристики датчика -осуществляется путем .поочередного подключения его к выходам нормирующего усилителя и делителя,соединенных со входом АЦП С1. При этом обеспечивается уменьшени I погрешности для датчиков с передаточной характеристикой а - кзОу где Е - выходное напряжение датчика; Н - температура; 1Ц« const ( ,2,3; . Недостатком ЦИТ является его низкая точность и узкая область примене ния, так как он может применяться только для датчиков с передаточной характеристикой {U. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является ЦИТ, содержащий блок эталонного напряжения, дат- чик температуры, нормирующий усилитель, АЦП двойного интегрирования, сигнальный вход которого через нормирующий усилитель соединен с датчиком температуры, вход эталонного нанапряжения соединен со входом блока эталонного напряжения, а дополнительные вкоды АЦП - с выходами функционального .генератора t2.. В этом ЦИТ коррекция нелинейности датчика осуществляется путем подачи во втором такте на вход интегратора АЦП линейно изменяющегося эталонного напряжения. Тем самым обеспечивается компенсация нелинейности датчиков с передаточной характеристикой . -м 2)При этом по измеренному напряжению датчика показание ЦИТ из выражения (2) находится как ® fr. Недостаток этого ЦИТ. состоит в невысокой точности измерения температуры. Например, в случае датчика термопары градуировки ПП-1 (ГОСТ 3044-77) при, точном преобразовании в точках (н), 1300С (Е 13107 мкВ) и Hj 7000с (Еа 6253 мкВ) (Ц). При напряжении на выходе датчика Е 9550 мкВ, соответствующему по ГОСТ 3044-77- температура Н lOOO ошибка измерения составляет 1003,7-1000 3,7Ъ-, 1 Кроме рассмотрен ой составляющей погрешности (5) с ростом температу окружающей среды у .ЦИТ появляется дополнительная составляющая погрешн ти, обусловленная температурным коэ фициентом конденсаторов и резисторо схемы измерения. Даже самые стабильные конденсато ры групп ПЗЗ с ТКЕ - 0,33-10 % в диапазоне температур 50С изменяются на 0,3310. 50 0,15%. Следовательно, такого же порядка будет погрешность измерения темпера туры с помощью этого ДИТ. При измеряемой температуре (g) величина дополнительной погрешности . будет 0,15-10-. 1000 1,5°С. Таким образом, рассматриваемый ЦИТ имеет недостаточную точность из измерения, требующуюся, например, при производстве интегральных схем 0,2-0.,5С. Кроме того, рассматриваемый ЦИТ работает только с датчиками, передаточная характеристика которых выражается полиномом второй степени, чем ограничивается область его применения. Цель изобретения - повышение точ ности измерений и расширение област использования измерителя. Поставленная цель достигается тем, что в ЦИТ, содержащий датчик температуры, соединенный с входом нормирующего усилителя и АЦП двойного интегрирования, введены цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) включенный между сигнальным входом АЦП и выходом нормирующего усилителя, преобразователь напряжение - ча тота ХПНЧ), счетчик и постоянное за поминающее устройство (ПЗУ), послед вательно включенные между выходом ПНЧ и управляющими входами ЦАЦ, а также блок управления, выход которо соединен с входами ПНЧ, счетчика и АЦП. На фиг. 1 показана функциональна схема измерителя; на фиг. 2, а-д диаграммы, поясняющие работу ЦИТ. Датчик 1 температуры т.одключен к входу нормирующего усилителя 2. Меж ду выходом нормирующего усилителя 2 и сигнальным входом АЦП 3 включен ЦАП 4, а между выходом нормирующего усилителя 2 и управляющими входами ЦАП 4 последовательно включены ПНЧ 5, счетчик 6, ПЗУ 7. Выходы блока 8 , управления подключены к входам АЦП 3, ПНЧ 5. и счетчика б. Щит работает следующим образом. В начальный момент времени на выходе блока 8 управления поддерживается высокий уровень выходного напряжения UQ (фиг. 2). При этом содержимое счетчика 6N О (фиг.26) подается на адресные входы ПЗУ 7, на выходе ПЗУ 7 будет число эд фиг.2 в), записанное в нулевой ячейке ПЗУ 7, а коэффициент передачи ЦАП 4 будет равен Эр (фиг.26,8/. При появлении низкого уровня на выходе блока 8 управ-ления (фиг.2г) импульсы с ПНЧ 5 начинают поступать на счетчик 6, запускается АЦП з и напряжение с датчика 1 через усилитель 2 и ЦАП 4 поступает на сигнальный вход АЦП 3. Напряжение интегратора АЦП 3 начинает увеличиваться (.2о1;. По мере заполнения счетчика 6 (фиг.;гБ) будет меняться код адреса ПЗУ 7, при этом будет изменяться выходной код ПЗУ 7 :(фиг.2в), а следовательно, и коэффициент передачи ЦАП 4. Последнее вызывает появление изломов на кривой выходного напряжения интегратора АЦП 3 (фиг. 26). Процесс заряда интегратора АЦП 3 от сигнала датчика 1 продолжа- ется в течение фиксированного отрезка времени Т (j-й такт на фиг. 2ct). Во такте ЦАП 4 отключается от АЦП 3 и происходит разряд интеграто- , ра АЦП 3 до нуля опорным напряжением УО (фиг.20). При этом длительность Т второго такта численно равна температуре (н) датчика 1фиг.2а). После окончания второго такта на выходе 1блока 8 управления появляется высокий уровень напряжения (фиг.2г) и дальнейшая работа ЦИТ происходит аналогично описанному, циклу. Для оценки погрешности измерения температуры ЦИТ выразим коэффициенты а через параметры градуировочной характеристики датчика 1. Пусть температура датчика равна (J) / а выходное напряжение Е(). Тогда частота ПНЧ 5 будет fs Ч-Ef где Kg-cons-t - крутизна преобразования. За время Т первого такта преобразования содержимое счетчика б будет ((н) )Т, напряжение на интеграторе АЦП 3 в конце первого такта 1фиг.2а) будет гГ /-N ,«3 Ь (5) -- V- TO ,(т,-т.)аДт-т,.,)|, где O, отрезок времени, в течение которого отрезок времени, в течениекоторого и т.д. К - наибольшая целая часть числа N. Так как Т,- z -Дт- , то последнее выражение можно переписать в виде и,.Е((н)).4-1к).(а, Длительность второго такта преобразования находится из уравнения ®1ё°.1-лт-«4 о-.р при этом должно быть т .-Qj) , где Kjj. const. Подставив это . соотношен s уравнение (9) получим выражение для температуры . f-fc л. jf ил . Е( ... V. . Учитывая (7)/ последнее выражение перепишем в виде к-1 Jf--a ,д ТДЕ /де дЕг--zconsl. 1 . 5 Из выражения (0) видно, что передаточная характеристика предлагае ,мого ЦИТ является куйочно-линейной. При этом количество линейных участк определяется количеством а в ПЗУ и -имеется возможность обеспечить то ное совпадение измерений температур с расчетной в N точках, смена коэффициентов а будет происходить при Е( (Н).)-1ДЕ.. О (1-1 ,2,3,. ..N) ( В этом случае из выражения (10) коэ (}даг1иенты а,- находятся из системы. g i cavsv i-®ft Ks O Решение системы (12) ii-0,l,2y..,N i (13Г Совместное выполнение условий (11), и (12) обеспечивает совпадение пере- , даточной характеристики градуировоч - ной кривой в точках ®(5), E-i/se (, t ,2,. . .,N). (U) .В качестве примера рассчитана погрешность данного ЦИТ при измерении температуры ( 700-1 ЗООС термопарным датчиком градуировки ПП-1 (ГОСТ 3044-771 т.е. при тех же исходных данных, что и у прототипа, величина которой находилась в пределах 0,, Такимобразом, по сравнению с прототипом данный ЦИТ позволяет повысить точность измерения температуры в диапазоне 700 1300°С в iepoia. Кроме того, данный ЦИТ позволяет измерять температуру .любым датчиком с монотонной передаточной характеристикой и не ограничивается характеристиками (и.и (2), как в известных ЦИТ. Это позволяет расширить область использования измерителя по изобре-. тению. Формула изобретения Цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, соединенный с входом нормирующего усилителя, и аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования, о т л и ч аю щ и и с я тем, что., с целью повышения точности измерения и расширения области использования измерителя, . в него введены преобразователь напряжение - частота, счетчик, постоянное запоминающее устройство., блок управления и цифро-аналоговый преобразователь, включенный между выходом .нормируюйХего усилителя и сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования, блок управления, выход которого соединен с с преобразователем напряжение - частота, счетчиком и аналого-цифровым преобразователем двойного интегрирования, а; выход нормирующего усилителя через последовательно включенные преобразователь напряжение частота, счетчик и постоянное запомиг нающее устройство соединен с управляЮ цим входом цифро-аналогового прео6- разователй. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Авторское свидетельство СССР 627349, кл. G 01 К 7/02, 1979. 2. Семенов В.Г. Цифрозвой термометр с линейной шкалой. - Труды МЭИ, 197S, 234, с. 130-137 (прототип) .

Л ,

01

Of

/ 0$