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

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при создании цифровых щитовых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Известно устройство для измерения температуры, содержащее преобразователь напряжения в интервал времени, к одному входу которого подключен выход дискретного управляемого источника опорного напряжения, а к выходу входы цифрового делителя напряжения Недостатками известного устройства являются низкая стабильность ли неаризации, сложность изготовления и отсутствие коррекции аддитивной составляющей погрешности. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, подключенный к входу преобразо вателя напряжения во временной интер вал, выход которого соединен с коммутатором, к выходу которого подсоединено цифровое отсчетное устройств а к входу - выход управляемого делителя частоты, а к управляющим входам выходы дешифратора, соединенного с цифровым отсчетным устройством 2. Однако в этом устройстве большое влияние на результат измерений имеет аддитивная составляющая погрешности, которую уменьшают путем применения входных усилителей с каналом модуляции - демодуляции. Кроме того, оно обладает сравнительно большой зоной нечувствительности в области нуля. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры за счет исключения аддитивной составляющей погрешности. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, соединенный с одним из входов коммутатора, связанного своим выходом с одним из входов преобразователя напряжения в интерваш времени, управляющий вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, синхронизированного с частотой сети, и с входом селектора, выход которого через схему линеаризации подключен к входу цифрового отсчетного устройства, а управляющие входы коммутатора, селектора и схемы линеаризации соединены с соответствующими выходами блока управления, сигнальный вход которого соединен с выходом преобразователя напря кения в интервал времени, введены дополнительный селектор, реверсивный счетчик, блок индикации полярности и источник напряжения смещения, подключенный между точ,кой соединения второго выхода первичного измерительного преобразователя температуры с вторым входом преобразователя напряжения в интервал времени, при этом оба входа дополнительного селектора подключены соответственно к выходу генератора опорной частоты и дополнительному выходу блока управления, а два его выхода соединены соответственно с сулмирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, соединенного своим выходом с другим сигнальным входом блока управления, один из выходов, которого подключен к входу блока индикации полярности.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит первичный измерительный преобразователь 1, коммутатор 2, источник 3 напряжения смещения) преобразователь 4 напряжения в интервал времени, генератор 5 опорной частоты, блок б управления, селектор 7, дополнительный селектор 8, реверсивный счетчик 9, 10 линеаризации, ци(йровое отсчетное уст ойство 11, блок 12 индикации полярности.

Первичный измерительный преобразователь 1 подключен к входу коммутатора 2, один из входов которого через источник 3 напряжения смещения соединен с одним из входов преобразователя 4 напряжения в интервал времени. Выход коммутатора 2 подключен к второму входу преобразователя 4 напряжения в интервал времени, подключенного выходом к из входов блока б управления, выходы которого соединены с входами селекторов 7 и 8„ блока 12 индикации полярности, схемы 10 линеаризации и с управляющим входом коммутатора 2. Выход генератора 5 опорной частоты подключен к преобразоватeJ|ю 4 напряжения в интервал времени и к входам селекторов 7 и 8. Два выxoija дополнительного селектора 8 подсо|вдинены к суммирукхцему и вычитающему входам реверсивного счетчика 9/ выход которого подключен к одному из входов блока управления. Выход селектора 7 соединен со схемой линеаризации, которая подключена к входу цифрового отсчетного устройства 11.

Устройство работает следующим образ ом.

В исходном состоянии реверсивный счетчик сброшен в нуль. В первом такте измерения по команде с блока управления к входу преобразователя напряжения в интервал времени коммутатор подключает источник напряжения смещения. Производят измерение напряжения Ц.д, На протяжении времени, пропорционального , выход генератора опорной частоты подключается к суммирующему входу реверсивного исчетчика, в результате чего в последг нем записывается N импульсов

CD

к(и

О,

N - Т . f - ..

где Т - В15йменной интервал, пропорциональный ; f - частота следования импульсов генер атора опорной частоты;

К - коэффициент преобразования; U - аддитивная составляющая погрешности, приведенная к входу.

Во втором такте измерения по команде с блока управления к входу преобразователя напряжения в интервал времени подключается сумма напряжений

(2)

U(T) i Ui ,

Ц

см

где и(Т) - напряжение на. выходе первичного измерительного преобразователя температуры.

Напряжение U преобразуется во временной интервал. Одновременно с начгшом второго такта измерения на вычитающий вход реверсивного счетчика с генератора опорной частоты начинают поступать импульсы. Блок управления фиксирует моменты перехода реверсивного счетчика через ноль и окончания формирования временного интервала преобразователем напряжения в интервал времени .В промежутке межд этими событиями по команде с блока уп равления. выход генератора опорной чатоты подключается к входу схемы линеаризации. Если учесть, что реверсивный счетчик переходит в нулевое состояние после прохождения на его вычитаюгдий вход N. импульсов (частота генератора опорной частоты постоянна то промежуток времени между началом, преобразования и переходом реверсивного счетчика через ноль равен Ту (фиг. 2) .Тогда

Tj Т - Т,, ,(3)

где Т- - время прохождения импульсов на вход схемы линеаризации, или

Л,,- fo-NI-N К ЧСТ)-Шсйл А-исм-л fcOа)

И)

Из выражения (4) следует, что результат измерения напряжения лервичным измерительным преобразователем температуры лишен аддитивной составляющей погрешности.

После соответствующих преобразоадний в схеме линеаризации результат измерения отображается на цифровом отсчетном устройстве. По окончании Измерения прохождение импульсов на реверсивный счетчик прекращается. Если измеряют температуры выше нуля, то напряжение на выходе первич ного измерительного преобразователя температуры суммируется с напряжением смещения, тогда . Тд. 7 Т .(5) Реверсивный счетчик переходит через ноль раньше, чем оканчивается второ такт измерения, и по команде с блок управления блок индикации полярност показывает +. Если измеряют температуры ниже нуля, то напряжения U(. и U(T) вычитаются, или Т Т.(6) Это значит, что реверсивный счетчик перейдет через ноль после окончания второго такта измерения. В этом случае блок индикации полярности показы павГ Sa6T - . Для Обеспечения нормальной работы Ugrt выбираются из условия , , (-T.,) + Д ле«-/ , (7) Д« (-We) напряжение на выходе первичного преобразователя температуры при измерении максимальной отрицательной температуры; предельное значение сщдитивной составляющей погрешности, при веденное к входу. Такой выбор напряжения смещения позволяет при измерении положительных и отрицательных температур использовать один источник опорного напряжения.. Кроме этого, наличие напряжения смещения позволяет свести нечувствительность в области нуля до уровня дискретности. Преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным заключается в том, что в нем осущест вляется коррекция аддитивной составляющей погрешности тракта аналогоцифрового преобразователя. Это позволяет использовать в качестве последнего относительна простые в изготовлении и настройке дешевые преобразователи, не требующие периодической коррекции дрейфа нули в период эксплуатации, что, кроме повышения точности, исключает необходимост калибровки прибора. Указанное въяае преимущество позволяет в несколько раз повысить производительность работ и точность измерения, удешевить самоустройство, а также уменьшить эксплуатационные затрату. Кроме того, достаточно просто и с минимальными аппаратурными затратами осуществляется индикация полярности измеряемой температуры. Формула изобретения Цифровой измеритель температуры, содержащий первичный измерительный преобразователь температуры, соединенный с одним из входов коммутатора, связанного своим выходом с одниу из входов преобразователя напряжения в интервал времени, управляющий вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, синхронизованного с частотой сети, и с входом селектора, выход которого через схему линеаризации подключен к входу цифрового отсчетного устройства, а управляющие входы коммутатора, селектора и схемы линеаризации соединены с соответствующими выходами блока управления, сигнальный вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в интервал времени, отличающийся тем, что, с целью повьжиения. точности измерения за счет исключения аддитивной составляющей погрешности, в него введены дополнительный селектор, реверсивный счетчик, блок индикации полярности и источник напряжения смещения, подключенный между точкой соединения второго выхода первичного измерительного преобразователя температуры с вторым входом преобразователя напряжения в интервал времени, при этом оба входа дополнительного селектора подключены соответственно к выходу генератора опорной частоты и дополнительному выходу блока управления, а два его выхода соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, соединенного своим /выходом с другим сигнальным входом блока управления, один из выходов которого подключен к входу блока индикации полярности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции И 2125750, кл. G 01 К 7/02, 1972. 2. куликовский К. Л. , Шахкамян А. С., Шахкамяр С. С. Методы расчета схемы цифровой линеаризации функции преобразования измерительных устройств. Приборы исистемы управления, 1978, 8, с. 22-24 (прототип).