Цифровой измеритель температуры Советский патент 1982 года по МПК G01K7/21 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ -ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к электро|измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для измерения температуры с нелиней-, ной выходной характеристикой первичного преобразователя, например платинового термометра сопротивления.

Известно устройство, содержащее датчик температуры, подключенный к аналого-цифровому преобразователю, генератор импульсов, счетчик импульсов, цифровой индикатор, подюпоченный к счетчику импульсов, формирователь временных интервалов, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а второй - к генератору импульсов, второй счетчик импульсов, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя временных интервгшЬв, а счетный вход соединен с генератором импульсов и схемой сравнения, ; входы которой подключены к выходам счетчиков импульсов, а выход - к установочному входу второго счетчика и счетному входу первого счетчика 1. I Точность линеаризации этого измерителя температуры недостаточна, так как она определяется величиной дискретности преобразования, то естй

частотой генератора импульсов и емкостью счетчиков, а практическая величина, дискретности преобразования ограничена быстродействием дискретных интегральных схем.

Наиболее близким по технической сущности и достига емому результату к предлагаемому является цифровой термометр, содержащий мост с термозависимым сопротивлением в одноу из его плеч, усилитель разбаланса моста, время-импульсный преобразователь, генератор счетных и тактовых импуль- сов., двоично-десятичный счетчик импульсов, цифровой делитель напряжения, включенный в плечи моста, двоично-десятичный счетчик индикации, триггер знака, блок управления, состоящий из триггера, двух элементов совпёщения и элемента ИЛИ, двоичнодесятичный регистр. В устройстве компенсируется погрешность, обусловленная применением неуравновешенного моста, за счет создания уравновеши;вгиощего моста сигнгша oOpaTHOlt связи 2.

Однако известное устройство при применении первичных преобразователей с нелинейной характеристикой, HanpJfмер платинового термометра сопротивления, измеряет температуру с большо norpeiuHOCTbro, так как оно не линеаризует нелинейность выходной характеристики первичного преобразователя Цель изобретения - повышение точности измерения температуры. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий мост с термозависимым сопротивлением в одном из его плеч, - усилитель разбаланса моета, вход которого соединен с изме- . рительной диагональю моста, время-им пульсный преобразователь, двоичнодесятичный счетчик импульсов, цифровой делитель напряжения, включенный в плечи моста, генератор импульсов, один вход которого соединен с первым входом время-импульсного преобразова теля, второй его выход соединен с вторым входом двоично-десятичного счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом время-импульсного преобразователя, двоичнодесятичный счетчик индикации, тригге знака, блок управления, состоящий из триггера, двух элементов совпадения и элемента ИЛИ, двоично-десятичный регистр, выходы разрядов которого со единены с ключами цифрового делителя напряжения, а входы разрядов регистра соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, причем первые входы элементов совпадения; соединены с выходами триггера блока управления вторые их входы соединены с выходом генератора импульсов, третьи входы. соединены с выходом время-импульсного преобразователя, а выходы элементов совпадения соединены с входом элемента ИЛИ и с входами триггера знака, выход элемента ИЛИ соединен с входом двоичнс 7 десятичного счетчика индикации, введены источник опорного напряжения, два интегратора, инверто сумматор, элемент сравнения, усилитель-формирователь, два асинхронноуправляемых ключа, вход одного из ни соединен с выходом первого интеграто ра, вход второго ключа - с выходом инвертора, а управляющие, входы ключе соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления, два синхронно-управляемых ключа, первые входы которых соединены с выходами интеграторов, вторые входы - с нуле . вой ыиной, причем выход источника опорного напряжения соединен с входом первого интегратора и с первым входом сумматора, второй вход которо го соединен с выходом второго интег ратора, третий вход сумматора соеди нен с выходами асинхронно- управляемы ключей, а его выход соединен с одни из входов элемента сравнения, друго вход которого соединен с выходом усилителя разбаланса,.а выход элеме та сравнения соединен с управляющим входами асинхронно-управляеь«ых ключей и с входом усилителя-формирователя, выход которого соединен с одним из входов время-импульсного преобразователя интегратора, причем вход первого интегратора соединен с выходом источника опорного напряжения, а вход второго интегратора соединен с выходом первого интегратора, инвертор, вход которого соединен с выходом первого интегратора, два асинхронно-управляемых ключа, причем вход первого ключа соединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа соединен с выходом инвертора, а управляющие входы ключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления, сумматор, первый вход которого соединен с выходом источника опорного Напряжения, второй - с выходом второго интегратора, а третий вход соединен с объединенными выходами асинхронных ключей, два синхронно-управляемых : ключа, первые входы которых соединены с выходами интеграторов, вторые - с нулевой шиной, элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом усилителя разбаланса, второй вход соединен с выходом сумматора, а выход соединен с управляющими входами син хронных ключей и усилитель-формирователь, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выход соединен со вторым входом время-импульсного преобр аз ов ателя. На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя температуры. Устройство содержит измерительный мост 1 с термозависикели сопротивлением в одном из плеч, усилитель разбаланса 2, источник опорного напряжения 3, интеграторы 4 и 5, синхронно-управляемые ключи б и 7, инвертор 8, асинхронно-управляемле ключи 9 и 10, сумматор 11, элемент сравнения 12, усилитель-формирователь 13, время-импульсный преобразователь 14, генератор счетных и тактовых импульсов 15, двоично-десятичный счетчик импульсов 16, двоично-десятичный регистр 17, цифровой делитель напряжения 18, двоично-десятичный счетчик индикации 19 с регистром и дешифрато ром, триггер знака 20, блок управления, состоящий из триггера 21, элементов совпадения 22 и 23 и элемента ИЛИ 24. Устройство работает следукщим образом. Температура, подлежащая измерению, воздействует на термометрическое сопротивление моста 1, величина .сопротивления которого в. зависимости от температуры изменяется по закону , R.-Ro l+At-B/), где R0 - значение сопротивления температура при А и В - постоянные коэффициентыГ t - температура,с. Измерение температуры происходит следующим образом. Пропорционально R изменяется на пряжение и, на выходе усилителя раз баланса 2. Напряжение 110, равное вы |Ходному напряжению усилителя разбаланса 2 при 0°С, поступает с выхода источника опорного напряжения 3 на вход интегратора4, выходное напряжение которого поступает на вход вт рого интегратора 5. В начале цикла измерения синхронно-управляемые клю чи б и 7, коммутирующие выходные на пряжения интеграторов 4 и 5 на нуле вую шину, закрываются. Ключ 9 асинхронно-управляемой пары ключей 9 и 10 закрыт, а ключ 10, на вход котор го поступает напряжение интегратора через инвертор 8, открыт. Выходное напряжение интегратора изменяется по закону: и (t)-где а - постоянный коэффициент, пропорциональный А, t- время интегрирования. При этом напряжение на выходе вто рого интегратора изменяется по закону:u(r)Uob-c, b - постоянный коэффициент, пропорциональный В, Выходные напряжения интеграторов 4 и 5 и напряжение с выхода источник опорного напряжения 3 поступает на вход сумматора 11, причем выходное напряжение интегратора 4 поступает на вход сумматора 11, инвертированное через открытый ключ 10 и инвертор 8. Суммируя выходные напряжения интеграторов 4 и 5 и напряжение на выходе сумматора 11, получаем напрямсенне, изменяющееся по закону: Uj (Г) -Чо -Ц, агГ-Цд ( 1 -аГ-Ы) . Если измеряемая температура псхложительна, то при достижении о(г) на пряжения Цд клю 9 открывается, а ключ 10 закрывается, и на вход сумма тора 11 поступает неинвертированное выходное напряжение интегратора 4. В этом случае на выходе сумматора 11 получаем напряжение, изменяющееся по закону: и (t;) « UQ UQ atJ- Up b-fc Uo (U atr- bT) Выходное напряжение сумматора 11 поступает на первый вход элемента сравнения 12, на второй вход которог поступает напряхсение и с выхода уси яителя разбаланса 2, которое зависит от измеряемой температуры по закону: Ug(l At-Bt где t - значение измеряемой температу) Аи В - постоянные коэффициенты. При достижении напряжения Oj(t) уровня Uj , то есть когда UoU- -At-Bt)Uo() , элемент сравнения 12 вырабатывает сигнал, который открывает ключи б и ; 7, закорачивая выходные напряжения интеграторов 4 и 5 с нулевой шиной, после чего уровень напряжения выходного сигнала элемента сравнения 12 изменяется, ключи б и 7 закрываются и начинается новый цикл интегрнрования. Таким образом, на выходе элементов сравнения 12 получается импульс напряжения, продолжительность которого пропорциональна измеряемой температуре . Импульсы с выхода элемента сравнения формируются усилителем-формирователем 13 и с помощью время-импульсного преобразователя 14 и генератора 15 преобразуются в последовательность импульсов, подсчитываекых счетчиком 16. Уравновешивание моста и изменение компенсации входного сигнала производится на основе принципа развертывания. В конце такта, задаваемого тактовыки импульсами генератора 15, ин-формация из счетчика 16 переписывается в регистр 17, после чего :четчик 16 сбрасывается. Информация в разрядах регистра 17 не сбрасывается в случае подтверждения, пришедшего в следующем такте из счетчика 16. Цифровой код, хранящийся в разрядс1Х регистра 17, управляет ключами делителя 18, создавая ур1авновешивающий сигнал обратной связи в мосте 1. Когда мост 1 уравновешен, информация, хранящаяся в регистре. 17, соответствует величине измеряемой температуры. , разделения диапазона температур на положительные и отрицательные, сигнёш С время-импульсного преобразователя 14 подается на элемент 22 и в противофазе на элемент 23. На вторые входы элементов 22 и 23 н управляющие входы асинхронных ключей 9 и 10 подается прямой и инверсный импульс признака знака температуры, который формируется на триггере 21 с помощью тактовых импульсов от генератора 15. Длительность импульса признака знака определяется диапазоном отрицательных температур. Передние фронты импульсов время-импульсного преобразователя 14 и признака знака совпгикают. На элементы 22 и23 подаются также счетные импульси с генератора 15. В случае отрицательных температур на выходе элемента 22 появляется серия импульсов, длительность которой соответствует значению отрицательной температуры, В слу чае положительных температур серия импульсов появляется на выходе элемента 23 с длительностью, пропорциональной значению положительной температуры. Эти серии импульсов через элемент 24 поступают на двоично-деся тичныП счетчик индикации 19 и подсчи тываются. Информация о знаке темпера туры поступает с триггера знака 20, на первый вход которого подаются серии импульсов с элемента 22, а второй - с элемента 23. Применение предлагаемого устройства Позволяет повысить точность измерения температуры при использовании первичных преобразователей с нелинейной выходной характеристикой, например платинового термометра сопротивления, что значительно расши-ряет возможности использования устройства в широком диапазоне измеряемых температур. Формула изобретения Цифровой измеритель температуры, Содержащий измерительный мост с термозависимым сопротивлением в одном и его плеч, усилитель разбаланса моста вход которого соединен с измерительной диагональю моста, время-импульсный преобразователь, двоично-десятич уяыЛ счетчик импульсов, цифровой дели тель напряжения, включенный в плечи моста, генератор импульсов, один выход KOTopoix соединен с первым входом время-импульсного преобразователя, второй его выход соединен с вторым входом двоично-десятичного счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом время-импульсного преобразователя, двоично-десятичный счетчик индикации, триггер знака, блок управления, состоящий из триггера, двух элементов совпадения и элемента ИЛИ, двоично-десятичный регистр, выходы разрядов которого соединены с ключами .цифрового делителя напряжения, а входы.разрядов регистра соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, причем первые входы элементов совпадения соединены с выходами триггера блока управления, вторые их входы соединены с выходом генератора импульсов, третьи входы соединены с в.ыходом время-импульсного преобразователя, а выходы элементов совпадения соединены с входом элемента ИЛИ и с входами триггера знака, выход элемента ИЛИ соединен с входом двоично-десятичного счетчика индикации, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, в него введены источник опорного напряжения, два интегратора, инверт.ор, сумматор, элемент сравнения, усилитель-формирователь, два асинхронноуправляемых ключа, вход одногр из них соединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа - с выхо-дом инвертора, а управляющие входы ключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления, два синхронно-управляемых ключа, первые входы которых соединены с выходами интеграторов, вторые входы - с нулевой шиной, причем выход источника опорного напряжения соединен с входом первого интегратора и с первым входом сумматора, второй.вход которого соединен с выходом второго интегратора, третий вход сумматора соединен с выходами асинхронно-управляемых ключей, а его выход соединен с одним из входов элемента сравнения, другой вход которого соединён с выходом усилителя разбалёшса, а выход элемента сравнения соединен с управляющими входами синхронно-управляемых ключей и с входом усилителя-формирователя, выход которого соединен с одним из входов время-импульсного преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свид1втельство СССР 559131, кл. G 01 К 7/16, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР 662871, кл. G 01 К 7/20, 1972 (прототип) .- ,