Цифровой термометр

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК И 9) 111) 51)5 С 01 К 7/О КОМИОТКРЬТ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРЕТЕН 1 10(56) Авторское свидетельство СССРВ 1408248, кл. С 01 К 7/02, 1986.Патент США Р 4588308,кл. С 01 К 7/02, опублик. 1986.(57) Изобретение относится к цифровой термометрии. Целью изобретенияявляется повышение точности путемуменьшения погрешности измерения,вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя, Сигналс термоэлектрического преобразователя 2 поступает через блок компенсации 3, дифференциальньй усилитель 4и первый масштабный преобразователь5 на инвертирующий информационныйвход интегрирующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения1. На опорный вход АЦП 9 поступаетопорный сигнал, зависящий от измеряемой температуры, формируемый с помощью масштабных преобразователей6, 7 и дифференциального усилителя 8.Изобретение относится к цифрсвойермометрии и может найти применениепри измерении температуры с помощьюцифровых портативных термометров с5автономным питанием в комплекте стермоэлектрическими преобразователямиеЦелью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения погрешности измерения, вызваннойнелинейностью характеристики термопреобразователя.На чертеже показана блок-схемацифрового термометра. 15Цифровой термометр содержит источник 1 опорного напряжения, термоэлектрический преобразователь 2, блок 3компенсации, первый дифференциальныйусилитель 4, первый 5, второй б итретий 7 масштабные преобразователи,второй дифференциальный усилитель 8,интегрирующий аналого-циФровой преобразователь (АЦП) 9 и цифровое от- .счетное устройство 1 О, 25Масштабные преобразователи 5, 7и 6 могут быть выполнены в виде обычных резистивных делителей напряжения,подключенных к выходам соответственно усилителя 4 и источника 1 напряжения. Блок 3 компенсациипредназначендля компенсации влияния измененийтемпературы свободных концов термоэлектрического преобразователя 2 ипредставляет собой четырехплечий резистивный мост, питаемый от источника постоянного тока, два противопо,ложных плеча которого образуются термо-.резистивными резисторами, а два других - температурозависимыми. 40Цифровой термометр работает следующим образом,Выходная термо-ЭДС Е К = Р(9 х,8)термоэлектрического преобразователя 2,соответствующая измеряемой температу- цре 6 х и температуре 9 свободных концов термоэлектрического преобразователя 2, алгебраически,суммируется свыходным напряжением Ук = Р(08,О С) блока 3 компенсации, котороеравно поправке на температуру Ос. свободных концов термоэлектрическогопреобразователя 2, вычисленную из. градуировочной характеристики последнего, Действительно, значение Ех мож 55но представить как огде Е(6 к, О С) - градуировочная характеристика термоэлектрического преобразователя 2, соответствующая измеряемой температуре 6и температуре свободооных концов О Ср6 Е(О, О С) - поправка к термоЭДС термоэлектричес"кого преобразователя2 при отклонении температуры 9 его сво"ободных концов ст О С,причем в (1) знак "+" при ООС;а знак "-" - при 8 О С,Блок 3 компенсации обеспечиваетравенство П= Г( 6 8, О С). значению6 Г(эе, О ), и тем самым достигается независимость входного напряженияБц первого дифференциального усилителя 4 от изменений температуры 0 зсвободных концов термоэлектрическогопреобразователя 2,Следовательно, входное напряжениеОзх первого дифференциального усилителя 4 выражается как"Вх - Ех -+ Пск(2)Выходное напряжение первого дифференциального усилителя 4 равноП цвак = КУ , = К(Е+ У, ), (3)где К - коэффициент усиления первого дифференциального усилителя 4. Напряжение П, подается непосредственно на неинвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 9, через первый масштабный преобразова тель 5 - на инвертирующий опорный вход АЦП 9, а через третий масштабный преобразователь 7 - на инвертирующий вход второго дифференциального усилителя 8, Опорное напряжение П 0 с выхода источника 1 опорного напряжения подается непосредственно на неинвертирующий опорный вход интег" рирующего АЦП 9 и через второй масштабныи преобразователь б на неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя 8, выходное напря" жение последнего подается на инвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 9.Таким образом, входное опОрное напряжение П 0, подаваемое на опорный вход интегрирующего АЦП 9, равноПои= По К,РВ(Ек + ОСк)6 Р 6 ПО- К х+Пс е К,5 Выбобра зов 5 15801 где (3 В- коэффициент преобразованияпервого масштабного преобразователя 5.При этом на инФормационный вход интегрирующего АЦП 9 подается напря 5 жение П, которое равно"х = Пвьв "Вх (5) где П - выходное напряжение второгоодиФФеренциального усилителя 8.Учитывая, что на инвертирующий вход второго дифференциального усилителя 8 подается выходное напряже" ние третьего масштабного преобразователя У, а на неинвертирующий вход - выходное напряжение второго масштабного преобразователя 6, выходное напряжение второго дифференциального усилителя 8 выразится как 20ь К(Р Д Пвьр)(6) где Кз - коэффициент усиления второго дифференциального усилителя 8;Ъ - коэффициент преобразования 25третьего масштабного преобразователя 7;б - коэффициент преобразованиявторого масштабного преобразователя 6. 30Подставляя (3) в (6), получают выражение для 13 в видеЦ = К Д 3,Ц. - К Р,(Е П,)3 (7)Учитывая (7) и (3), получают выражение для входного напряжения"ф 35 подаваемого на информационный вход интегрирующего АЦП 9, в виде .Цу = Ч-+. екКДьо 1"ф + Пск), (8)Исходя из Функции преобразования .4 О интегрирующего АЦП 9 его выходной ,код определяется из соотношения К к К К ь(Ех + иск)Ъ; коэффициент преобразования интегрирующего АЦП 9;0- входные напряжения, подаваемые соответственно на информационный и опор ный входы интегрирующего АЦП 9.ом значений коэффициента прения ( первого масштабного 82 бпреобразователя 5 и коэффициента усиления К первого дифференциальногоусилителя 4 обеспечивается линейностьпреобразования измеряемой температуры в код, а выбором соответствующихсоотношений значений коэФФициентаусиления К второго дифференциальногоусилителя 8 н коэффициентов преобразования Гзб и 7 второго 6 и третьего7 масштабных преобразователей обеспечивается постоянство напряжения смещения при изменении значений термоЭДС Е термоэлектрического преобразователя 2 во всем диапазоне измеряемых температур 3 , и тем самым устраняется влияние аддитивной составляющей погрешности преобразования нарезультат измерения. Ф о р м у л а изобретения ЦиФровой термометр, содержащий термоэлектрический преобразователь, первый вывод которого соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, а второи вход подключен к выходу блока компенсации, вход которого соединен с вторым выводом термоэлектрического преобразователя, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом цифрового отсчетного устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены источник опорного напряжения, три масштабных преобразователя и второй днфферепциаль" ный усилитель, выход которого подключен к инвертирующему информационному входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, непнвертирующий опорный вход которого соединен с вы" ходом первого дифференциального усилителя и через первый масштабный преобразователь подключен к инвертирующему информационному входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, неинвертирующий информационный вход- которого подключен к выходу источника опорного напряжения и через второй масштабный преобразователь соединен с неинвертирующим входом второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен через третий масштабный преобразователь с выходом первого дифференциального усилителя.