Цифровой измеритель температуры

30 45 Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в автоматизированных системах измерения и контроля.Целью изобретения является повышение точности измерения, путем снижения погрешности измерения обусловленной влиянием нестабильности параметров элементов устройства. 10На фиг.1 изображена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг,2 - временные диаграммы работы цифрового измерителя температуры. 15Цифровой измеритель температуры содержит мостовую схему 1, подключенную измерительной диагональю к входу усилителя 2 разбаланса мостовой схемы, амплитудный фазовый детектор 3, ана логовое запоминающее устройство 4, генератор 5 управляемой частоты, генератор 6 опорной частоты, делитель 7 частоты, формирователь 8 биполярных импульсов, аттенюатор 9 импульс ного сигнала, источник 10 питания, формирователь 11 управляющих импульсов, вычитатель 12 импульсных последовательностей и измеритель 13 частоты.В одно из плеч мостовой схемы 1 включен терморезистор (термистор) 14 с сопротивлением К , а в другие плечи - резисторы 15-17 с сопротивлением К равным сопротивлению К в рабочей точке.Измеритель температуры работает следующим образом.Напряжение раэбаланса 0 мостовой схемы 1 при К т Ф Кц усиливается усилителем 2, выполненным в виде дифференциального импульсного усилителя, и поступает на первый вход амплитудного фазового детектора 3, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с выхода формирователя 11 управляющих импульсов (фиг.2). Амплитудный фазовый детектор 3 формирует на выходе однополярный импульсный сигнал с амплитудой, равной амплитуде импульсов сигнала разбаланса и полярностью, .определяемой сдвигом фазы между импульсами сигна, - ла разбаланса мостовой схемы 1 и импульсами на выходе Формирователя управляющих импульсов. Амплитуда импульсного напряжения на выходе амплитудного фазового детектора 3 запоминается в аналоговом запоминающем устройстве 4 и далее с его выхода(Б 8 эу) поступает на первый входгенератора 5 управляемой частоты,на второй вход которого подаетсянапряжение начального смещения 0(фиг.2), Временные диаграммы работыцифрового измерителя температуры,представленные на Фиг.2, приведеныдля двух случаев: когда К тКт.е.,термистар 14 недогрет, и когдаК с К , т.е. термистор перегрет.На диаграмме фиг.2 а показано напряжение У, Б, на выходе формирователя биполярных импульсов при К, ( Ко,на фиг.2 б - напряжение на выходеформирователя биполярных импульсовпри К с К, на Фиг.2 в - управляющеенапряжение Уфэ на входе амплитудного фазового детектора, нафиг.2 г - напряжение Б ц, дфоп на выходе амплитудного Фазового детекторапри КК,(сплошная линия) и напряжение Б вых взна выходе аналогового,запоминающего устройства при КК(пунктирная линия), на Фиг.2 д - напряжение Б на выходе амплитудного фазового детектора (сплошнаялиния) и напряжение Бвидм на выходе аналогового запоминающего устройства (пунктирная линия) приКтКОЧастота импульсов Г Р на выходегенератора управляемой частоты зависит от разности напряжений ЦАпс выхода аналогового запоминающегоустройства 4 и напряжения У, начального смещения,Импульсное напряжение с выходагенератора 5 управляемой частоты через делитель 7 частоты, формирователь8 биполярных импульсов и аттенюатор9 импульсного сигнала поступает надиагональ питания мостовой схемы 1.При включении напряжения питаниямостовой схемы 1 начальное сопротивление термистора 14 много больше Кои мостовая схема оказывается сильноразбалансированной, частота импульсов, генерируемых генератором 4, вначальный момент времени определяется параметрами генератора, напряжением Бд и величиной напряженияначального смещения Б,. Импульсноенапряжение, усиленное усилителем 2разбаланса мостовой схемы и преобразованное последовательно соединен,ными амплитудным фаэовым детектором3 и аналоговым запоминающим устройстз 14 б 405 вом в напряжение Упостоянноготока, изменяет частоту импульсов Е на выходе генератора 5 управляемой частоты. При любом нарушении балансировки мостовои схемы на ее выходеч5 будет появляться импульсное напряжение той или иной полярности относительно импульсов формирователя 8 биполярных импульсов в зависимости от направления разбалансировки мостовой схемы. Амплитудный фазовый детектор 3 и аналоговое запоминающее устройство 4 обеспечивают выделение из сигнала на выходе усилителя 2 разбаланаа мостовой схемы импульсов требуемой полярности и преобразование в пропорциональное управляющее напряжение Бр генератора 5. Изменяющееся при этом напряжение Бменяет частоту Гр, а следовательно, и мощность разогрева термистора импульсным сигналом до первоначальной балансировки мостовой схемы.При этом мощность разогрева тер-мистора биполярным импульсным сигналом (мощность обратной связи Р самобалансирующей мостовой схемы) определяется соотношением2 Б 1 7 ГР"осФК,. и где Н - постоянная рассеяния термистора, ВтС;ЛО - изменение температуры окружающей среды, С.Из этого выражения видно, что посравнению с прототипом, при воздействии на термистор одной и той же величины Л с изменение частоты ЛГ, навыходе генератора 5 в и раз больше,что ведет к повышению точности изей"рения,1 Использование делителя 6 частотыпозволяет также практически полностью исключить погрешности иэ-за искажения прямоугольной формы импульсного сигнала и нестабильности егодлительности, обусловленные фронтамиимпульсов.Делитель 7 частоты позволяет получить частоту импульсного сигнала,поступающего на термистор, достаточно небольшой, при которой длительность с питающих импульсов много 40больше длительности их фронтов ивлияние последних на стабильностьплощади импульсов и их форму практически отсутствует. Формирователь11 управляющих импульсов формирует 45однополярные импульсы длительностьюменее , расположенные на временнойоси внутри первой половины двуполяр.ного импульса (фиг.2), исключая темсамым влияние фронтов биполярныхимпульсов на работу амплитудногофазового детектора 3. где К, - сопротивление термистора врабочей точке, определяемойрезисторами 15-17 мостовойсхемы;Б - амплитуда биполярного импульсного сигнала, поступающего на термистор;Е - частота импульсов на выходеРгенератора 5 управляемойчастоты;- длительность импульсов, поступающих на термистор;и - коэффициент деления делителя 7 частоты.Из этого выражения можно определить чувствительность Б р самобалансирующей мостовой схемы по мощности разогрева 04первоначально происходит разбаланс мостовой схемы. Однако затем возникающий сигнал разбаланса приводит к изменению частоты генератора 5 управляемой .частоты, а следовательно, и мощности его разогрева на величину ЛР, благодаря, чему мост возвращается в сбалансированное состояние. При этом изменение частоты на выходе генератора 5 определяется соотноше- нием лй =Я дР=Б Н вВ=Н 46 ----и В,т РРР 2 цГ Р иКтЯРос 2 йПри воздействии на термистор изменяющейся температуры окружающей среды, эквивалентной дополнительной мощности его разогрева, равной ЛР,Для исключения шунтирования.мостовой схемы выходным сопротивлением источника 10 питания, а следовательно, исключения уменьшения амплитуды импульсного сигнала, его следует выполнять в виде источника тока.464050 фщ % Составитель В,КуликовТехред М.ДидыкКорректор М.Пожо Редактор Н.Лазарен Заказ 816/4 бВНИИПИ Государственного113035,Тираж 573митета по изобретениям и сква, Ж"35, Раушская наб. Подписноекрытиям при ГКНТ СССРд. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород,гарина 5 1 Формула изобретенияЦифровой измеритель температуры, содержащий мостовую схему с терморезистором в одном иэ плеч, подключенную измерительной диагональю к входу усилителя разбаланса мостовой схемы, источник питания, соединенный с диагональю питания мостовой схемы, генератор управляемой частоты, выход которого подключен к первому входу вычитателя .импульсных последовательностей, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход - с входом измерителя частоты, формирователь биполярных импульсов, выход которого через аттенюатор импульсного сигнала связан с диагональю питания мостовой схемы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точнос-тн измерения, в него введены амплитудный фазовый детектор, аналоговое 5запоминающее устройство формироваьтель управляющих импульсов и делитель частоты, вход которого соединенс выходом генератора управляемойчастоты, а выход подключен к входу.формирователя биполярных импульсов,причем вход амплитудного фазовогодетектора соединен с выходом усилителя разбаланса мостовой схемы, управляющий вход амплитудного фазового 15 детектора соединен через формирователь управляющих импульсов с выходомформирователя биполярных импульсов,а выход подключен к входу аналоговогозапоминающего устройства, выход ко торого соединеи с генератором управляемой частоты.1