Цифровой термометр

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУВЛИК С 01 К 71 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЭОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР КОМИТЕТОТНЕЫТИЯМ САНИЕ ИЗОБРЕТЕН В 4/ 88 90 ри 10 Бюл,. В 16бок, В,И, Зори С.А. Савенко 8,8)(54) ЦИФРОВО (57) Изобретметрии и поз ность цифров ной сигнал т ТЕРМОМЕТРние относится к теоляет повысить надго термометра. Выхрмоэлектрического3 усиливается диффителем 4 и поступа рент образователяциальным усил АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) ПолишукЗорий В.И. Циких температуника, 1983, УАвторскоеУ 847069, кл. 801560990 А 1 на опорныи вход блока 9 компараторов и входы первого и второго масштабных преобразователей 5 и 11. Напряжение источника 1 опорного напряжения через третий масштабный преобразователь поступает на входы блока 9 компараторов. При превышении сигналом с выхода дифференциального усилителя некоторого порогового уров ня срабатывает часть компараторов, в результате чего на выходах дешифратора 10 появляется двоичный код, управляющий работой первого и второго многополюсных переключателей, через которые измеряемый аналоговый сигнал подключается к входу аналого-циф . рового преобразователя 13. В результат преобразования вносится поправка извлекаемая из ПЗУ 14, конечный результат измерения высвечивается на цифровом отсчетном устройстве 16,Изобретение относится к термометрии и может быть применено при измерении температуры с помощью цифровыхтермометров.5Цель изобретения - повышение надежности,На чертеже представлена функциональная схема цифрового термометра,Цифровой термометр содержит ис, точник 1 опорного напряжения, сумма тор 2, термоэлектрический преобразователь 3, дифференциальный усили тель 4, первый масштабный преобразователь 5, первый многополюсный пере ключатель 6, двухполюсный ключ 7,третий масштабный преобразователь 81блок 9 компараторов; дешифратор 10;второй масштабный преобразователь 11,второй многополюсный переключатель 2012, интегрирующий аналого-цифровойпреобразователь (АЦП) 13, постоянное запоминающее устройство 14, вычитающее устройство 15 и цифровое от, счетное устройство 16, 25Выходные зажимы термоэлектричес кого преобразователя 3 соединены свходами дифференциального усилителя 4, выход которого связан с входами первого 5 и второго 11 масштабных преобразователей и входами компараторов 9, другие входы которых подключены к выходам третьего масштабного преобразователя 8, вход последнегосоединен с выходом источника опорного напряжения 1 и одним из входовсумматора 2, второй вход .которогосвязан с одним из выходов двухполюсного ключа 7. Другой выход двухполюсного ключа 7 подключен к инвертирующему опорному входу интегрирующегоаналого-цифрового преобразователя13, неинвертирующий опорный вход ко -торого соединен с выходом сумматорач2, неинвертирующий информационныйвход интегрирующего АЦП 13 связан свыходом второго многополюсного переключателя 12, а инвертирующий информационный вход подключен к общей шине,Входы первого 6 и второго 12 многополюсных переключателей соответственно связаны с выходами первого 5 ивторого 11 масштабных преобразователей, выход первого многополюсногопереключателя 6 подключен к одномуиз входов двухполюсного ключа 7, второй вход которого связан с общей шиной, Выходы компараторов 9 соединеныс входами дешифратора 10, выход которого подключен к управляющим входампервого 6 и второго 12 многополюсныхпереключателей, ключа 7 и постоянного запоминающего устройства 14, Выходы последнего соединены с одними информационными входами нычитающегоустройства 15, другие входы которогосвязаны с выходом интегрирующего АЦП13, а выходы вычитающего устройства15 связаны с цифровым отсчетным устройством 16.Цифровой термометр работает следующим образом,Градуировочная характеристикатермоэлектрического преобразователя3 разбивается на участки, для которых выбором значений коэффициентовпреобразования дифференциального усилителя 4, первого 5 и второго 11масштабных преобразователей можнообеспечить заданную допустимую остаточную погрешность нелинейностипреобразования измеряемой температуры 9 в цифровой код И на каждомиз участков аппроксимации,Обозначим коэффициент преобразования дифференциального усилителя 4через К , а коэффициенты преобразования первого 5, второго 11 итретьего 8 масштабных преобразователей в 1-м участке аппроксимации, -через К з К и К ;, Интегрирующий АЦП 13 имеет функцию преобразованияПхКЗПопгде К - коэффициент преобразова 13ния интегрирующего АЦП 13;Б - входное напряжение, поступающее на информационный вход АЦП 13;опорное напряжение, поступающее на опорный входАЦП 13.Напряжение Б на -м участкеМаппроксимации формируется следующим образом.Выходная термо-ЭДС Е = Р(6,0 С) термоэлектрического преобразователя 3 (компенсации влияния изменений температуры его свободных концов осуществляются любым известным методом) усиливается дифференциальным усилителем 4, выходное напряжение которо- го(5) 11 оп 11 с 110 Это напряжение подается на вход второго масштабного преобразователя 11 и после масштабирования через второй многополюсный переключатель 12 на неинвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 13,Выходное напряжение второго масштабного преобразователя 11 на -м участке аппроксимации Поскольку инвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 13 соединен с общей шиной, выходное напряжение Б второго масштабного преобразователя 11 равно входному напряжению Пх, поступающему на -м участке на информационный вход интегрирующего А 1 ЦЧ 13,Таким образом Опорное напряжение Бна х-м участке аппроксимации формируется следующим образом.Если первая производная от функции преобразования Е ,= Р (бх, О С) термоэлектрического преобразователя 3 на -м участке аппроксимации положительна, то выходное напряжение У дифференциального усилителя 4 после преобразования первым масштабным преобразователем 5 через первый многополюсный переключатель 6 и двухполюсный ключ 7 подается на один из входов сумматора 2, При этом посредством двухполюсного ключа 7 инвертирующий опорный вход интегрирующего А 1 Ц 1 13 соединяется с общей шиной, Поскольку на второй вход сумматора 2 поступает выходное напряжение Бо источника опорного напряжения 1, то в этом случае опорное напряжение Бо на -м участке аппроксимации, поступающее на опорный вход интегрирующе" го АЦП 13, равно выходному напряжению Б . сумматора 2, т,е.С 1 где Ц ; = К К . Е - выходное напряжение первогомасштабногопреобразователя 5,Таким образом, опорное напряжение, Ц, поступающее на опорный вход интегрирующего АЦП 13, на х-м участке аппроксимации при положительном значении первой производной от функции преобразования термоэлектрического преобразователя 3 Если первая производная от функции преобразования термоэлектрического преобразователя 3 на -и участкеапйроксимации отрицательна, то выходное напряжение Б дифференциальногоусилителя 4 после преобразованияпервым масштабным преобразователем 5через первый многополюсный переключатель 6 и двухполюсный ключ 7 поступает на инвертирующнй опорный входиктегрирующего АЦП 13, При этом посредством двухполюсного ключа 7 соответствующий вход сумматора 2 соединяется с общей шиной, В этом случаевыходное напряжение Бс; сумматора 2равно выходному напряжению др источника 1 опорного напряжения и подается на неинвертирующий опорный входинтегрирующего АЦП 13,Поскольку на иквертирующий опорный вход интегрирующего АЦП 13 подается выходное напряжение Б, первого масштабного преобразователя 5,то в этом случае на -м участке аппроксимации при отрицательной первой производной от функции преобразования термоэлектрического преобразователя 3 опорное напряжениеподаваемое ка опорный вход интегрирующего АЦП 13: оо о 5 Оо 1415 Ех Таким образом, выходной код И интегрирующего АЦП 13, поступающий на один из информационных входов вы" читающего устройства 15 на х-и участке аппроксимации, с учетом (1), (4), (5) и (7) выражается как К К ц Ек(8) 3 По+ к 151 Ех причем в знаменателе на -м участке знак "+ в случае положительной пер,вой производной от функции преобразования термоэлектрического преобразователя З,то есть при) иОЕх О 1 хзнак -" в случае отрицательной первой производной, т.е. при ( О,с 1 Ех1 хВыбором значений Кг, и Кз; призаданных К, и К+ согласно выражению (8) обеспечивается с допустимойзаданной погрешностью линейностьпреобразования на -м участке измеряемой температуры О в выходной код Ик30поступающий на одни информационные.входи вычитающего устройства 15,т,е,И = К, О(где К, - коэффициент преобразования, обеспечивающий линейность преобразования в -м участке) .Дискретное изменение коэффициентов15преобразования К . и К , при перез 1 11.ходе с (-1)-го участка аппроксимации на -й приводит к аддитивномусмещению результата преобразованияИ в точке 6 1 по сравнению с20точкой О о;, т, е,8 к 1- 1 Оо Значения д ред И иярассчитываются выборе значений К отличаются значе ке аппроксимации, ения эквивалентно в ительно приПоскольккаждом учас го личаются и зн л я,д 1 сщ= 0 С, т,е.учетом Лксм аддитивног та измерен зультат из смея пр ерени ажается ка(10) 11 х = 11 11 с Значения ДИ ; записыввоим знаком в постоянное ются со апом аюи с о 14 по х-мунного запомни дресующего 4другие инего устщее устроиствыхода постоустройства 1формациоройства 4 поступают нвходы вычита1 осле операци нные15,вычита 11 пропоремпературе Вх, нные входы ия результат измерен иональный измеряемой н ормац оступае цифровог ысвечив о р м Цифроетного устроиства 16 и на его цифровом табло.и э о б р е т е н и я рмометр, содержащий ский преобразователь,от тся л а й моэл ч источник опорного напряжения, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и циАровое отсчетное устройство, о т л и ч а ю щ и Й с я тем,что, с целью повышения надежности, внего введены диАференциальный усилитель, первый второй и третий масштабные преобразователи, первый ивторой многополюсные переключатели,блок компараторов, дешифратор, сумматор, двухполюсный ключ, постоянноезапоминающее устройство и вычитающее устройство, причем выходные зажимы термоэлектрического преобразователя соединены с входами дифференциального усилителя, выход которогосвязан с входами первого и второгомасштабных преобразователей и с входами сравнения блока компараторов,опорные входы которого подключенык выходам третьего масштабного преобразователя, вход которого соединенс выходом источника опорного напряжения и первым входом сумматоравторой вход которого соединен с первым выходом двухполюсного ключа, второй выход которого подключен к инвертирующему опорному входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, неинвертирующий опорный входкоторого соединен с выходом сумматора, неинвертирующий информационныйвход подключен к выходу второго многополюсного переключателя, а инвертирующий информационный вход - к общей шине, входы первого и второгомногополюсных переключателей соответственно связаны с выходами первого ивторого масштабных преобразователей3выход первого многополюсного переключателя подключен к первому входудвухполюсного ключа, второй вход которого связан с общей шиной, выходыблока компараторов соединены с входами дешифратора, выход которого подключен к управляющим вхсдам первогои второго многополюсных переключателей, двухполюсного ключа и постоянного запоминающего устройства, выходы которого соединены с первым ивторым входами вычитающего устройства, третий вход которого соединен свыходом интегрирующего аналого-ииА- рового преобразователя, а выходы - с циАровым отсчетным устройством,