Устройство для измерения температуры

(5.)5 0 01 К ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ ки АН АЗССРимов и Э.Э.Зей ьство СССР/02, 1987,ЛЯ ИЗМЕРЕНИ тся в термометрии точность измерени у схемы 1 запуск атора 12 импульса ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относии позволяет повыситьтемпературы. По сигналимпульсы с выхода генер поступают на вход счетчика 2, формируя на его выходах линейно - растущий двоичный код, который является кодом адреса блока 3 постоянной памяти (БПП). На выходе БПП 3 также появляется двоичный код, который преобразуется в аналоговый сигнал цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 5. В нуль-органе 6 происходит сравнение сигналов с выходов термопары 8 и ЦАП 5, При равенстве указанных сигналов выходной двоичный код БПП 3 фиксируется в блоке 9 регистрации, В зависимости от типа используемой термопары и требуемой средней погрешности измерения в устройстве предусмотрено адаптивное изменение частоты генератора 12 импульсов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.45 50 55 Изобретение относится к области термометрии и может найти применение в металлургической, химической и др. отраслях промышленности,Цель изобретения - повышение точности измерения.На фиг. 1 представлена структура устройства для адаптивного измерения температуры; на фиг. 2- временные диаграммы работы устройства; а и б - напряжения на первом и втором выходах схемы запуска; в-сигнал на выходе первого одновибратора; г-выходное напряжение блока компенсации температуры холодного спая термопары; д - выходное напряжение первого цифроаналогового преобразователя; е - выходное напряжение нуль в орга; жвыходное напряжение триггера; з - выходное напряжение второго одновибратора; и - выходное напряжение второго цифроаналогового преобразователя; к- выходной сигнал генератора импульсов.Устройство для адаптивного измерения температуры содержит схему 1 запуска, первый счетчик 2 импульсов, блок 3 постоянной памяти, задатчик 4 типа термопары, первый цифроаналоговый преобразователь 5, нуль - орган 6, блок 7 компенсации температуры холодного спая термопары, термопару 8, блок 9 регистрации, регистр 10 хранения, второй цифроаналоговый преобразователь 11, генератор 12 импульсов, первый одновибратор 13, второй счетчик 14 импульсов, триггер 15, делитель 16 час.тоты, удвоитель 17 частоты, задатчик 18 средней погрешности и второй одновибратор 19.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии устройства напряжение на первом выходе схемы 1 запуска равно логической "1", первый счетчик 2 сброшен и работа его запрещена. Код на первых выходах блока 3 постоянной памяти равен "0", а вторых выходах пропорционален некоторой минимальной температуре Тп, находящейся на нижней границе диапазона изменения температуры объекта, Напряжение на выходе первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 5 равно нулю. На выходе нуль-органа 6, сравнивающего это напряжение с всегда отличным от нуля напряжением блока 7 компенсации температуры холодного спая термопары, к первому входу которого подключена термопара 8, а на второй и третий поступает компенсационное напряжение с второго и третьего выходов эадатчика 4 типа термопары, постоянно присутствует поэтому высокий логический уровень. Записи 5 10 15 20 25 30 35 40 информации в блок 9 регистрации не происходит. Выходное состояние регистра 10 хранения произвольное, поэтому на выходе второго ЦАП 11 присутствует случайное значение аналогового напряжения, которому соответствует некоторое значение частоты генератора 12 импульсов.В начале работы устройства схема 1 запуска вырабатывает на первом выходе низкий логический уровень, а на втором- импульс положительной полярности длительностью Ь, гарантированно охватывающей не менее одного периода изменения входного сигнала термопары 8. По фронту этого импульса первый одновибратор 13 вырабатывает короткий импульс, обнуляющий второй счетчик 14 и сбрасывающий триггер 15, устанавливающий в исходное состояние делитель 16 частоты и в состояние логической "1" - выходы регистра 10 хранения, Код на выходах регистра 10 становится равным максимальному значению, такое же значение принимает и напряжение на выходе второго ЦАП 11, и частота генератора 12 становится равной максимальной величине Ьп,Разрешается работа и-разрядного первого счетчика 2, код на выходах которого линейно увЕличивается с поступлением каждого нового импульса генератора 12, Этот код поступает на младшие (первые) адресные входы блока 3, на старшие (вторые) входы которого поступает код с первых выходов задатчика 4. По изменяющемуся адресному коду на первых входах блока 3 в его области памяти, задаваемой кодом на вторых входах, выбирается ячейка, в которой хранится код из двух байтов, первый из которых равен Х=ЕЕ 1где е- вес младшего значащего разрядаЦАП 5,и пропорционален значению термоЭДС Етермопары 8 при температуреТ = Тп 1 и+ЛТ,где Л Т - шаг изменения температуры эаодин такт;- номер такта генератора 12( =0,12" -1),Первый байт выдается на первые выходы блока 3 и преобразуется ЦАП 5 в напряжение Е, сравниваемое нуль-органом 6с напряжением на выходе блока 7, равнымтермоЭДС термопары 8. В момент равенства напряжения ЦАП 5, возрастающего позаконуЕ=аТ + ЬТ+с,где а, в, с - коэффициенты, йостоянные дляданной термопары и термоЭДС термопары8, напряжение на выходе нуль-органа 6скачком изменяется отнизкогодо высокого логического уровня, что вызывает записьв блок 9 регистрации второго байта.кодасоответствующей ячейки блока 3, пропорционального температуреу- К 1 Т,где К 1 - постоянный коэффициент,Одновременно в триггер 15 записывается состояние младшего разряда когда у.Изменение младшего разряда может произойти лишь в этом случае, если в моментвремени 2 температура примет значение,пропорциональное ЛТ:Тг=)ЬТ 0 = 0,12" -1),где и - разрядность счетчика 2, отличающееся от предыдущего, зарегистрированногов момент времени 11, значения Т 1 на велицину + Т, что соответствует й 1 младшемузначащему разряду МЗР) кода Ч. Приэтом можно констатировать, цто в интервале 11, 12) средняя крутизна изменениятемпературы равна5 -Тг - Т 2 ЛТ12 - т 1 тг - 11интервал т 1 лг) кратен периоду опросатермопары х=(2" - 1)/Ь:тг-3 х( х=1,2 М),где М = Ь/ х - количество отсчетов, приходящихся на интервал Ь.Если среднее число циклов измерениямежду двумя измерениями состояниямладшего разряда кода температуры равноЬр, то средняя крутизна сигнала составитЛТЯ - ,- Кгпв,1 ср Хгде по = М /Ьр - количество изменениймладшего разряда кода на интервале наблюдения 1 н; к 2 = Лтlт, - постоянный коэффициент.Определяют частоту генератора 12 Ьо,при которой средняя разность отделенныхшагом измерения хо отсчетов температуры(Т и - Т)ср = 3 хобыла бы равна средней погрешности интерполяции е(е=К ЬТ; К = 1,22 "-1):5 Хо = ,Формируя из каждого импульса выходного сигнала триггера 15 по два импульса( по каждому изменению логического состояния, т,е. по фронту и по спаду) с помощьюудвоителя 17, на его выходе за время наблюдения появляется по импульсов. Пройдя через делитель 16 частоты, коэффициентделения которого устанавливается равным е,импульсная последовательность поступаетдалее на второй счетчик 14, содержимоекоторого к концу интервала Ь будет равноХ по/8. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 По окончании периода ь (спаду импульса на втором выходе схемы 1 запуска) второй одновибратор 19 формирует короткийимпульс, по которому содержимое счетчика14 записывается в регистр 19 хранения.Код на его выходах, равный Е, преобразуется с помощью второго ЦАП 11 в пропорциональное напряжениепоОг" его е 2 -8где е 2 - вес МЗР второго ЦАП 11.Генератор 12 преобразует выходное напряжение ЦАП 11 в частоту по закону1- К 40 ьгде К 4 - Кз/ег - постоянный коэффициент.Предлагаемое устройство позволяет, таким образом, осуществить автоматический выбор частоты опроса термопары, оптимальной с точки зрения требуемой средней погрешности дискретизации, что обеспечивает повышение точности измерения температуры.Формула изобретения 1. Устройство для измерения температуры, содержащее генератор импульсов, подключенный к счетному входу первого счетчика, выходами соединенного с первой группой входов блока постоянной памяти, первая группа выходов которого подключе;а к группе входов блока регистрации, схему запуска, подключенную к выходу сброса первого сцетчика, задатчик типа термопары, подключенный группой выходов к второй группе входов блока постоянной памяти, вторая группа выходов которого соединена с входами первого цифроаналогового преобразователя, выходом подключенного к первому входу нуль - органа, соединенного выходом с входом блока регистрации, авходом подключенного к выходу блока компенсации температуры холодного спая температуры, первый вход которого соединен с термопарой, а второй и третий входы соединены соответственно с первым и вторым отдельными выходами задатчика типа термопары,отл и ча ющеесятем,что,с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные триггер, удвоитель частоты и делитель частоты, второй сцетчик, регистр и второй цифроаналоговый преобразователь, подключенный выходом к входу генератора импульсов, задатчик средней погрешности, подключенный к группе входов делителя частоты, и первый и второй одновибраторы, входы запуска которых подключены к второму выходу схемы запуска, а их выходы соединены соответственно с входами сбро.1679221Составитель В. Ярыч Техред М.Моргентал едактор Е. орректор О. Кра Заказ 3202 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, )К, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР ельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 роизводственно са триггера, делителя частоты, второго счетчика и регистра и с входом записи регистра, информационный л тактовый входы триггера подключены, соответственно к младшему входу блошка регистрации и выходу нуль - органа, выход делителя частоты соединен со счетным входом второго счетчлка, выходы которого соединены с информационными входами регистра, выходами подключенного к входам второго цифроаналогового преобразователя,2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что удвоитель частоты содержит третий и четвертый одновибрэтор и первый элемент ИЛИ, причем входы третьего и четвертого одновибраторов объединены и являются входом удвоителя частоты, а выходы одновибраторов соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого является выходом удвоителя частоты.3, Устройство по п.1, отл и ч а ю ще ес я тем, что схема запуска содержит фиксируемую кнопку "Пуск" и таймер, причем вход таймера соединен с кнопкой "Пуск" и первым выходом схемы запуска, вторым выходом которой является выход таймера.4, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что делитель частоты содержит второй элемент ИЛИ, третий счетчик импульсов и дешифратор, а зэдатчик средней погрешности выполнен в виде переключателя, общий контакт которого через один из 5 первых входов делителя соединен с выходом делителя частоты и с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу сброса третьего счетчика импульсов, выходы которого соединены с 10 входами дешифратора выходы которогочерез остальные первые входы делителя соединены с входами контактами переключателя, а первым и третьим входами делителя являются соответственно счетный 15 вход третьего счетчика импульсов и второйвход второго элемента ИЛИ. 5, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что регистр хранения содержит груп пу вторых триггеров, информационные входы которых являются первым входами регистра хранения, входы асинхронной установки объединены и являются вторым входом регистра хранения, объединенные 25 входы синхронизации вторых триггеров служат третьим входом регистра хранения, выходами которого являотся выходы вторых триггеров.