Устройство для измерения температуры

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик847073(22) Заявлено 2 ЭЛ 1.79 (21) 2851009/18-10 с присоединением заявки йо С 01 К 7/14 Государственный комитет СССР по делам изобретениИ и открытийОпубликовано 15,0781, Бюллетень М 26 Дата опубликования описания 15.0781(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 2 Изобретение относится к температурным измерениям, а имеено к циф-ровым измерителям температуры с .коррекцией нелинейности датчика температ. ры.Известен цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, цифроаналоговйй преобразователь, генератор постоянной частоты, нуль-орган, в котором коррекция нелинейности датчика температуры осуществляется путем введения второго цифроаналогового преобразователя, включенного в цепь питания первого преобразователя 11.Недостатком этого цифрового измерителя температуры являетсянизкая точность измерения.Известен также цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение - частбта, выход которого через ключевое устройство и реверсивный счетчик соединен с бло" ком памяти, источник калиброванного напряжения, переключатель:поддиапа- . зонов. В этом измерителе температуры производится поочередное измерение сигнала датчика температуры и калиб.ровочного напряжения,. которбе далееобрабатывается 23Недостатком этого устройства являются его сложность и низкая точ- ность измерения.Наиболее близким по технической.сущности и достигаемому результатук данному изобретению являетоя циф ровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, соединенный через входной переключатель спреобразователем напряжение -частота, выход которого .через ключ и реверсивный счетчик соединен с входом 5 блока памяти, выходы которого соединены с управляющими входами нелинейного цифроаналогового преобразователя и выходами дешифратора, управляющий вход блока памяти соединен с О первым выходомблока управления,второй выход которого соединен с управляющими входами ключа и реверсивного счетчика, а третий выход - суправляющим входом входного переключателя, второй вход которого соединен с выходом нелинейного цифроаналогового преобразователя, состоящего из линейного цифрового делите-ля напряжения, вход которого .соеди- О нен с источником опорного напряжения, а выход - с первым входом сумматора и выходом блока дискретныхрезисторов, соединенного с выходомдешифратора, блока дискретных напряжений, вход которого соединен свыходом источника опорного напряжения, а выход. - с вторым входом сум"5матора Г 33.В этом .устройстве производитсякоррекция интегральной систематической погрешности основной измерительной цепи и линеариэация характеристики преобразования термодатчика путемее кусочно-линейной аппроксимации ииспользования нелинейного цифроаналогового преобразователя. Точность всего устройства определяется погрешнос-,тью аппроксимации и погрешностью нелинейного цифроаналогового преобразователя, не охваченного обратнойсвязью. Выходной сигнал цепи обратнойсвязи снимается с выхода аналогового,сумматора, погрешность (дрейфа нуля,1 изменения коэффициента передачи.ит.д.)которого входит в общую погрешностьнелинейного цифроаналогового преобразователя. Это ограничиваетточность 25последнего и устройство для измерениятемпературы в общем; Кроме того, используемый в устройстве нелинейныйцифроаналоговый преобразователь позволяет работать с датчиками., имеющими щотолько монотонновозрастающую функциюпреобразования (т.е с одинаковым,зна.ком производной вдиапазоне измененияаргумента)При этом цифроаналоговыйпреобразователь воспроизводит характе-З 5Ристику, проходящую через начало коор .динат или же сдвинутую относительнонее на некоторую постоянную величину.Однако термодатчики имеют разные характеристики преобразования ." как содинаковым, так и с, изменяющимсязнаком производной. Это ограничиваеткласс решаемых задач и следовательно,область применения известного цифрового измерителя температуры:Цель изобретения - повышение точности и расширение области использования устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения температуры содержащее датчик температу- Оры соединенный через входной переключатель с преобразователем иапряжеиие -.частота, выход которого через ключ иреверсивный счетчик соединен с блокомпамяти, выходы которого соединены суправляющими входами цифроаналогово"го преобразователя и входами дешифратора, блок дискретных напряжений,вход которого соединен с. выходом ис-;точника опорного напряжения, блок уп, равления, выхбды которого связаны с 6 Оуправляющими входами переключателя,блока памяти ключа и реверсивногосчетчика, введены два коммутатора,входы первого их которых соединены свыходами блока дискретных напряжений, ь 5 кроме последнего, управляющий вход с выходом дешифратора, а выход - с первым входом цифроаналогового преобразователя, входы второго коммутатора соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме первого, управаяющий вход - с другим, выходом деши 4- батора, а выход - со вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом переключателя.На фиг,1 изображена блок-схемаустройства для измерения температуры; на фиг.2 - выходная характеристика датчика температуры.Устройство содержит датчик 1 температуры, входной переключатель 2, преобразователь 3 напряжения в частоту, ключ,4, реверсивный счетчик 5, блок б управления, цифроаналоговый преобразователь 7, коммутаторы 8 и 9, источник 10 опорного напряжения, блок 11 дискретных. напряжений, блок 12 памяти и дешифратор 13. Цифроана" логовый преобразователь 7 имеет два информационных входа и состоит из сетки резисторов К - 2 й и двухпоэи-; ционных переключателей 14.Устройство для измерения температуры работает следующим образом, фВ начале измерения входной переключатель 2, управляемый сигналом с блока б управления, подключает ко входу преобразователя 3 термодатчик 1. Производится цифровое измерение, его результат записывается в реверсивный счетчик 5 и блок 12 памяти.Поскольку характеристику преобразования датчика температуры с боль", шей степенью точности можно аппрок" симировать кривой второго порядка, результат записанный в реверсивном счетчике, можно представить в виде- коэффициент нелинейности.Затем входной переключатель 2 ,подключает ко входу преобразователя 3 напряжения в частотувыход цифроаналогового преобразователя 7. Производится цифровое измерение выход.ного сигнала цифроаналогового преоб" разователя, соответствующего измеряемой температуре,.во время которогоблок б управления переключает направление. счета реверсивного счетчика 5 на вычитание, в результате которого в реверсивном счетчике получается разность двух измеренийа(1 Ф Т)Т - Т(1 + Т)=-1 сТ (1 + 3 сТ), . (2)После этого переключатель 2 под.ключает.ко входу преобразователя 3 выходдатчика 1 температуры. Произ-, водится цифровое измерение со слбже.нием в реверсивном счетчике. 5. Витоге получается результату = у+ а =(1+т)-11(1+7)Т(1-РТ), .(3)Продолжая измерительно-вычислительный процесс путем измерения вы-5 ходного сигнала преобразователя 7, соответсвующего коду У 2 вычитания 1 полученного результата на У 1 и сло,жения результата повторного измерения 1 О сигналов датчика 1 температуры с раз-. ностью в счетчике 5 можно получить .второй скорректйрованный результатт(1+Р т) . (4)Значение и-го скорректированного результата можно записать в видеУ: т 1-(-1)" Р т"Ч . (5)еВыходная характеристика цифроаналогового преобразователя аналогична 20 характеристике датчика температуры и воспроизводится путем кусочно-линейной аппроксимации Функции датчика температуры (Фиг.2).25В зависимости от цифрового резуль- тата измерения температуры (У, У 21,У 22) записанного в блоке 12 памяти, в каждом цикле коррекции дешифратор 13 определяет участок аппроксимации характеристики датчика. По сигналам дешифратора через коммутаторы 8 и 9 на входы цифроаналогового преобразователя 7 подаются опорные напряжения, соответствующие границам выбранного участка аппроксимации (1 участок - напряжения ОО=0 и О. П участок - Ц и 0,13 участок - П 2 и ПЗ и т.д,).Блок 11 дискретных напряжений, питаемый блоком 10 опорного напряжения, вырабатывает напряжения О 0, О, О 0 1 О соответствующие определенным границам участка аппроксимации. В соответ" ствии с этим на 2. участке аппроксимации. на выходе коммутатора 8 имеет-. ся сигнал Оо, ана выходе коммутатора 45 9 - .сигнал О, на втором участке аппроксимации на выходе коммутатора 8 .имеется сигнал О.1, а на выходе комму" татора 9 в .сигнал О 2 и т.д.При У=О все триггеры блока 1250 памяти находятся в нулевом состоянии. и переключатели 14 подключают звенья реэисторной декодирующей матрицы на вход .сигнала, поступающего с выхода коммутатора 8 При этом напряжение на 55 выходе цифроаналогового преобразователя равно выходному сигналу коммута-. тора 8 (для приведенного графика П =О) .КОгда триггеры находятся в единич- О ном состоянии У=У = 2-1, где Р - чис"Рло разрядов счетчика 5, переключатели 14 подключают все звенья упомянутой матрицы на.вход сигнала, поступающего с выхода коммутатора 9. При ,у этом напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя будет равноьОУго + Ок- Ок - ьО,Ок-О.где ЬОи - - р -- величина, определяющая дискретноСтьпреобразования (уроевень квантования.для 1 с.-го участка)О,1 и Оц - напряжения, соответствующие границамМ-го участка аппроксимации.При любых промежуточных значениях У( Ус=У напряжения на выходе схемы для каждого участка равно ЬОУ+О 1 где У и У - коды, соответавующие границам 1-го участка .аппроксимации,ИЧ- И 22 уровень квантования для 1-го участка.В зависимости от разности О - О1 Ф 1 знак уровня квантования получается разный (для монотонно возрастающей части характеристики (+) , а для участка характеристики, где меняется знак производной (-)Поэтому в зависимости от напряжений, подаваемых на входы. цифрОаналогового пре- . образователя и соответствующихграницам участков аппроксимации, воспроизводится аппроксимированная характеристика датчика температуры, причем знак производной этой характеристики может быть любым.Поскольку в данном устройстве привоспроизведении кусочно-линейной функции исключено суммирование двух напряжений, что выполняется аналоговым сумматором. в известном устройстве, то настоящее изобретение обладает., более высокой точностью измерения.Кроме того,. устройство может работать с различными датчиками температуры, обладающими разнообразными характеристиками преобразования,. что расширяет его сферу применения. Формула изобретенияустройство для измерения температуры, содержащее датчик температуры, соединенный через входной переключатель с преобразователем напряжение- частота, выход которого через ключ и реверсивный счетчик соединен с блоком памяти выходы которого соединены с управляющими входами цифроаналолгового преобразователя и входами дешифратора, блок дискретных напряжений, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, блок управления, выходы которого связаны с управляющими входами переключателя, блока памяти, ключа и реверсивного ечетчика, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области использования устройства, в него введены/64ВНИИПИ Госуда по делам изо 113035, Москва, Ж дФилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная два коммутатора, входы первого из которых соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме последнего, управляющий вход - с одним из выходов дешифратора, а выход - с первым входом цифроаналоговогопреобразователя, входы второго коммутато 5 ра соединены с выходами блока дискретных напряжений, кроме первого, уйравляющий вход - с другим выхо-дом дешифратора, а выход - со вто- рым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом переключателя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРР 502237, кл. 6 01 К 7/16, 1974.2. Авторское свидетельство СССРР 246115, кл. С 01 К 7/02, 1969.3. Авторское свидетельство СССРР 646205, кл. С 01 К 7/02,. 1969