Цифровой измеритель температуры

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 030481 . (21) 3268381/18-10с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 30,10.82, Бюллетень Мо 40Дата опубликования описания 3010.82 151 М. Кл.з С 01 К 7/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий" 4 ЩЯйН. И. Грибок, В. И, Зорий и В. И. Пуцыо;врщйгнкйЛьвовский ардена Ленина политехнический институтьим. Ленинского комсомола(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к электротермометрии и может найти широкоеприменение при построении цифровыхизмерителей температуры и термо-ЭДС,в комплекте с ниэкочувствительнымитермопарами,Известны измерители температуры,содержащие последовательно соединен. ные усилитель, резистор, ключ, селектор, счетчик результата и цифровоеотсчетное устройство, причем к другому входу селектора подключен выходгенератора тактовых импульсов, к входу которого подсоединен выход устройства автоматической подстройки частоты, а к общей. точке соединения выхода ключа и входа интегратора подключен через второй резистор и второй ключ выход источника опорногонапряжения 11.Однако известные измерители имеют строго линейную функцию преобразования и поэтому непригодны для непосредственного измерения температуры, поскольку градуировочные характеристики термопар нелинейны.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство, которое содержит последовательно соединенные термопару,усилитель, резистор, переключатель, интегратор, блок сравнения, селектор, счетчик результата, цифровое отсчетное устройство, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу селектора, а вход соединен с выходом устройства автоматической подстройки частоты а также и: блоков кусочно-линейной аппроксимации, состоящих иэ и источников опорного напряжения, выходы которых через соответствующие резисторы каждого из блоков кусочно-линейной аппроксимации соединены с подвижными контактами переключателей участков аппроксимации, первые не-, подвижные контакты которых соединены между собой и с подвижными контактами переключателей соответствующих блоков аппроксимации, первые неподвижные контакты которых соединены между собой и подключены к входу интегратора, а вторые неподвижные контакты этих переключателей и переклю чателей участ ков ап прок симации в каждом из блоков линеаризации связаны с общей шиной, причем выходы блока управления связаны с входами управления селектора, цифрового отсчетно го устройства и входами управлениявсех переключателей, а сигнальный вход блока управления подключен к выходу генератора тактовых импульсов 2.Однако в этом устройстве первичные измерительные преобразователи температуры, например термопары, имеют обычнонелинейные градуировочные характеристики, что при повышении точности измерения приводит к необходимости увеличения количества участков аппроксимации, а тем самым к увеличению количества блоков линеаризации и, соответственно, количества резисторов и ключей, подключенных к входу интегратора во втором такте интегрирования. Следовательно, пбявляется дополнительный источник погрешности - обратные токи ключей, которые влияют на значение токов заряда-разряда интегратора, а значит, и на результат измерения. Кроме того, некоторые термопары в определенных обГ. ятях температур имеют очень низкую чувствительность. Например, термопара медь-константан при 20 К имеет чувствительность приблизительно 5 мкВ/К, а при 10 К ее чувствительность еще ниже и составляет всего 2,5 мкВ/К. Это приводит к тому, что для обеспечения линейного преобразования измеряемой температуры в код необходимо увеличивать значения разрядных резисторов блоков линеариэацииДействительно, значения разрядных резисторов считывают по Формуле ЕО 111 й 1ЬО; 1 Огде Е - напряжение источника опорногоОнапряжения блока линеаризации;Й - сопротивление зарядного резистора интегратора в первомтакте интегрирования;К - коэффициент усиления усилителя;Т - длительность первого тактаинтегрирования;ДО; - значения термо-ЭДС термопарына 1-ом участке аппроксима"ции;и. - количество импульсов на 1-ом1участке аппроксимации, соответствующее значению измеряемой температуры на этомучастке;г - частота генератора тактовыхОимпульсов.Для серийного цифрового вольтметра Щ 68000 и термопары медь-константан в диапазоне 10-20 К значение к 4 составляет 2,5 МОм. Включение таких больших сопротивлений на входе интегратора приводит к резкому возрастанию погрешности,. поскольку их значения становятся соизмеримыми с сопротивлениями утечки, уменыаить значения разрядных резисторов возможно, например, путем увеличения частоты Г генератора тактовых импульсов, однако при этом уменьшается помехоустойчи вость измерения, поскольку усложняется осуществление Фазовой автоподстройки частоты тактовых импульсов с заданной точностью, Кроме того, при ,измерении температуры низкочувстви-,10 тельными термопарами, невозможно водном устройстве совместить две Функции: измерение температуры и измерение термо-ЭДС, что особенно важнов термометрии5 Цель изобретения - повышение,точности измерения температуры при расширении функциональных возможностей,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство введены схемаЩ ИЛИ, второй счетчик результата, дели. тель частоты, реверсивный счетчик, второе цифровое отсчетное устройствои схема И, один из входов которойсоединен с выходом реверсивного счет 25 чика, а два других соединены соответственно с выходом генератора тактовыхимпульсов и одним из выходов блокауправления, выход схемы ИЛИ соединенс входом схемы цифровой линеариэации,выход которой через второй счетчикрезультата соединен с входом второгоцифрового отсчетного устройства, аодин иэ входов схемы ИЛИ соединеныс выходом селектора и вычитающимвходом реверсивного счетчика, другойвход - с выходом схемы И и входомделителя частоты, выход которогоподключен к суммирующему входу реверсивного счетчика.На чертеже представлена функци ональная схема устройства для измерения температуры.Устройство содержит последовательно соединенные первичный измерительный преобразователь 1, усилитель 2, 45 резистор 3, переключатель 4, интегратор 5, блок 6 сравнения, селектор7, счетчик 8 результата и цифровоеотсчетное устройство 9. К общей точке соединения переключателя 4 и ин О тегратора 5 подключен выход источника 10 опорного напряжения черезвторой резистор 11 и второй переключатель 12, а к второму входу селектора 7 подключен выход генератора 13тактовых импульсов, вход которогосоединен с выходом устройства 14 автоматической подстройки частоты.К двум входам схемы И 15 соответственно подключены выход генератора13 тактовых импульсов и один из выхо О дов блока 16 управления, а к ее третьему входу подсоединен выход реверсивного счетчика 17, к суммирующему входукоторого подключен выход делителя 18частоты, а к вычитающему входу - вы ход селектОра 7. Вход делителя 18(4) оТк = Е,15 где 1 - частота импульсов генерато.ора 13 тактоных импульсов.В момент окончания интервала Т 2 О импульсы с частотой г с выхода генератора 13 тактовых импульсов черезселектор 7 поступают на счетчик 8результата и одновременно на вычитающий вход реверсивного счетчика 17и на один иэ входов схемы ИЛИ 19.:В тот же момент по сигналу блока 16управления, поступающего на один извходов схемы И 15, импульсы частотойс выхода генератора 13 тактовыхимпульсов через схему И 16 поступают ЗО на вход делителя 18 частоты и на второй вход схемы ИЛИ 19. С выхода делителя 18 частоты импульсы частотойЕ(п) (где (и) - коэффициент деления частоты делителя 18 частоты) З 5 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 17. Эти импульсыбудут поступать до момента переходаего через ноль,Таким образом, на суммирующий вход 40 реверсивного счетчика 17 должно поступить количество импульсов Н частотой 1 (п), поскольку на вычитающий вход поступило Ин импульсов частотой го,так как н момент окончания 5 интеРвала Тх по сигналУ блока сРавнения закрывается селектор 7 и поступление импульсов частотой Й на еговычитающий вход прекращается. В момент перехода реверсивного счетчика щ 17 через ноль по его выходному сигналу, поступающему на третий вход схемю И, последняя запрещает прохожде"ниеимпульсов с выхода генератора 13тактовых импульсов на вход делителя18 частоты, а значит и на второй входсхемы ИЛИ.Таким образом, на один вход схемыИЛИ 19 поступает Я импульсов, а навторой - (и) И импульсов . СледоваЕтельно, с выхода схемы ИЛИ 19 на входцифровой схемы 20 линеаризации поступает пй импульсон. Цифровая схемалинеариэации может быть построена полюбому известному принципу. С выходацифровой схемы 20 линеариэации на 3 вход второго счетчика 21 результата 1 х уТ 1к охчастоты связан с выходом схемы Ии с одним иэ входов схемы ИЛИ 19, другой вход которой подключен к выхо ду селектора 7. Выход схемы ИЛИ 19 через схему 20 цифровой линеариэации и второй счетчик 21 результата связан с входом второго цифрового отсчетного устройства 22, причем выходы блока 16 управления соединены с входами упранления переключателей 4 и 12, селектора 7, а также генера.гора 13 тактовых импульсов.Устройство работает следующим образом.Выходная термо-ЭДС Ех термопары 1 усиливается усилителем 2 до номинального уровня КЕ(где КУ - коэффициент усиления усилителя 2). На время Т = аТ кратное периоду Т напряжекния сети 50 Гц, блок 16 управления своим сигналом открывает переключатель 4, вследствие чего в интеграто" ре 5 начинает интегрироваться выходное напряжение К 1,Е усилителя 2. К моменту окончания интервала Т 1 на .выходе интегратора б получаем напряжение"вхч к с Млф ьсСЦогде В - сопротивление резистора 3; .С - емкость конденсатора интегратора 5.Во втором такте (после окончания интервала Т ) блок 16 упранления своим сигналом закрывает переключатель 4, тем самым отключая выход усилителя 2 от входа интегратора 5, ключ 12 открывается, подключая к входу интегратора 5 выход источника 10 опорного напряжения, а селектор 7 открывается для прохождения импульсов от генератора 13 тактовых импульсов на вход счетчика 8 результата. При этом происходит разряд интегратора 5 до момента его возвращения н исходное состояние, что фиксируется блоком б сравнения.Во втором такте на выходе интегратора 5 возникает напряжениехт0 = - Е М - , (2)Ео Твых-,с 3 о а,сфогде Й - сопротивление резистора 11;Е - выходное напряжение источника 10 опорного напряжения;Т 1 - интернал времени от моментаначала второго такта интегрирования до момента возвращения интегратора 5 в исходное состояние, т.е. до момента, когда выполняетсяравенство Бб= Црцх.Приравнивая выражения ( 1) и (2), определяем длительность Т второго такта интегрирования где К = - коэффициент аналогоВКУ Т,цифрового преобразования. В момент окончания интервала Тхсрабатывает блок б сравнения и своимвыходным сигналом закрывает селектор7, вследствие чего прохождение импульсон от генератора 13 тактовых импульсов на вход счетчика 8 результата 1 О прекращается.Таким образом, н счетчике 8 фиксируется код числа, пропорциональныйизмеряемой термо-ЭДС Ех термопары 1970134 Формула изобретения Составитель Н. ГоршковаОгар Техред Т.Фанта Корректор Г, Огар Редак т Подписноекомитета СССРоткрытийская наб., д. 4/5 8372/48 Тираж 887ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений13035, Москва, Ж,Раув Зака Филиал ППП "Патент"., г. Ужгород, ул. Проектная,поступает И импульсов, количество которых прямо пропорционально измеряемой температуре ц, Результаты измерений Е и 6 индицируются соответственно цифровыми отсчетными устройствами 9 и 22.Затем цикл измерения повторяется.Таким образом, эа счет введения дополнительных узлов и связей в предлагаемом устройстве по сравнению с известным повыаается точность измерения температуры и значительно расширяются функциональные возможности, поскольку одновременно можно получать результаты измерения термо-ЭДС и температуры. Цифровой измеритель температуры, содержащий последовательно включенные термойару, усилитель, резистор, ключ интегратор, блок сравнения,Фселектор, счетчик результата, цифровое отсчетное устройство, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к второму входу селектора,а вход - к выходу устройства автоматической подстройки частоты, а также соединенные последовательно источник опорного напряжения, второй резистор, второй ключ, выход которого пбдключеи к общей точке соединения выхода первого ключа и входа интегратора, блок управления, выходы которого связаны с управляющими входами ключей, селектора и генераторатактовых импульсова вход соединенс входом блока автоматической подстройки частоты, и цифровую схему5 линеаризации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности измерения, в него введенысхема ИЛИ, второй счетчик результата, делитель частоты, реверсивный10 счетчик, второе цифровое отсчетноеустройство и схема И, один из входовкоторой соединен с выходом реверсивного счетчика, а два других соединены соответственно с выходом генера 1 тора тактовых импульсов и одним извыходов блока управления, выход схеьн ИЛИ соединен с входом схемыцифровой линеариэации, выход которойчерез второй счетчик результата со 20 единен с входом второго цифровогоотсчетного устройства, а один иэвходов схемы ИЛИ соединен с выходомселектора и вычитающим входом реверсивного счетчика, другой вход -25с выходом схемы И и входом делителячастоты, выход которого подключенк суммирующему входу реверсивногосчетчика,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 347909, кл. С 01 К 7/02, 1970.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2787095/18-10,кл. С 01 К 7/02, 1979 прототип).35