Устройство для измерения температуры

,13ИВ,ЯОТЫ 2 А юл. Ф 28ин и А. М.8)видетельств01 К 7/ОО,детельствоО К 7/22,ахомыче о СССР979.СССР19.80. ства 3 ил ОСУДАРСТВЕННЦЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к устройствам для измерения температуры скоррекцией нелинейности характеристики термопреобразователя. Цель изобретения - обеспечение взаимозаменяемости термопреобразователей. Устройство содержит термопреобразователь сопротивления 1, резистор 2, эталонные резнстивные делители напряжения 3.1-3.п с ключами, 4-9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор опорной частоты 12, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции, схему 15 сравнения, Функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, триггеры 8 и 19 и временной селектор, Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволили достичь цель изобретения без дополнительной настройки устройи снижения точности измерения.50 Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразователя. 5Целью изобретения является обеспечение взаимозаменяемости термопреобразователей без дополнительной настройки устройства и снижения точности измерения. ОНа фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 схема формирователя импульсов коррек ции.Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, например полупроводниковый, подключенный через постоянный резистор 2 к выводамисточ ника напряжения (не показан), эталонные резистивные делители напряжения 3,1 - З.п с ключами 4, 5 и б, первый - третий ключи 7 - 9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор 12 опорной частоты, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции, схему 15 сравнения, функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, первый 18 и второй 19 триг- ЗО геры и временной селектор 20.Функциональный преобразователь 1 б содержит конденсатор 21, в цепи разряда которого последовательно с постоянным резистором 22 включен 35 аналоговый ключ 23.Число делителей напряжения и соответствующих им ключей соответствует числу поддианазонов измерения, на которые разбит весь диапазон 40 измеряемых температур.Резистор 2 и эталонные делители напряжения 3.1 - З.п выполнены на термостабильных резисторах и откалиброваны таким образом, что напря жения, снимаемые с этих делителей, равны по величине падению напряжения на термопреобразователе 1 в граничных точках поддиапазонов измерения температуры.1Эталонные делители напряжения могут быть расположены в отдельном нормирующем блоке, подключаемом к остальным элементам устройства через разъем. Таким образом, каждому тер мопреобразователю соответствует свой нормирующий блок, который работает в комплекте с любым устройством. Формирователь 14 импульсов коррекции содержит (фиг, 3) три инвертора 24, 25 и 2 б, две схемы И-НЕ 27 и 28, два резистора 29 и 30 и два диода 31 и 32, Выходные цепи формирователя совместно с емкостью 33 образуют интегратор.Устройство работает следующимобразом.Температурная характеристикаполупроводникового термопреобразователя в небольшом температурном интервале может быть с высокой степенью точности представлена в виде(е) (1)где А и В - постоянные коэффициенты,зависящие от свойств материала чувствительногоэлемента и конструкцииполупроводникового термопреобразователя сопротивления",1 - ток, протекающий черезтермопреобразователь;6 - основание натуральногологарифма;8 - абсолютная температурав К.Температурная характеристика термопреобразователя может быть аппроксимирована на ограниченном участкеэкспоненциальным законом разрядаконденсатора, который имеет видП -1/Ф (2)где Б, - напряжение на конденсаторев момент времени =0;текущее время;л- постоянная времени цепи разряда конденсатораПрактическая погрешность от аппроксимации температурной характерисОтики П(6) в диапазоне 25 С экспоненциальным законом разряда конденсаторасоставляет 0,15 С. Поэтому весь поддиапазон измеряемых температур разбивается на ряд поддиапазонов нао1пример, кратных 25 С, для чего берется соответствующее число эталонных делителей напряжения. Устройство для измерения температуры предусматривает выполнение последовательно трех режимов работы: поиска поддиапазона, автоматической коррекции и измерения.В режиме поиска поддиапазона измерения (график ТП на фиг. 2) сигналами с генератора 17 тактов происходит сброс по установочному входу счет3 1247682чика 11 и по входу Е дается разреше- кости уменьшается до значения Б,ние на заполнение егего импульсами с : равного напряжению на выходе делитегенератора 12 опорной частоты. В ля 3.3 схема 15схема сравнения меняетэтом же такте кана Х мультиплексо- полярность выходного сигналара 10 пропускает импульсы с выхода 5 (фиг, 2) и взводит триггер 18. Всчетчика 11 на управляющие входы клю- такте Т 2 счетчик-делитель 13 заполчей 4 5 и 6. К5йКлючи 4, 5 и 6 коммути- няется импульсами с генератора 12руют постоянные уровни напряжений с опорной частоты. По началу 256-гоэталонных делителей 3.1-3.3 на второй импульса сигналом с выхода счетчивход схемы 15 сравнения. На первый 10 ка 3 взводитс 19. Ввзводится триггер 9. Временвход схемы 15 сравнения через ключ 7, ные интервалы, вырабатываемые тригкоторый управляется сигналом ТП с герами 18 19 б би , о ра атываются ввыхода генератора 17 тактов постов, поступа- такте контроля схемой Формирователяет постоянный уровень Уо с термопре импульсов кимпульсов коррекции (фиг.(Ф . 3).образователя 1, Таким образом в режи 5 Временн еУ ременные интервалы, сформироме поиска происходит последовательное ванные триггерами 18 и 19 должныРсравнение уровнеи напряжения с эта- быть равны, Если длительность временлонных делителей с постоянным уровнем ного интервала на выходе триггера 19напряжения на те моп еоб аР Р бразователе, окажется больше временного интервалаСхема 15 сравнения меняет полярность 2 О на выходе триггера 18, причиной чевыходного сигнала (фиг. 2) в тот мо- го является во до является воздеиствие на устройстмент времени, когда на втором входе во дестабилизирующих факторов (клиуровень постоянного напряжения будет матические изменения окружающеи сребольше чем на пе вом в7р ом входе. В этот ды, изменение напряжения источникамомент генератор 17 тактов по входу 25 питания и т.д.), то блок 14 формирусинхронизации Е закрывает доступ ин- ет положительный импульс которымйформации в счетчик 11 и на его выходе заряжается емкость 33 (Фиг. 3 б).Формируется сигнал, соответствующий При этом частота опорного генератоподдиапазону измерения, в котором на- ра, в частотно-задающей цепи которогоходится измеряемая температура, гра- ЗО стоит элемент, увеличивающий илиницами которого является напряжение уменьшающий частоту генератора в зас эталонных делителей 3.2Рей 3.2 и 3,3, висимости от величины напря ениж я,ежим автоматической коррекции подаваемого на ег о управляющии вход,иустройства происходит в такте конт- увеличивается дя до тех пор, пока врероля (график Т 2 на фиг. 2). ВФ . 2). В так- менные интервалы на выходах триггете Т 1 по сигнал с выхо ау д генератора , ров 18 и 19 не сравняются, Если раз 17 тактов замыкается ключя ключ 8, а по ность временных интервалов на выхосигналу с выхода мультиплексора 10 - дах тРиггеРов 18 и 19 бУдет положиключ .5. Начинается заряд конденсато- тельной, то .блок 14 формирует отРа 21 Функционального преобразовате О Рицательный импульс (фиг. 3 в), емля 16 через ключи 5 и 8 до напряже- кость 33 разряжается и частота опорния на эталонном делителе 3.2, Такт ного генератора уменьшается,Т 1 является подготовительным к ре- Измерение температуры происходитжимам контроля и измерения и череду- в такте измерения (график ТИ нается с тактом поиска. По переднемуфронту такта Т 2 генератором 17 тактовР д у 5 фиг. 2) . Такт измерения чередуетсяс тактом контроля. Последовательностьвырабатывается сигнал сброса счетчика-делителя 13 и триггеров 18 и 19.всех операций, производимых функциоВнальными блоками устройства в тактеэтом же такте генератор 17 тактов измерения ТИ, такая же, как и в такоткрывает канал Х мультиплексора 1 О, 5 о те контроля, с той лишь разницей, чточерез который происходит управлениевместо эталонного делителя напряжеключом 6. Ключ 6 замыкается, и на ния 3.3 на второй вход схемы 15 сраввторой вход схемы 15 сравнения под- нения подключается термопреобразоваключается эталонное напряжениЕ с делите 3 3, Етель 1 сопротивления. Сформированлителя , , Емкость конденсатора 21 55 ный временной интервал с выхода тригразряжается через резистор 22 и замкнутый ключ 23 (фиг. 2). В моментгера 18 поступает на один из входоввременного селектора 20, который ввремени С, когда напряжение на ем- такте измерення пропускает пачку имтакта измерения ограничена минимально необходимым временем для автоматической коррекции устройства, а верхняя - временем смены показаний на цифровом табло регистратора, период смены информации на котором выбирается исходя из удобства визуального считывания показаний.Устройство наиболее целесообразно применять при использовании полупроводниковых термопреобразователей с отрицательным температурным коэффициентом. 20 25 Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, первый вывод которого ЗО соединен с первым выводом источника постоянного напряжения, а второй вывод подключен к входу первого ключа и через постоянный резистор подключен к второму выводу источника напряжения, соединенному с эталонными резистивными делителями напряжения, выходы которых подключены к входам ключей делителей напряжения, схему сравнения, первый вход которой соединен с выходом первого ключа, а выход подключен к первому входу первого триггера, выход которого соединен с первыми входами Формирователя импульсов коррекции и временного селектора, второй вход которого подключен к выходу 3 12 ч 7 б пульсов, Количество импульсов н пачке, равное значению измеряемой температуры, поступает в блок регистрации (не показан).Генератор 17 тактов выполнен та 5 ким образом, что такт измерения повторяется через 12 б тактов контроля, а такт поиска - через 127 тактов Т 1, Период повторения тактов измерения ограничен двумя критериями. 1 О Нижняя граница периода повторения 82 бгенератора опорной частоты, управляющий вход которого соединен через интегратор с выходом Формирователя импульсов коррекции, генератор тактов, выходы которогб соответственно подключены к управляющему входу первого ключа, второму входу первого триггера, управляющему входу функционального преобразователя и третьему. входу временного селектора, счетчик, отличающееся тем, что, с целью обеспечения взаимозаменяемости термопреобразователей без дополнительной настройки, устройства и снижения точности измерения, в него введены два ключа, второй триггер, счетчик-делитель и мультиплексор, входы, которого соединены с выходами генератора тактов и выходами счетчика а выходы подключены к управляющим входам ключей делителей напряжения выходы которых через второй ключ соединены с выходом функционального преобразователя и первым входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к входу второго ключа и выходу третьего ключа, вход которого соединен с входом первого ключа, а управляющий вход подключен к выходу генератора тактов, соединенному с управляющим входом второго ключа и с установочными и синхронизирующими входами счетчика и счетчика-делителя, счетные входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, при этом выход схемы сравнения соединен с входом генератора тактов, а выход счетчика делителя соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к второму входу первого триггера, а выход соединен с вторым входом формирователя импульсов коррекции, третий-вход которого подключен к синхронизирующему входу счетчика-делителя.1247682тОз бх, б 7 Х рД иУ бьдЮХ Рькйб вю.йз ВыхЛблих.Я бык 36 П РФх.2670 Ьх,ОРР Вю, ЮЯ И Вьк к. Й 7 Вых, бУ 7 йи. бЯ Ья бМ Ь Ю бх,бЧ НИИПИ Заказ 4113/3Тираж 78 Подписно роизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4