Цифровой термометр

(19) (1) СПУБЛИН 51) 4 С 0 18 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНаюй Ю ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации неФтяной и химической промышленности "СоюэгеоФиэнрибор" (72) Э.М. Бромберг, Р.К. Велиев и К,Г. Садраддинов(56) Авторское свидетельство СССР ) 932283, кл, О 01 К 7/1 б, 1980.Авторское свидетельство СССР Ч, кл. О 01 К 7/16, 1983.(57) Изобретение относится к циФровым термометрам с термопреобразователями сопротивления. Цель изобретения - повышение точности измерения и повышение надежности работы устройства, которое содержит термопреобразователь 1, двухпроводные линии 2 и 3, резисторы 4, 5, б и 7, коммутаторы 89,10, 11, 12 и 13, стабилизатор 4 тока, аналого-циФровой преобразователь15, блок 16 вычисления, блок 17 индикации, блок 18 памяти и блок 19 управления. Введение новых элементов иобразование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить влияние переходных сопротивлений ключей на точность измерения сопротивления термопреобразователяза счет схемы соединения ключей, позволяющей в каждом иэ шести тактовизмерения Формировать на выходе аналого-циФрового преобразователя 15код, пропорциональный разности напряжений на входах комутаторов 8-13высокого и низкого уровней, величинакоторого не зависит от величины переходных сопротивлений ключей.ил,термопреобразователя от температуры.Блок памяти может состоять из постоянно запоминающего узла, предназначенного для хранения программы, ипрограммируемого постоянно запоминающего узла, предназначенного дляхранения значений коэффициентов. Вкачестве блока памяти может быль использована стандартная БИС.Блок управления предназначен дляуправления работой всего цифровоготермометра. Он может, например, состоять из генератора тактовых импульсон, ключа, дешифратора, счетчика, вход которого через ключ соединен с выходом генератора, а выходыподключены к входам дешифратора, выходы которого являются выходами блока управления При поступлении комац 11 11ды Пуск ключ открывается, импульсыиз генератора тактовой частоты черезключ поступают на вход счетчика и цавыходах дешифратора начинает формироваться последовательность команд управления,Цифровой термометр работает следующим образом,При поступлении в блок управлениякоманды 1 Пуск 1 на его выходах начинает формироваться последовательностькоманд, которые поступают на управляющие входы ключей, аналого-цифрового преобразователя, блока вычисления,блока памяти и блока индикации, Весьпроцесс измерения осуществляетсяза шесть тактов, В первом такте блокуправления формирует последовательность команд, по которым стабилизатор 14 тока через один из ключей коммутатора 12, основной 4 и дополнительный 6 резисторы и один из ключейкоммутатора 8 подключается к общейточке. При этом вторые ключи коммутаторов 12 и 8 подключаются соответственно к компараторам высокогои низкого уровня аналого-цифровогопреобразователя 15. Таким образомна вход компаратора высокого уровняпоступает напряжение, пропорциональное последовательно вкл 1 очецным основному и дополнительному резисторам4, 6 и проходному сопротивленц 10 второго ключа коммутатора 8, а ца входкомпаратора низкого уровня - напряжение, пропорциональное только проходному сопротивлени 10 второго клоча коммутатора 8, В результате на выходепреобразователя 15 формируется код11, поступающий в блок 16 и пропор 1 1296859Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к цифро.вым термометрам с термопреобразователями сопротивления,Цель изобретения - повышение точ 5ности измерения путем уменьшениявлияния на результат измерения изменений переходных сопротивлений ключейи нелинейности аналого-цифровогопреобра.зователя, а также повышениенадежности работы цифрового термометра,1 а чертеже приведена блок-схемацифрового термометра,Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 сопротивления, подключенный к четырем проводам двухдвухпроводных линий 2 и 3, где КК 1, К, , К, эквивалентны сопротив-,лениям соответствующих проводов линий связи, резисторы 4 и 5, дополнительные резисторы 6 и 7, первый коммутатор 8, второй коммутатор 9, третий коммутатор О, четвертый коммутатор 11, пятый коммутатор 12, шестой коммутатор 13, стабилизатор 14тока, аналого-цифровой преобразователь с компаратором 15 низкого уровня, блок 16 вычисления, блок 17 индикации, блок 18 памяти и блок 19 управления.Каждый коммутатор выполнен в видедвух ключей, информационные входы иуправляющие входы которых соединенымежду собой, Блок вычисления предназначен для приема информации из аналого-цифрового преобразователя изначений коэффициентов из блока памяти, вычисления сопротивления термопреобразователя и определения температуры. В качестве блока вычислениямогут быть использованы как однокристальные микропроцессоры, так и микропроцессорные комплекты БИС серийК 580, К 581 и других, подключение которых осуществляется в полном соответствии с руководством по их применению,Блок 18 памяти предназначен дляхранения значений основных и дополнительных сопротивлений, коэффициентов полинома, аппроксимирующего градуировочную характеристику термопреобразователя сопротивления, а такжепрограммы, по которым блок вычисления осуществляет вычисление сопротивления термопреобразователя иопределение температуры по полиномиальной зависимости сопротивления1963циональный напряжению на посЛедовательно включенных основном и дополнительном резисторах 4 и б, Код И,может быть представлен в видеБ, =а+а, (В +В),где а а, - коэффициенты, зависящие,от коэффициентов передачи измерительного тракта цифрового термометра,изменение которых обус. Оловливает соответственно аудитивную и мультипликативную погрешноститракта;В - сопротивление основного 5Дф. 1резистора 4;Вг - сопротивление дополнительного резистора 6.Во втором такте стабилизатор тока через один из ключей коммутатора 13, 20 основной 5 и дополнительный 7 резисторы и один из ключей коммутатора 9 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 13 и 9 подключаются соответственно к компара торам высокого и низкого уровней преобразователя 15. Таким образом, на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным основному 30 и дополнительному резисторам 5, 7 и проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 9, а на вход компаратора низкого уровня - напряжение, порпорциональное только проходному сопротвлению второго ключа коммутатора 9. В результате на выходе преобразователя 15 формируется код М, поступающий в блок 16 и пропорциональный напряжению на последовательно 40 включенных основном и дополнительном резисторах 5 и 7, Код Бг может быть представлен в виде11 г а+а (В зг. +В эг.г)45 где В , - сопротивление основногорезистора 5;В, , - сопротивление дополнительного резистора 7.В третьем такте стабилизатор тока 5 О через один иэ ключей коммутатора 13, основной резистор 5, двухпроводную линию 3 и один из ключей коммутатора 11 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 13 и 11 подключаются соответственно к компараторам высокого и низкого уровней преобразователя 15, Таким образом, на вход компаратора высокого уровня 859 4поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным резистору 5, сопротивлениям двухпроводнойлинии 3 и проходному сопротивлениювторого ключа коммутатора 11, а навход компаратора низкого уровнятолько напряжение, пропорциональноепроходному сопротивлению второго ключа коммутатора 11, В результате навыходе преобразователя 5 формируется код И , поступающий в блок 16 ипропорциональный напряжению на последовательно включенных резисторе 5и сопротивлениях двухпроводной линии3. Код И может быть представленв видеИ =а,+а,(В,+В+В ),где В , В - сопротивления провоАЗ 14дов двухпроводной линии 3,В четвертом такте стабилизатортока через один из ключей коммутатора 13, резистор 5, провод двухпроводной линии 3, термопреобраэователь 1сопротивления, провод двухпроводнойлинии 2 и один из ключей коммутатора О подключается к общей точке.При этом вторые ключи коммутаторов13 и 1 О подключаются соответственнок компараторам высокого и низкогоуровня преобразователя 15. Таким образом, на вход компаратора высокогоуровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным резистору 5, сопротивлению провода двухпроводной линии 3, сопротивлению термопреобразователя, сопротивлению провода двухпроводной линии 2и проходному сопротивлению второгоключа компаратора 10, а на вход компаратора низкого уровня - напряжение,пропорциональное только проходномусопротивлению второго ключа компаратора 10. В результате, на выходе преобразователя 15 формируется код И4поступающий в блок 16 и пропорциональный напряжению на последовательно включенных резисторе 5, сопротивлении провода двухпроводной линии3, термопреобраэователе сопротивления и сопротивлении провода двухпроводной линии 2. Код И может бытьпредставлен в видеИ=а, +а, (В,+В, +ВС+В),где В 1 - сопротивление термопреобразователя. В пятом такте стабилизатор тока через один из ключей коммутатора 12,резистор 4, двухпроводную линию 2 и один из ключей коммутатора 10 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 12 и 1 О подключаются соответственно к компа 5 ,раторам высокого и низкого уровней преобразователя 15, Таким образом, на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным резис тору 4, сопротивлениям проводов двухпроводной линии 2 и проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 10, а на вход компаратора низкого уровня поступает налряжение, пропор циональное только проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 10. В результате на выходе преобразователя 15 формируется код К, поступающий в блок 16 и пропорциональный 2 О напряжению на последовательно вк 1 поченных резисторе 4 и сопротивлении проводов двухпроводной линии 2. Код И может быть представлен в виде 5115 ао. а (Б и Б +Бм25 где В , Б - сопротивление проводов двухпроводных линий 2. В шестом такте стабилизатор тока через однй из ключей коммутатора 12, резистор 4, провод двухпроводной линии 2, термопреобразователь 1 сопротивления, провод двухпроводной линии 3 и один из ключей коммутатора. 1135 подключается к общей точке. При этом вторые ключи коммутаторов 12 и 11 подключаются соответственно к компараторам высокого и низкого уровней преобразователя 15, Таким образом, на вход компаратора высокого уровня поступает напряжение, пропорциональное последовательно включенным резистору 4, сопротивлению провода.,цвухпроводной линии 2, термопреобразователю 1 сопротивления, сопротивлению провода двухпроводной линии 3 и проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 11, а на вход компаратора низкого уровня-напряжение, пропорциональное только проходному сопротивлению второго ключа коммутатора 11. В результате на выходе преобразователя 15 формируется код Б , поступающий5в блок 15 и пропорциональный цапряже нию на последовательно включенных резисторе 4, сопротивлении провода двухпроводной линии 2, термопреобразователе сопротивления и сопротивлениц провода двухпроводной линии 3. Код М может быть представлен в видеЙ =а, +а, (Б +Б, +ЮБ) .Блок вычисления по командам управления цз блока 19 осуществляет вычисление сопротивления термопреобразователя в соответствии с формулой(БУ 9 1 БЗ 2 2) (БЗ.1 1 э 1,2 )Б=БЛ -11 )+(11 -11 )3, которая является решением системы из шести уравнений, После вычисления сопротивления термопреобразователя определяется температура в соответствии с полиномом, аппроксимирующимградуировочную характеристику термопреобразователя,КоэФФициент С(Б,+Б )-(Б ++В )1, а также коэффициенты апЭ 1. дпроксимирующего полицома заданы в,блоке 18 памяти, По команде, поступающей на его управляющий вход, одиниз этих коэффициентов в соответствиис алгоритмом работы цифрового термометра поступает в блок вычисления,При поступлении команды на управляюший вход блока 17 индикации результат измерения температуры поступаетиз блока вычисления в этот блок, гдеоц сохраняется до поступления новогорезультата измерения, Цикл измерениятемпературы повторяется прп наличиица входе блока 19 управления команды Пускуменьшение влияния проходных сопротивлений ключей на точность измерения сопротивления термопреобразователя достигается за счет схемы сое,цпцепия ключей, которая позволяетв каждом такте измерения формировать ца выхоце преобразователя код,пропорциональный разности напряжений на входах компараторов высокогои низкого уровней, величина которогоце зависит от величины проходных сопротивлений ключей,Благодаря этому увеличивается также надежность работы цифрового термометра, так как в пем можно использовать в качестве ключей как полупроводциковые ключи ца транзисторах, так и БИС коммутаторов, например, серий К 590, К 591, величина проходного сопротивления которых может изменяться в очень широких пределах от экземпляра к экземпляру и имеющих гораздо большую надежность срабатывания чем герконовые реле.1296859 Формула изобретения Составитель В. Куликов Редактор С. Лисица Техред М.Ходанич Корректор С, ПекмарЗаказ 766/42 Тираж 777 Подписное ВНИ 1 НИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Проиэводствеццо-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Уменьшение влияния нелинейности аналого-цифрового преобразователя на точность измерения температуры достигается путем ввода в цифровой термометр двух дополнительных резисторов и подбора величин сопротивлений как основных, так и дополнительных резисторов, исходя из следующих соотношений:Я гч 2 ЯыинВ " л +2 В)где П 1, - соответственно1 гладисминимальная и максимальная величина сопротивлений термопреобразователя;К - сопротивление провода.При этом результаты ИИ, И попадают в окрестность одной точки,а результаты И И И, - в окрестность другой точки нелинейной характеристики аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, разброс результатов, получаемых на выходе преобразователя, сводится к минимуму, и тем самым уменьшается влияние на точность измерения нелинейности характеристики аналого-циФрового преобразователя. Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь сопротивления, включенный по четырехпроводной схеме, стабилизатор тока, аналого-цифрогой преобразователь с компаратором высокого и компаратором низкого уровней, два резистора, первые выводы которых соединены соответственно с первым и четвертым проводами четырехпроводной линии связи, блок вычисления, первый вход которого соединен с выходом аналого-циФрового преобра-. зователя, второй вход подключен к выходу блока памяти, а выход соединенс блоком индикации, блок управления,выходы которого подключены соответственно к управляющим входам аналогоцифрового преобразователя, блока вычисления, блока памяти и блока индикации, о т .и и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения эа счет уменьшения влияния1 О на результат измерения изменений переходных сопротивлений ключей и нелинейности аналого-цифрового преобраэоватепя, в него введены шестькоммутаторов, каждый из которых вы 15 полнен в виде двух ключей с соединенными между собой информационными иуправляющими входами, и два дополнительных резистора, первые выводыкоторых соединены соответственно спервыми выводами резисторов, а вторыевыводы подключены соответственно квходам первого и второго коммутаторов, первые выходы которых подключены к компаратору нижнего уровня ана 25 лого-цифрового преобразователя, соединенному с первыми выходами третьегои четвертого коммутаторов, а вторыевыходы подключены к общей точке цифрового термометра, соединенной с вто 30 рыми выходами третьего и четвертогокоммутаторов, входы которых соответственно соединены с вторым и третьимпроводами линии связи, вторые выводы резисторов подключены соответственно к входам пятого и шестого коммутаторов, первые выходы которых подключены к компаратору верхнего уровняаналого-цифрового преобразователя,а вторые выходы соединены с первым40 выводом стабилизатора тока, второйвывод которого подключен к общей точке термометра, при этом управляющиевходы коммутаторов соединены с дополнительными выходами блока управ 45 ления,