Цифровой термометр

(54) ЦИФРОВ 0111 Т 1 Р.Ч( (57) Изин)рстенис относит ным измерениям. Цель пзос п)ение ТО )пс)сти измерении за пси псен пс)сти. Тор)ом)тр тс; Ьь й ) р(001) с)зоват)л 1 дифференциальный усилит ключ 5, источник 6 опор генератор 7 напряжения, п напряжения в интервал тор 10 опорной час готы, )с устр-во 20, источник 21 нд ния и резистор 22. Ввелспис п Ол 5 1) и 0 ст и, и, ю ч и 8, э, с . гриГерон 1 о и 1, э,)сспт залержки, элементд И,1 И счетчика 14 импульсов н Ос связей меж;су элемснтдмп шить влияние на результат фа параметров эг)л)снтовОрско-те);ног)о роизволствецно ч и Львовски) м. Ленинского бельский, С. А. Савенко о СССР1981.СССР1976. армс)чс)рд. 34:й СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное коцстругическое бюро Львовскогого объелинени 5 Ювег)ирпрополитехнический институткомсомола(2) Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к цифровым термометрам с коррекцией характеристики термопреобразователя.Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения дрейфа параметров элементов термометра, а также повышение помехозашищенности.На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового термометра; на фиг. 2 - 10 временные диаграммы работы основных узлов термометра; на фиг. 3 - структурная схема интегрирующего преобразователя напряжения в интерал времени.Цифровой термометр содержит первичный измерительный преобразователь 1 температуры, переключатель 2 полярности, дифференциальный усилитель 3, резистор 4, первый ключ 5, источник 6 опорного напряжения, функциональный генератор 7 напряжения, второй ключ 8, интегрирующий преобразователь 9 напряжения в интервал времени, генератор 10 опорной частоты, первый элемент И 11, второй элемент И 12, третий элемент И 13, реверсивный счетчик 14 импульсов, первый триггер 15, второй триггер 16, четвертый элемент И 17, схему 18 25 задержки, элемент ИЛИ 19, цифровое отсчетное устройство 20, источник 21 напряжения смещения и второй резистор 22.Первый вход 23 интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени подключен к выходу первого ключа 5, второй вход 24 - к выходу второго ключа 8, третий вход 25 соединен с шиной Пуск, а четвертый вход 26 подключен к выходу генератора опорной частоты, Первый выход 27 интегрирующего преобразователя 9 соединен с управляющим входом первого ключа 5, второй выход 28 соединен с первым входом первого элемента И 11 и инверсным входом где Йо, Й и Я - значения сопротивлений соответственно резисторов 22, 4 и 36;С - емкость конденсатора интегратора.В момент 1 открывается ключ 42 (фиг, 3) и на счетчик 43 импульсов от генератора 10 опорной частоты поступают импульсы с частотой о.При достижении в счетчике 43 импульсов числа Ио (обычно равного полному объему счетчика) в момент 1 г первый такт заканчивается.Время интегрирования составляет триггера 16, а третий выход 29 подключен к первому входу четвертого элемента И 17,Интегрирующий преобразователь 9 напряжения в интервал времени содержит первый ключ 30, второй ключ 31, третий ключ 32, четвертый ключ 33, интегратор на основе операционного усилителя 34 с конденсатором 35, резисторами 36 - 38 и корректирующим конденсатором 39, схему 40 сравнения, цифровой автомат 41, пятый ключ 42 и счетчик 43 импульсов.Цифровой термометр работает следующим образом.В исходном состоянии по сигналу Пуск триггеры 15 и 16, реверсивный счетчик 14 сбрасываются в нулевое состояние, а преобразователь 9 напряжения в интервал времени приводится в исходное состояние. По сигналу Пуск преобразователь 9 начинает свою циклическую работу. Выходной сигнал Е первичного измерительного преобразователя температуры 1, например термоэлектрического преобразователя, через переключатель 2 полярности подается на вход дифференциального усилителя 3, где усиливается до номинального уровня (1 - КЕ), где К - коэффициент усиления усилителя 3. К входу переключателя 5 через резистор 22 подается напряжение У, источника 21 напряжения смещения, а через резистор 4 - выходное напряжение (/=Удр -- КЕусилителя 3, где Сдр - дрейф нуля усилителя 3. С выхода ключа 5 сигнал поступает на первый вход 23 интегрирующего преобразователя 9, В первом такте с момента 1 до 1 г (фиг. 2) цифровой автомат 41 (фиг. 3) замыкает ключ 30 и переводит ключ 5 в нижнее положение.Резисторы 4 и 22 образуют аналоговый сумматор, Выходное напряжение интегратора (фиг. 2 а) изменяется по закону г 01 - К Ех) с 1 С, (1) В момент 1 г счетчик импульсов переходит в нулевое состояние, а цифровой автомат 41 замыкает ключ 31, В момент Ь (фиг. 2 в) включается ключ 31 и напряжение Уо источника 6 через токозадаюший резистор 36 с сопротивлением Й подключается к входу интегратора (фиг. 3). Выходное напряжение интегратора линейно уменьшается и в момент 1 з становится равным порогу У, срабатывания сравнивающего устройства 40. Этот момент (фиг, 2 а) фиксируется сравнивающим устройством 40, представляющим собой разомкнутый широкополосный усилитель постоянного тока, В момент Ь заканчивается второй такт преобразования. Баланс зарядов на конденсаторе 35 соответствует условию(1 О) 55 где ао 1, а 11, а 21, , а(111 - постоянные коэффициенты.Развертывающую величину (напряжение) Ао генерирует функциональный генератор 7 напряжения. Начиная с момента 1 сг 1 с О,с) + ----В момент Ь 2 выходной сигнал на втором выходе 28 преобразователя 9 опрокидывает триггер 16 в единичное состояние (фиг. 2 д) и открывает элемент И 11 на время (1 з - Ь), в течение которого через открытый элемент И 12 на вычитаюший вход реверсивного счетчика поступает М 1 импульсов. Число М равно с К Г Бс(к.к,) э"(к,к,) 3 .рк кх с 1 + в в в в) ( - Ех)0 о (к+к 1) В момент Ь цифровой автомат 41 возвращается в исходное состояние, в котором ключи 30, 31 и 42 разомкнуты, а ключи 32 и 33 замкнуты. Начиная с момента з, аналоговая часть прибора автоматически корректируется. В момент Ь цифровой автомат 41 вновь формирует временной интервал длительностью д 4 - 2 вФ4(5)Триггер 16, переходя в момент 12 из нулевого состояния в единичное, вызывает срабатывание переключателя 2, который переключает выводы термопреобразователя 1, в результате чего на выходе дифференциального усилителя 3 формируется напряжение (/2=БДР+КЕкоторое и подается на вход преобразователя 9 в течение интервала времени (1 - 14) совместно с напряжением от источника 21 напряжения смешения. Эти напряжения, аналогично как (/1 и (/, в процессе двухтактного интегрирования в преобразователе 9 преобразуются во временной интервал 1 о - 1 путем интегрирования во втором такте напряжения (/о источника 6. Поскольку (/2)(/1, то в момент 1 ь триггер 16 опрокидывается в нулевое состояние, элемент И 13 открывается и импульсы с частотой следованиЯ о наци ают постУпать с выхода элемента И 11 на суммирующий вход реверсивного счетчика 14. В момент Ь реверМс,р КЕх) с 1 ) Бос = цс. (3)1г сивный счетчик 14 переходит в нулевое состояние, Сигнал на выходе нуля реверсивного счетчика 14 опрокидывает триггер 15 в единичное состояние. Единичный сигнал с единичного выхода триггера 15 запускает функциональный генератор 7 напряжения и переводит ключ 8 в нижнее положение.Учитывая баланс заряда на конденса торе 35 интегратора и равенство Ь - 14= =Ь - 11= - , имеемЦ 11 сОс с(Р+к )с кс Так как )1(16 - Ь)=11(Ь - 1), что фиксируется в момент перехода через нуль реверсивного счетчика 14 (момент 1 о), то, вычитая из выражения (6) выражение (4), получаем Таким образом, напряжение с/2 на конденсаторе 35 интегратора в момент ; не зависит от напряжения дрейфа и равно 352 (г - ) К Ех(к+к) с Если функция преобразования термопреобразователя описывается полиномом п-й степени Е(8) = Ь 8 + Ьгб ++ Ьб", (9) где О - температура;61, , а. - постоянные коэффициенты, то для получения линейного отсчета развертывающая величина должна быть выражена зависимостью А, = ао, + а + а 21 ++а, 14048441 о, происходит разряд напряжения У,г до момента равенства выходного напряжения интегратора порогу К срабатывания сравнивающего устройства.При этом справедливо соотношение 2 МоК-- (ЬЭ+ Ь 6++Ь ) +Г (К +К,) С+ + а,1,е. ) с 1 е = ЦНПосле интегрирования напряжения Аов интеграторе преобразователем имеем152 МоК г+ ) = О,и х 7 б Вводя обозначения ао=а, а" аг, Зх -2 М,К 1- (Ь,О + Ь,6 Ь 6) -- хГ. а+К,)Х(а, Т+ а,Сх а) = д,35 2 М К Ь 9к, (к+к,) а, - х К 2 М. К Ьгб а, С"Д (14) 40 0 (К+1 ) Ю Сх 2 М К. Ь 6 Е, (+К ) 45Отсюда получаем пропорциональность временного интервала 1 значению измеряемой температуры О.При о кратном 10, где т=О, 1, 2, значение измеряемой температуры Обудет непосредственно связано с числом импульсов И, подсчитанным счетчиком 14 за интервал времени Т 8= М= й, Е = 10 С. (15) 55Функциональный генератор 7 напряжения, вырабатывающий нелинейно изменяющееся во времени напряжение Ао, может быть вы полне н в виде посл едовател ьно вклю 30Выбором численных значений Ио, К, о, Йь Я, аь аг, , ас учетом бь бг, , 6 исходя из градуировочных характеристик термопреобразователя, можно обеспечить равенства ченных источника опорного напряжения и (и - 1) интеграторов и сумматора, входы которого соединены с выходами источника опорного напряжения и интеграторов,В схему цифрового термометра источний 21 напряжения смещения и резистор 22 введены, исходя из следующих соображений. В связи с тем, что термоЭДС Етермопреобразователя 1 в первом цикле измерения посредством переключателя 2 полярности подается на входы дифференциального усилителя 3 с отрицательной полярностью, а во втором цикле - с положительной, то для обеспечения одинаковой полярности напряжений (l и Уг на выходе усилителя 3 выбирают такие численные значения выходного напряжения источника 21 смещения и сопротивления резистора 22, чтобы Б,-Е и тем самым У и Уг будут всегда одинаковой полярности.По сравнению с известным термометром результат измерения не зависит от порога срабатывания У, сравнивающего устройства и дрейфа нуля lдифференциального усилителя.Кроме того, поскольку несимметричные электромагнитные помехи за время интегрирования (1 г - 1) и (Ь - 14) эквивалентны постоянной составляющей на входе усилителя 3, и как Уносят аддитивный характер, то их воздействие на результат измерения в цифровом термометре также устраняется. Формула изобретенияЦифровой термометр, содержащий первичный измерительный преобразователь температуры, два резистора, первый ключ, интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, генератор опорной частоты, источник напряжения смещения, цифровое отсчетное устройство, источник опорного напряжения, функциональный генератор напряжения и дифференциальный усилитель, выход которого через первый резистор и первый ключ соединен с первым входом интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с шиной Пуск и выходом генератора опорной частоты, а первый выход подключен к управляющему входу первого ключа, вход которого соединен через второй резистор с выходом источника напряжения смещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены переключатель полярности, второй ключ, четыре элемента И, два триггера, реверсивный счетчик импульсов, схема задержки. и элемент ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом схемы задержки и шиной Пуск, а выход соединен с входами установки в нулевое состояние первого триггера и реверсивного счетчика, информационные выходы которого соединены соответственно с информационными входами цифрового1404844 Фи гв Составитель В Текред И. Верес Тираж 607 ного комитета СССР п осква, Ж - 35, Раун рафическое предприителактор Г. Волковааказ 3092/43ВНИИПи Государствен3035, МПроизводственно.поли 7отсчетного устройства, а выход нуля соединен с входом установки в единичное состояние первого триггера, единичный выход которого подключен к управляющим входам функционального генератора напряжения и второго ключа, входы которого соединены 5 соответственно с выходами функционального генератора напряжения и источника опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом интегрирующего преобразователя напряжения в интервал времени, второй выход и четвертый вход которого подключены соответственно к первому и второму входам первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соответственно соединены с вычитаю щим и суммирующим входами реверсивного счетчика, а вторые входы подключены соответственно к единичному и нулевому выходам второго триггера, соединенным соответственно с управляющим входом переключателя полярности и первым входом четвертого элемента И, выход которого соединен с входом схемы задержки и управляющим входом цифрового отсчет ного устройства, а второй вход подключен к третьему выходу интегрирующего преобразователя в интервал времени, второй выход которого соединен со счетным входом второго триггера, вход установки в нулевое состояние которого подключен к шине Пуск, причем выходы первичного измерительного преобразователя температуры через переключатель полярности подключены к входам дифференциального усилителя.. КуликовКорректор Г. РешетнякПодписноео делам изобретений и открыгийскан наб., д. 4 5ие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4