Измеритель температуры

(51 4 С 01 11 Л О 5 Я РЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР(71) Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения АН СССР(56) Авторское свидетельство СССР Р 998872, кл. О 01 К 7/02, 1979.Европейский патент ЕР 0120102 А 1, кл, О 01 К 7/20, опублик, 1984, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к области температурных измерений и позволяет повысить быстродействие измерителя, Аналого-цифровой преобразователь 8 по сигналам с блока 12 управления формирует коды И , И , Б , пропорциональные сопротивлению термопреобразователя сопрбтивления 3, пер-,вого 4 и второго 5 эталонных резис/торов, подключаемых с помощью комму-;таторов 1, 2 к источнику тока 7 иизмерительному усилителю 6. С выходов регистров 9, 10, 11 коды И, ИхФр Ви И поступают на первый 13 и второй14 блоки вычитания. На выходе третьего блока вычитания 15 формируется код, соответствующий максимальноймультипликативной ошибке, которыйпоступает в блок регистров 17. С помощью блока вентилей 16, на входыкоторого поступает сигнал, пропорциональный сопротивлению термопреобразователя, на выходе блока регистровформируются коды, сумма которь 1 х равна мультипликативной погрешности измерения. Блок сумматоров 18 формирует скорректированный результат измерения, 3 ил,1471085 Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при построении точных систем измерения и регулирования температуры.Целью изобретения является повышение быстродействия измерителя температуры.На фиг. 1 приведена структурная схема измерителя температуры; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления; на фиг. 3 - функциональная схема блока сумматоров,Измеритель температуры содержит первый коммутатор 1, второй коммута" тор 2, термопреобразователв 3 сопротивления, два опорных резистора 4 и 5, измерительный усилитель 6, источ- ник 7 тока, п-разрядный аналого-цифровой преобразователь 8, три регистра 9 - 11, блок 12 управления, первый блок 13 вычитания, второй блок 14 вычитания, третий блок 15 вычитания со схемой задания кода (не показана), блок 16 вентилей, блок 17 регистров и блок 18 сумматоров.Блок 12 управления может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг. 2. Он содержит первый одновибратор 19, счетчик 20, первый элемент 21 задержки, элемент ИЛИ 22, дешифратор 23, второй элемент 24 задержки, второй одновибратор 25 и третий элемент 26 задержки.Блок 18 сумматоров содержит двухвходовые сумматоры 27-29 и блок 30 вычитания.Измеритель температуры работает следующим образом.По переднему фронту сигнала "Пуск", поступающему на вход блока 12 управления, одновибратор 19 формирует импульс запуска, который обнуляет счетчик 20. Нулевой код с выхода счетчика 20 поступает на управляющие входы коммутаторов 1 и 2. Тем самым ток с выхода источника тока поступает в термопреобразователь 3 сопротивления, подключенный к нулевым каналаь коммутаторов 1 и 2. Падение напряжения с выводов термопреобразввате". ля 3 через нулевой канал коммутатора 1 поступает на входы измерительного усилителя 6, Нормированный сигнал с выхода усилителя 6 преобра" зуется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 8, запускаемом также импульсом с одновибратора 19,задержанным в элементе 21 задержкина время переходных процессов вкоммутаторах и усилителе 6. Импульсзапуска на управляющий вход АЦП 8поступает с выхода элемента ИЛИ 22.Код преобразованного сигнала И свыхоца АЦП 8 поступает на входы регистров 9-11 и записывается в регистр 11 по сигналу с дешифратора23, Импульс "Конец преобразования"с выхода АЦП 8 поступает на счетный 5 вход счетчика 20 через элемент 24задержки, задерживающий его на время, необходимое для записи результата преобразования в регистр 11,Счетчик 20 устанавливается в следу ющее состояние (" Единица" ), Сигналыс выхода счетчика 20 поступают науправляющие входы коммутаторов 1и 2, которые включают в измерительную цепь первый опорный резистор 4.25 . По фронту импульса с выхода АЦП 8одновибратор 25 формирует второй импульс запуска АЦП 8, который черезэлемент 26 задержки и элемент ИЛИ 22поступает на управляющий вход АЦП 8 30 и запускает его. На выходе АЦП 8 .формируется код Б, пропорциональныйсопротивлению первого эталонногорезистора, который записывается врегистр 10, открытый сигналом с дешифратора 23. Второй импульс "Конецпреобразования" с выхода АЦП 8 поступает на счетный вход счетчика 20через элемент 24 задержки и устанавливает его в следующее состояние 40 (состояние Два). Этот код с выходасчетчика 20 включает вторые каналыкоммутаторов. В этот раз на выходеАЦП 8 формируется код Б р, пропорциональньй сопротивлению второго опор ного резистора 5, который записывается в регистр 9. Импульс "Конецпреобразования" через элемент 24 задержки поступает на счетчик 20 и устанавливает его в состояние "Три",В этот раз одновибратор 25 закрытсигналом с дешифратора 23, поступающим на вход блокировки одновибратора 25 (вход В). Сопротивление первого резистора выбирается равнымсопротивлению термопреобразователясопротивления в начальной точке диапазона измеряемых температур, а сбпротивление второго резистора выбирается равным сопротивлению термопреоб314710854 разователя 3 в конце диапазона из- которая ввиду малости величины мерения. ЯрИр( лр И р "-0 и не различима в ко 1Коды Ир, ИР, Ир связаны с точны- де АЦП) принимает внд ми кодами И", И И т сигналов, пропорциональных сопротивлениям термо 5преобразователя и опорных резисторов, (И (И И хР соотношениямии к хИ = И т р хИРИрИ2 х 2 ( И 2 АИ" +АИ" +АИт45 На входы блока 16 вентилей с выходов 1 - 1 старших разрядов регистх ра 11 поступают коды сигнала Ир = х2 Ы где а; - разрядный коэфхО где И а - аддитивная погрешностьизмерения всего измерительного тракта;А - коэффициент, обусловленный мультипликативной погрешностью,При этом точные значения кодов, 20соответствующие температуре в начальной (И 2 = 0) и конечной (И)точках диапазона измерения измерителяизвестны априорно.Выражения (1) можно представить 25в видех х х- И т 1 И м + И а 11И - И -ЛИ + Иа (2)Ир - Ит - 1 Им+ Бавгде ВИ = Б,(1 - А),= И (1 - А)2И, = И,(1 - А) - значения муль 35типликативных погрешностей,соответствующие кодам Б2И р и И рТак как И = О, то максимальноезначение мультипликативной погрешнос ти можно представить в виде где 1 - количество разрядов числаД Ив двоичном коде, которым соответствует мультипликативная погрешность, 50различимая в коде АЦП;.- разрядные коэФфициенты,1Зная значение максимальной мультиплнкативной погрешности,др, точное значение сигнала И, термопреобразохвателя можно определить по формулех, х х 2 Ит= Ир+ др Ир- Ир+ Лр Ирв(4) х с- -1 хгде Ир = г. 2 Ы - реальный код измеряемого сигнала;п - число разрядовчисла И в двоичном коде,хо; - разрядные коэффициенты.При измерении температуры коды1И и Ир с выходов регистров 9 и10 поступают в блок 13 вычитания,на выходе которого формируется разность (И р - И Р)ехКоды Ир и Ир с выходов регистров 10 и 11 поступают на выходы блока14 вычитания, на выходе которогоформируется разность (И - И ), Разность (И - И ) с выхода блока 13Рвычитания поступает на первые входыблока 15 вычитания, на вторые входы1которого поступает код числа И1Так как код числа И известен априорно, то он может быть сформированпутем подачи соответствующего напряжения на вторые входы блока 15 вычитания. С выхода блока 15 вычитания1 х 1 2 хрезультат, разности бр= И,-(И -И р),соответствующий значению максимальной мультипликативной погрешностиизмерителя, поступает на соответствующие регистры блока 1 регистров.При этом если разрядность числаЛ, то на блок регистров подается (1 - 1) старших разрядов кода.При этом в первый регистр записывается код погрешности, возникающий привключении старшего (первого) разряда АЦП, во второй регистр - погрешность, возникающая при включениивторого разряда преобразователя,и т,д, (на Фиг. 1 блок 17 регистровсодержит четыре регистра, 1 - 1=4).14 Фициент, равный нулю или единице. При этом в первый вентиль подается сигнал, соответствующий коэффициенту а старшего (1 = и) разряда, во второй - сигнал, соответствующий коэффициенту, и т.д, С приходом управляющего сигнала с деши- ратора 23 блока управления на выходах вентилей формируются сигналы, соответствующие разрядным коэЯициентам. с;, подаваемым ца входы вентилей,э Кдиничные сигналы О тк рыл аю т соответствующие регистры блока 17 и сигналы с их выходов поступают в блок 18 сушаторов, где суммируются, Формируя сигнал мультипликативной погрешности соответствлзпии коду сигнала термопреобразователя, Зто: код суммируется с соответствующим знаком с кодом сигнала, поступающего с выхода блока 14 вычитания, в результате чего на выходе блока 18 формируется в соответствии с формулой (5) код точного сигнала термопреобразователя.Повышение быстродействия измерителя достигается путем сокращения времени, затрачиваемого на коррекцию кода результата, которое практи-. чески определяется временем суммирования чисел в блоке 18 сумматоров. Формула и з о б р е т е н и я Измеритель температуры, содержащий первый и второй коммутаторы, вы-. ходы которых соответственно соединены с первым входом измерцтельного усилителя и первым выводом источника тока, первый, второй и третий входы которых соединены соответственно между собой и подключены к первым выводам термопреобразователя сапро 71085 6тивления и двух опорных резисторов,вторые выводы которых подключены квторому выводу источника тока, соединенному с вторым входом измерительного усилителя, выход которого подключен к входу аналого-циФровогопреобразователя, три регистра, входыкоторых подключены к выходу аналогоциФрового преобразователя, а управляющие входы соединены соответственно с первым, вторым и.третьим выходами блока управления, четвертыйвыход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, пятыйвыход подключен к входу запуска аналого-циФрового преобразователя, выход "Конец преобразования" которогосоединен с входом блока управления,первый блох вычитания, входы которого соединены соответственно свыходами первого и второго регистров,второй блок вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами второго и третьего регистров,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения быстродействия измерителя, в него введены блбк вентилей, блок регистров, блок сумматоров и третий блок вычитания со схемой задания кода, первый вход которого соединен с выходом первого блокавычитания, второй вход связан сосхемой задания кода, а выходы подключены к информационным входам блока. регистров, управляющие входы ко- ЗБторого соединены с выходами блокавентилей, входы которого подключенык выходу третьего регистра, а управ ляющие входы соединены.с шестым выходом блока управления, при этомвходы блока сумматоров соединены свыходами блока регистров и выходомвторого блока вычитания.147 085 ФЪГ ащ Составитель В, Куликовактор С. Пекарь Техред М,Дипык Корректор И. Муска аказ 1601/45 Тираж 57НИИПИ Государственного комитета и м при ГКНТ СС113035, Москва, ЖПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,1 3 Подписное о изобретениям и открытия 35, Раушская наб., д. 4/5 к%Я к Ы 10 К Иб к бп. 16