Цифровой измеритель температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1583757 у 5 001 К 7/ ЕТ о СССР979.о СССР980. ЕЛЬ ТЕМПЕРА ОВОИ ИЗМ(5 к области тем озволяет повы я в условия ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится пературных измерений и и сить точность измерен высокого уровня промышленных помех, Сигнал от термопреобразователя 1 поступает через аналоговые ключи 13, 2, 6, конденсатор 9, нормирующий усилитель 4 на входы аналого-цифрового преобразователя 14. Линеаризация характеристики термопреобразователя, коррекция аддитивной погрешности осуществляется с помощью счетчика 15, постоянного запоминающего устройства 16, цифроаналогового преобразователя 5, источника 17 опорного напряжения и аналоговых ключей 3, 7, 8, 10, 11, 12, управляемых сигналами с блока 18 управления. Результат измерения формируется в блоке 18 управления. 3 ил,Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к цифровым измерительным приборам с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей с индивидуальной градуировочнол характеристикой, обусловленной технологическим разбросом при изготовлении.Целью изобретения является повышение точности измерений в условиях высокого уровня помех,На фиг.1 г редставлена функциональная схема измерителя; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового измерителя, на фиг.3 - схема блока управления,Цифровой измеритель температуры содержит термопреобразователь 1, первый аналоговый ключ 2, второй аналоговый клоч 3, нормирующий усилитель 4, цифроаналоговыл преобразователь(ЦАП) 5, третий аналоговый кл 1 оч 6, четвертый аналоговый ключ 7, пятый аналоговый клоч 8, конденсатор 9, шестой аналоговый ключ 10, седьмой аналоговый ключ 11, восьмой аналоговый клоч 12, девятый аналоговый кл 1 оч 13, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 14, счетчик 15, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, источник 17 опорного напряжения и блок 18 управления.Блок 18 управления содержит (фиг.2) генератор 191 актсвых импульсов (ГТИ), генератор 20 цикла измерения (ГЦИ), формирователь 21 интервала времени (то,11) такта коррекции, формирователь 22 интервала времени (т 1, 1) первого такта интегрирования, триггер 23 управления вторым тактом интегрирования, триггер 24 определения знака разности сигнала Р (О) - О (Оо)1, реверсивный счетчик 25 результата измерения, буферный регистр 26, логические элементь 1 2 И 27 - 31, логические элементы НЕ 32 и 33, дифференциру 1 ощие цепи 34 - 36, логические лементы 2 ИЛИ 38 - 40 и логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 41,АЦП 14 выполнен по схеме двухтактного интегрирования с коррекцией смещения нуля. На выходе АЦП 14 формируется сигнал, информативным паоаметром которого является интервал времени (длительность второго такта интегрирования).Усилитель 4 имеет дифференциальныевход и выход,Период следования импульсов ГЦИ 20 блока управления выбирается кратным периоду промышленной или бортовой сети,Частота ГТИ 19 блока упоавления определяется погрешностью дискретности преобразования, длительностью второго такта 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 интегрирования и длиной диапазона измерения.Цифровой измеритель температуры работает следующим образом,В момент времени 1 о(для простоты анализа совпадающий с появлением импульса на выходе ГЦИ 20) формирователи 21 и 22, триггер 23, счетчик 25 (фиг,3) и счетчик 15 (фиг.1) устанавливаются в нулевое состояние. Первый (условно) тактовый импульс с выхода ГТИ 19 запускает формирователь 21, в результате чего на его выходе появляется уровень "Лог, 1", который подается на управляющие входы аналоговых ключей 7, 8.11 и 13 и аналогового ключа (не показан) цепи коррекции смещения нуля, находящегося в АЦП 14.Дальнейшее рассмотрение работы устройства предполагает соответствие "Лог. 1" на управляющем входе аналогового ключа открытому состоянлю ключа,Входное напряжение нормирующего усилителя 4 при открытых ключах 11 и 13 равно нулю и в АЦП 14 производится коррекция его аддитивной погрешности с учетом напряжения смещения нуля усилителя 4,Счетчик 15, находящийся в нулевом состоянии, обеспечивает выборку из ПЗУ 16 двоичного числа М 0, которое определяет выходное напряжение ЦАП 5. Через открытые аналоговые ключи 7 и 8 конденсатор 9 зарядится до напряжения О., равного выходному напряжению термопреобразователя 1 в начальной точке диапазона измерения, определяемого выражениемОойОс = -- , (1)2 пгде Оо - напряжение на выходе источника 17 опорного напряжения;и - значение разрядности ЦАП 5;Мо - десятичный эквивалент двоичного числа йо по нулевому адресу ПЗУ 16.В момент времени И на выходе формирователя 1,появится "Лог. О", согласно которому аналоговые ключи 7, 8, 11 и 13 закроются, а АЦП 14 перейдет в режим интегрирования. Перепад логических уровней на выходе формирователя 21, воздействуя на вход разрешения Ч формирователя 22, вызовет появление "Лог, 1" на его выходе, согласно которой откроются ключи 2, 3 и б, При этом на входе усилителя 4 будет иметь место разность напряжений О (0) - О (Оо), где О (Оо) - напряжение с выхода термопреобразователя 1, а напряжение на выходе интегратора станет линейно изменягься, К моменту времени 12 приращение напряжения на выходе интег1583757 Ратора будет определяться выражением вида пад уровней, который через элемент 2 ИЛИ 40 поступит на счетный вход счетчика 15, который, изменив состояние, обеспечит выборку из ПЗУ 16 двоичного числа йг, что приведет к изменению значения напряжения на выходе ЦАП 5. Напряжение на выходе интегратора АПЦ 14 в момент времени 12. будет равно 2О= - Х (О (О) - О (ОосИ =(4) где К - коэффициент усиления усилителя 4;т - постоянная времени интегрирования10КОо Йфг еАЦП 14инт 2.1 = Оинт,1 - ./ 0 =2"(тг - 11) - длительность первого тактаинтегрирования.Перепад логических уровней на выходеформирователя 21 в момент времени 11 установит счетчик 25 результата в состояние,соответствующее кодовой комбинации на ДЕ Й 1 - ДЕСЯтИЧНЫй ЭКВИВаЛЕНт ДВОИЧНОГОвходах установки счетчика.числа йВ момент времени 12 выход формиро- Пусть (2.1 - тг) = ЛТ. Тогда в моментвателя 22 устанавливается в состояние вРемени 12. + ЬТ на счетчик 15 поступит"Лог. 1", аналоговые ключи 2,3 и 6 закроют- следУющий импульс, напряжение на выходеся, перепад логических уровней на выходе ЦАП 5 изменит свою величину, а напряжеформирователя 22 через инвертор 32 пере ние на выходе интегратора будет опредеключит триггер 23 в единичное состояние ляться выражением вида(на входе О триггера постоянно присутству 25ет иЛог. 1"), при котором единичный сигналс его выхода поступает на первые входы Оинн 2.2 =Оини 2и 22 Т -, - 1элементов 2 И 27 - 30 управления ключами 10 - 13.Рассмотрим работу триггера 24 опредеК Ц) ч--- Йг ЬТ,ления знака разности О (О) - О (Оо),Пусть разность О (О) - О (Оо)О. Тогда всоответствии с представляемым графиче гДе Иг -ДесЯтичный эквивалент Двоичногоским материалом к моменту времени тг на 35выходе компаратора АЦП 14 будет сформи- Процесс выбоРки чисел й 1 из ПЗУ 16Рован низкий уровень напряжения, соответ идет из массива памяти, признаком котороствующий "Лог, 0". Перепад логических го является наличие "Лог. 0" на дополниуровней на прямом выходе триггера 23 ус- тельном входе ПЗУ 16 для положительныхтановит прямой выход триггера 24 в сос 4 значений Разности, О (О) - О (Оо).яние "Лог. 0", при этом открываются В случае О (О) - О (Оо) (О напряжеаналоговые ключи 11 и 12; напряжение на ние на выходе интегратора в момент времевходах усилителя 4 изменяет полярность, а ни тг будет положительным, а состояние наизменение состояния счетчика 15, вызван выходе компаратора будет соответствоватьное прохождением перепада напряжения с 45 "Лог. 1". ПеРепад уровней на выходе триггепрямого выхода триггера 23 через диффе Ра 23 обеспечит установку прямого выходаренцирующую цепь на счетный вход, обус тРиггера 24 в состояние "Лог. 1", при этомловлиеает выборку двоичного числа д на открываются аналоговые ключи 10 и 13;цифровые входы цАП 5 из ПЗу 16 по перво- знак напряжения на входах усилителя 4 буму адРесу. Таким образом, в момент време дет пРотивоположен знаку разности напряни тг напряжение на входах усилителя 4 жений О (О) - О (Оо). Процесс выборкиизменяет свои значение и знак. чисел из ПЗУ 16 идет аналогично описанноЗтим же перепадом уровней разреша- му за исключением того, что выбоРка идетется поступление импульсов с выхода ПИ из массива памяти, признаком которого яв 19 через элемент 2 И 31 на счетный вход С. 55 ляется наличие "Лог. 1" на дополнительномсчетчика 25 результата, а "Лог. " на инвар- адресном входе ПЗУ 16 (для отрицательныхсном выходе триггера 24 обеспечивает пря- значений разности О (О) - О (6 Ъ.мой счет импульсов. Для момента времени тг = тг + ЛТВ момент времени тгна одном из вы- спРаведливо выРажениеходов счетчика результата появится пере-.35 Ио = - ,О(О);2"Оо 1К 0 оОинт 2, = Оинт 1 -- ЛТЯЙ, (5)2 п1где Й - десятичный эквивалент двоичногочисла й по 1-му адресу ПЗУ 16.В момент времени тз =- сг+ ЬТ в (анализ ведется для значений измеряемой температуры, пропорциональных шагукусочно-линейной аппроксимацииЛТ-д =СОПЯ при= в) выражение будет 10равно нулю,Компаратор АЦП 14 изменит свое состояние на противоположное, на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 41 будетиметь место неравнозначность логическихуровней, что вызовет переход выхода данного элемента в состояние "Лог. 1", Этотперепад логических уровней дифференцируется дифференцирующей цепью 35 и через элемент ИЛИ 37 поступит на вход Ятриггера 23, прямой выход которого установится в состояние "Лог, 0". Аналоговые ключи, находящиеся в открытом состоянии,закроются, а перепад логических уровней 25на инверсном выходе триггера 23 черездифференцирующую цепь 34 поступит навход записи С регистра 26, где результатизмерения хранится до окончания следующего цикла измерения, 30Для того, чтобы результат измерениябыл бы прямо пропорционален измерямойтемператуое, необходимо соответствие чисел Мо, й системе уравнений Ис --- " О (О) - О (О - ), (6) 40 Оо ЛТ где Т 1 - длительность первого такта интегрирования (т 2 - О):45ЛТ - длительность шага кусочно-линейной аппроксимации ЛО;О - дискретные значения измеряемой температуры по диапазону измерения с шагом ЛО,1=-1, , сп.Результат измерения для значений тем пературы, кратных шагу кусочно-линейной аппроксимации ЬО, определяется формулойО = 9+ауп О (О) - О (О о- (сз - с 2),где (.Ь- число, которое записывается в счетчик результата СТ 10 в момент времени с 1; зиппо (О (0) - О (О о - функция знака разности (0(О) - 0(Оо, равная; +1 - для положительных значений разности; -1 - для отрицательных значений разности; 0 - для нулевого значения разности,В точках диапазона измерения, лежащих между узлами кусочно-линейной аппроксимации, будет иметь место погрешность аппроксимации, пропорциональная отношению длины диапазона измерения к числу участков (числу чисел гц),Формула изобретения Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразовэтель, нормирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, постоянное запоминающее устройство, адресные входы которого соединены с выходом счетчика, а выходы подключены к цифровым входам цифроаналогового преобразователя, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами счетчика и аналогоцифрового преобразователя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях высокого уровня помех, в него введены девять аналоговых ключей, источник опорного напряжения и конденсатор, первый вывод которого соединен через первый и второй аналоговые ключи с первым выводом термопреобраэователя сопротивления и общей шиной цифрового измерителя температуры соответственно, а второй вывод конденсатора через третий и четвертый ключи соединен с инвертирующим входом нормирующего усилителя и аналоговым выходом цифроаналогового преобразователя соответственно, опорный вход цифроаналогового преобразователя соединен с первым выводом источника опорного напряжения, второй вывод которого подключен к общей шине, соединенной через пятый и шестой аналоговые ключи с неинвертирующим и инвертирующим входами нормирующего усилителя, соединенными через седьмой и восьмой аналоговые ключи с аналоговым выходом цифроаналогового преобразователя, при этом выходы нормирующего усилителя подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, неинвертирующий вход нормирующего усилителя соединен через девятый аналоговый ключ с вторым выводом термопреобразователя, а управляющие входы всех аналоговых ключей и постоянного запоминающего устройства соединены с соответствующими выходами блока управления.1583757 ЛВ аида Составитель В.Куликоведактор Л.Гратилло Техред М,Моргентал Корректор М. Са аказ 2247 Тираж 507 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5. роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гага 10 Ф 7 дно гт гЮ ю 6 щамимой