Цифровой измеритель температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1765719 ЗОБ РЕТЕ ательский инстроения.Семенова ифровой тер уды МЭИ, вь ометр с 254, М.,ельство СС 7/16, 1978,(54) ЦИФРОВОЙ ИТУРЫ ЕРИТЕ ПЕРАГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(46) 30,09.92. Бюл. М (71) Научно-исследов томатики и приборос (72) В,С.Никитин, Т.А и А.В.Гришин (56) Семенов В,Ф. Ц линейной шкалой, Тр 1975, сЛ 30-137,Авторское свиде М 590616, кл, О 01 К Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к цифровым измерителям температуры, и может быть использовано в измерительной технике в системах автоматического регулирования и контроля,Известны измерители температуры, работающие на принципе двойного интегрирования и содержащие термометр сопротивления, подключенный к первому входу операционного усилителя, к выходу которого подсоединены включенные последовательно интегратор, нуль-орган, блокуправления и счетчик импульсов, Кроме того, измеритель содержит генератор счетных импульсов, подключенный к блоку управления, и два источника тока, соединенные с двумя двухпозиционными переключателями, связанными с блоком управления, при(57) Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к цифровым измерителям температуры,и может быть использовано в измерительной технике в системах автоматического регулирования и контроля. Цель изобретения - упрощение схемного решения путем сокращения количества задающих источников, Сущность изобретения; цифровой измеритель температуры содержит источник 1 напряжения, платиновый датчик 2 температуры, эталонный резистор 3, согласующий каскад 4, нормировочный резистор 5, блок 6 коммутации, интегратор 7, компаратор 8, блок 9 управления, генератор 10 тактовых импульсов, счетчик 11 импульсов. 3 ил,чем во втором такте испо нальный генератор.Недостатком известного устройства является его сложность, вызванная наличием функционального генератора, погрешностьГ %фВ и нестабильность которого обуславливает ф погрешность"инестабильность измерителя 4Наиболее близким по технической сущ- - д ности к предложенному является цифровой,К) измеритель температуры, содержащий эталонный резистор, включенный между вторым входом и выходом операционного усилителя, термометр сопротивления, подключенный к первому входу операционного усилителя, к выходу которого подсоединены включенные последовательно интегратор, нуль-орган, блок управления и счетчик импульсов, генератор счетных импульсов, подключенный к блоку управления, два50 55 источника тока, соединенные с двумя двух- позиционными переключателями, причем первые позиции переключателей соединены соответственно с термометром сопротивления и эталонным резистором, а вторые позиции - соответственно с эталонным резистором и термометром сопротивления.Недостатком данного устройства является наличие двух источников тока, погрешность и нестабильность которых обуславливаетдополнительную погрешность и нестабильность температуры.Целью изобретения является упрощение схемного решения цифрового измерителя температуры путем сокращения количества задающих источников, снижение требований к ним по точности и стабильности, т.е, сокращение оборудования и повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий температурный датчик, включенный между общей шиной и входом согласующего каскада, эталонный резистор, блок коммутации в виде двух ключей, первый управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, последовательно соединенные интегратор и компаратор, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а третий выход - со счетным входом счетчика импульсов, введены источник напряжения, первый выход которого подключен к входу согласующего каскада, а второй выход - через эталонный резистор к общей шине, и нормировочный резистор, а блок коммутации выполнен в виде трех ключей, управляющие входы первого и второго из которых являются первым управляющим входом блока коммутации, вторым управляющим входом которого является управляющий вход третьего ключа, при этом выход согласующего каскада соединен через первый ключ блока коммутации с первым входом интегратора, второй выход источника напряжения соединен с вторым входом интегратора через второй ключ блока коммутации, а также через нормировочный резистор и третий ключ блока коммутации, второй управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с входом сброса счетчика импульсов,При этом блок управления содержит счетчик, выход по+1 разряда которого подключен к входу С триггера и к входу инвертора, выход которого подключен к первому выходу блока управления и к первому входу первой схемы 2 И, второй вход которой под 5 10 15 20 25 30 35 40 ключен к выходу по разряда счетчика, а выход - к входу дифференцирующего звена, выход которого подключен к четвертому выходу блока управления, третий выход которого подключен к выходу второй схемы 2 И, первый вход которой подключен к второму выходу блока управления и выходу триггера, вход В которого соединен с входом В счетчика и первым входом блока управления, второй вход которого подключен к входу Ч счетчика и второму входу второй схемы 2 И.На фиг, 1 приведена функциональная схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 - временная диаграмма работы; на фиг. 3 - схема блока управления,Цифровой измеритель температуры содержит источник напряжения 1, платиновый датчик температуры 2, эталонный резистор 3, согласующий каскад 4, нормировочный резистор 5, блок коммутации 6, интегратор 7, компаратор 8, блок управления 9, генератор тактовых импульсов 10, счетчик импульсов 11.Работа измерителя происходит следующим образом. В момент времени 1 о по сигналу управления от блока управления 9 замыкаются ключи 1, 2 блока коммутации 6 (ключ 3 - разомкнут) и на вход 1 интегратора 7 через согласующий каскад 4 поступает напряжение Ох = Ои ", а на вход 2 -Йх+Йэнапряжение О 1 = -Ои +, где Ои -ВэВх+Вэвеличина напряжения источника 1; В - величина сопротивления датчика температуры 2: Вэ - величина сопротивления эталонного резистора 3,В течение фиксированного интервала ВРЕМЕНИ й = С 1 - то, ВЕЛИЧИНа КОТОРОГО Задается блоком управления 9, напряжение на выходе интегратора будет изменяться по за- кону 1 Оинт= ОоОх й- -О 1 й, (1) В 1 С то В 2 С 1 огде В 1, В 2 - сопротивление интегратора по входам 1 и 2;С - емкость интегратора;Оо - начальное напряжение на выходе интегратора.Т.к, начальное напряжение Оо на выходе интегратора равно О, напряжение на выходе интегратора в момент времени 11 будет равно Оинт(т 1)=Ои +- +Вх Л 1Вх+ Вэ 1 СВ ЛтО"В, +Вэ Ц (2)(6) 40Учитывая, что Йх = Во(1 + а Т) (влияние нелинейной составляющей для платиновых датчиков несущественно и им можно пренебречь), выражение примет следующий вид: 4511(1+ з)Ж (7) Ьхгде Во - сопротивление датчика при температуре 0 С, а - температурный коэффициент, Т - температура,При В 2 = В 1 = В, Йо = Вэ получим: ЛЬ = аТ(1+ -) Ьт,ВзВ(8)55Количество импульсов М, цифровой код,соответствующий температуре Т, будет равен В момент времени 11 ключи 1 и 2 блока коммутаций 6 размыкаются, ключ 3 по сигналу блока управления 9 замыкается. В этот жемоментвремени блок управления 9 раз"решает"счет"импульсов счетчику 11 от генератбратактовйх импульсов 10. 5Напряжение на выходе интегратора будет изменятьСяйо закону12" Оин -Оин 41):"р -- -11 , О 1 Й, (3) 10 где Вз - величина нормировочного резистора 5. При достижении на выходе интеграторайайряжения Оинт = 0 (момент времени 12) компаратор 8 срабатывает, блок управления 9 запрещает счет импульсов счетчику 11. Ключ 3 блока коммутации 6 размыкается, ключи 1, 2 замыкаются, и начинается новый цикл преобразования.В момент вРемени 12 напРЯжение Оиит (т 2) на выходе интегратора будет равно И= (9) где 7 и - период следования сигналов генератора импульсов 10. Учитывая, что Л 1 = по Тги (10) где по - фиксированное число, определяемое диапазоном и точностью измерения температуры, и соотношение(8), выражение (9) будет иметь вид:й = а(1+ - ) поТВзВОбозначив а(1+ - ) по = К получимВз(12)Наличие нормировочного резистора 5 (величиной Вз) позволяет изменять коэффициент преобразования, что дает возможность производить измерение температуры в единицах измерения, т.е. в оС.Блок управления (фиг, 3) работает следующим образом: в момент времени Ь по сигналу с компаратора 8 происходит обнуление счетчика 12 и перевод триггера 13 в нулевое состояние, через инвертор 14 на первом выходе блока управления появляется сигнал, замыкающий ключи Кл 1, Кл 2 блока коммутации 6 (ключ КлЗ блока коммутации размыкается, т,к. второй выход блока управления соединен с выходом триггера 13, который находйтся в нулевом состоянии). Сигналы от генератора импульсов 10 не поступают на третий выход блока управления и соответственно на счетный вход счетчика 11.Счетчик 12 начинает работать по заднему фронту импульсов генератора импульсов 10.11 то ПоЧерез время = - т,и на выходе2 2по разряда счетчика 12 появляется сигнал логической единицы, который через схему 2 И 15 поступает на дифференцирующее звено 17, далее на четвертый выход блока управления и обнуляет счетчик 11,ЧеРез вРемЯ Лт = т 1 - 1 о = потги на по + 1-м разряде счетчика 12 появляется сигнал, который, проинвертировавшись через инвертор 14, размыкает ключи Кл 1, Кл 2. Сигнал с по+1 разряда счетчика 12 поступает также на вход триггера 13 и переводит его в единичное состояние. При этом ключ КлЗ замыкается, и через схему 2 И 16 разрешается прохождение сигналов генератора импульсов на счетный вход счетчика 11.В момент времени сг на счетчик 12 и триггер 13 приходит сигнал с компаратора 8, который обнуляет счетчик и триггер, что приводит к замыканию ключей Кл 1, Кл 2, размыканию ключа КлЗ и запрету прохождения 5 сигналов с генератора 10 импульсов на счетчик 11, и цикл работы повторяется.Таким образом, данное устройство, работающее по методу двойного интегрирования, позволяет производить измерение 10 температуры с использованием одного задающего источника, причем к источнику напряжения нет необходимости выдвигать высокие требования по точности и стабильности, т.к. величина напряжения не входит 15 в формулу преобразования и влияния на точность преобразования не оказывает,Формула изобретенияЦифровой измеритель температуры, содержащий температурный датчик, включен ный между общей шиной и входом согласующего каскада, эталонный резистор, блок коммутации в виде двух ключей, первый управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, 25 последовательно соединенные интегратор и компаратор, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а третий выход - с счетным входом счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности, в него введены источник напряжения, первый выход которого подключен к входу согласующего каскада, а второй выход - через эталонный резистор к общей шине, и нормировочный резистор, а блок коммутации выполнен в виде трех ключей, управляющие входы первого и второго из которых являются первым управляющим входом блока коммутации, вторым управляющим входом которого является управляющий вход третьего ключа, при этом выход согласующего каскада соединен через первый ключ блока коммутации с первым входом интегратора, второй выход источника напряжения соединен с вторым входом интегратора через второй ключ блока коммутации, а также через нормировочный резистор и третий ключ блока коммутации, второй управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с входом сброса счетчика импульсов,