Устройство для измерения температуры

(51)5 О 01 К 7/00 И ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) АНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидительство СССР М 1536218, кл, 6 01 К 7/00,1987.- (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей, и может быть использовано при точных измерениях температуры.Изобретение может найти применение при измерениях температуры теплоносителя в реакторах АЭС, а также при измерениях теплотехнических величин, первичные измерительные преобразователи которых имеют нелинейную зависимость. С целью 14ственноеобьединение Изобретение относится к области температурных измерений, а именно, к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей и может быть использовано при точных измерениях температуры,Цель изобретения - расширение динамического диапазона:На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство для измерения температуры содержит первичный измерительный преобразователь 1, преобразующий температуру в напряжение, преобразователь 2 напряжения во временной интервал, управ 1809329 А 1 расширения динамического диапазона в устройство введены преобразователь во временной интервал и преобразователь кода в частоту, причем Я-вход ВЯ-триггера подключен к выходу нуля счетчика импульсов двоичного умножителя, а прямой и/или инверсный выходы ВЯ-триггера соединены с соответствующими (обоими) управляющими входами счетчика импульсов двоичного умножителя и счетчика результата измерения, которые выполнены реверсивными. Это позволило расширить область применения устройства в силу того, что, в отличие от прототипа, в котором алгоритм линеариэации функциональных зависимостей квадратичного вида позволяет реализова;ь только однуиздвух ветвей параболы - восходящую либо нисходящую, в предлагаемом устройстве могут реализовываться обе ветви вместе, т.е. реализовываться параболы различной выпуклости, характеризуемые наличием вершины,"1 з,п,ф-лы, 1 ил. ляющий и информационный входы и выход которого соединены соответственно с шиной запуска 3 устройства, выходом первичного измерительного преобразователя 1 и управляющим входом ключа 4, инфорМационный вход которого подключен к выходу генератора 5 импульсов, двоичный умножитель 6, включающий в себя последовательно соединенные реверсивный счетчик 7 импульсов и преобразователь 8 кода в частоту, частотный вход и выход которого являются соответственно частотным входом и выходом двоичного умножителя 6, который подключен ко входу реверсивного счетчика 9 результата измерения, преобразователь 10 кода в частоту, ВЯ-триггер 11 и два элемента(5) где В 1 - кодовая уставка реверсивного счетчика 7 импульсов;1 пкч - выходная частота ПКЧ 10;Р - число разрядов ПКЧ 10, равное числуразрядов реверсивного счетчика 7 импульсов;В 2 - кодовая уставка ПКЧ 10,Знаки полярности "+" либо "-" в выражении5 (4) употребляются в зависимости от режима,в котором должен работать счетчик 7 импульсов - в суммирующем либо в вычитаю"щем соответственно.Подставляя выражения (4) и (5) в (3), по- лучаем 12, 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем частотные входы двоичного умножителя 6 и преобразователя 10 кода в частоту подключены к выходу ключа 4, выход преобразователя 10 кода н частоту подключен ко входу 5 реверсивного счетчика 7 импульсов, выход нуля которого подключен к Я-входу Ю-триггера 11, первые и вторые входы каждого иэ двух элементов 12, 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с одним из "0 выходов ВЗ-триггера 11 (на чертеже для определенности - с прямым выходом) и управляющими входами 14, 15 устройства, а их выходы соединены порознь с управляющими входами реверсивных счетчиков 7 и 9. 15Функцию преобразования первичного измерительного преобразователя 1, аппроксимируемую квадратичной зависимостью, можно представить в виде20О=ЬО ф Ь 1 ОЬ 2 О где О - измеряемая температура;О - выходное напряжение первичного,измерительного преобразователя 1;Ьо, Ь 2 - постоянные коэффициенты,причем знаки полярности перед коэффициентами Ь 1 и Ь 2 могут принимать различныесочетания во всем диапазоне изменения выходного напряжения О, т,е. рассматривается функция преобразования (1), котораяпредставляет собой параболу различнойвыпуклости, характеризуемую наличиемвершины (экстремальной точки), в которойзнак полярности первой производной изменяется на противоположный,Цикл измерения температуры В начинается с поступления на шину запуска 3 устройства импульса, запускающего поуправляющему входу преобразователь 2 напряжения во временной интервал (ПНВИ) ипроизводящего как запись кодовых уставокВо и В 1 в реверсивный счетчик 9 результатаизмерения и в реверсивный счетчик 7 импульсов двоичного умножителя 6 соответственно, так и установку по В-входуВБ-триггера 11 в нулевое состояние, прикотором на его прямом выходе устанавливается низкий логический уровень (цепи записи и установки реверсивных счетчиков и 5ВБ-триггера на чертеже не показаны), Дляобеспечения более четкой работы устройства запись кодовых уставок В 0 и В 1 и установка ВБ-триггера в нулевое состояние должныпроизводиться передним фронтом запускающего импульса, а запуск ПН ВИ 2 - задним,либо запись указанных кодов и установкиВЯ-триггера должны производиться заранее перед запускающим импульсом, как операция по установке реверсивных счетчиков 7, 9 и ВЯ-триггера в исходное состояние, На выходе ПНВИ 2 формируется импульс напряжения, длительность Т которого пропорциональна выходному напряжению О первичного измерительного преобразователя 1, поступающему на информационный вход ПНВИ 2 где М - коэффициент преобразования ПНВИ2.,Выходной импульс ПНВИ 2, поступая на управляющий вход ключа 4, открывает последний, в результате чего импульсы с генератора 5 импульсов, приходящие на информационный вход ключа 4, поступают на частотные входы преобразователей 8 и 10 в частоту (ПКЧ).Выходная частота 1 ду двоичного умно- жителя 6, равная выходной частоте ПКЧ 8, определяется выражением где 10 - частота генератора 5 импульсов;и - число разрядов ПКЧ 8, равное числу разрядов реверсивного счетчика 7 импульсов;Й 1 - выходной код реверсивного счетчика 7 импульсов,В каждый момент временисв интервале длительности Т выходной код М 1 реверсивного счетчика 7 импульсов, поступающий на кодовые шины ПКЧ 8, бдет равен55 2 п+Р+1ться соотнош порциональ ца Й 9 реве Ьг будет выполн щее прямо пр выходного ко ение, выражаюую зависимостьсивного счетчи 10 В 1 6 Вгду = --- 1 2 2 С часто ного выхода двоичного умножителя 6 за время длительности Т на вход реверсивного счетчика 9 результата измерения поступит число импульсов Й, равное Подставляя формулу (6) в (7) и производяинтегрирование, получаем 1 о В 1 Т ЙВг .г 2 л 2 п+Р+1 К моменту окончания длительности Т, соответствующему концу цикла измерения температуры О, выходной код й д реверсивного счетчика 9 результата измерения будет соответствовать числу импульсов, равному Знаки полярности "+" либо " - " в выражении (9) употребляются в зависимости от режима,в котором должен работать реверсивный счетчик 9 результата измерения - в суммирующем либо в вычитающем соответственно.Учитывая выражения (2) и (8), формулу (9) запишем в виде И=ВЙ 9= Во+2"+ +Ог (10)и+рСопоставляя формулы (1) и (10), можно отметить, что при соблюдении равенств ка 9 результата измерения от температурыО где а - коэффициент масштабирования.Для удобства отсчета результата измерения реверсивный счетчик 9 результатаизмерения может быть выполнен двоично десятичным, а коэффициент а выбран кратным десяти.Соблюдение равенств (11)(13) при заданных а, К 1 о, и, р обеспечивается путемвыборавеличин кодовых уставок Во.Вг;Упоминаемые ранее режимы работы реверсивных счетчиков 7 и 9 на сложные либона вычитание устанавливаются, исходя иэзнаков полярности производных функциипреобразования (1), причем для диапазонаизменения выходного напряжения О от нулядо вершины параболы их режимы устанавливаются заранее, а после вершины - автоматически.Для диапазона изменения выходногонапряжения О от нуля до вершины параболы режимы работы реверсивных счетчиков7 и 9 должны устанавливаться следующими;если, знак полярности первой производной положителен, т,е. если парабола начинается восходящей ветвью, то реаерсианыйсчетчик 9 результата измерения необходимо устанавливать в режим слож-,ния, а еслиотрицателен, т,е, если парабола начинаетсянисходящей ветвью, то а режим вычитания;если полярность произведения знаковполярности первой и второй производныхположительна, то реверсивный счетчик 7импульсов необходимо устанавливать в режим с.;ожения, а если отрицательна, то в40 режим вычитания,Учитывая, что полярность обеих производных неизменна в рассматриваемом диапазоне изменения выходного напряженияО, в том числе и при О = О, учет знаковполярности вышеуказанных производныхпри выборе режимов работы счетчиков 7 и 9можно заменить на более простой учет знаков полярности перед коэффициентами Ь 1 иЬг функции преобразования (1), а именно;если перед коэффициентом Ь 1 знак +,то реверсивный счетчик 9 результата измерения необходимо устанавливать в режимсложения, а если знак "-", то в режим вычитания;если полярность произведения знаков полярности перед коэффициентами Ь 1 и Ьг положительна, т,е. если перед коэффициентами Ь 1 и Ьг имеются одноименные знаки, то реаерсивный счетчик 7 импульсов необ10 15 20 25 30 35 40 45 50 ходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицательна, то в режим вычитания.Ввиду того. что реально могут рассматриваться только параболы, которые, начи. наясь восходящей ветвью, выпуклы вверх (знак " - ." перед коэффициентом Ь 2) либо, начинаясь нисходящей ветвью, выпуклы вниз (знак ."+" перед коэффициентом Ь 2), режим работы реверсивного счетчика 7 им пульсов для диапазона изменения выходного напряжения 0 от нуля до вершины параболы должен всегда устанавливаться одним и тем же - на вычитание,Установка необходимых режимов работы реверсивных счетчиков 7 и 9 производится путем установления соответствующих логических уровней на их управляющих входах, что достигается благодаря заранее устанавливаемым соответствующим логическим уровням на управляющих входах 14 и 15 устройства, являющихся вторыми входами элементов 12 и 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,В диапазоне изменения выходного напряжения 0 от вершины параболы и далее в сторону его увеличения режимы работы реверсивных счетчиков 7 и 9 в соответствие со знакамл полярности первой и второй производных устанавливаются автоматически следующим образом. Так как при переходе через вершину параболы знак полярности первой производной изменяется на противоположный при неизменности знака полярности второй, то необходимо после прохождения вершины одновременно изменять режимы работы обоих реверсивных счетчиков 7 и 9 на противоположные тем, которые были заранее установлены для диапазона изменения выходного напряжения 0 от нуля до вершины параболы. Такое изменение режимов работы реверсивных счетчиков 7 и 9 происходит благодаря тому, что в момент прохождения вершины параболы, соответствующий моменту обнуления реверсивного счетчика 7 импульсов, импульс обнуления, поступающий с нулевого выхода указанного счетчика на Я-вход ЙЯ- триггера 11, переводит последний в единичное состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается высокий логический уровень, изменяющий, в свою очередь, одновременно логические уровни на выходах элементов 12 и 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на противоположные,Следует отметить, что если первые входы элементов 12, 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены не с прямым выходом ВЯ-триггера 11, а с инверсным, то заранее устанавливаемые логические уровни на управляющих входах 14 и 15 необходимоизменять на противоположные, Наличие вышеуказанных элементов позволяет оперативно путем изменения логических уровней на управляющих входах 14 и 15 производить начальную установку необходимых режимов работы реверсивных счетчиков 7 и 9 независимо от того, какими логическими уровнями должны обеспечиваться их режимы на сложение и вычитание и к какому выходу ВЯ-триггера 11 подключены первые входы упомянутых элементов.Следует также отметить необязательность применения элементов 12, 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, При этом для сохранения работоспособности устройства достаточно в соответствие с режимами работы реверсивных счетчиков 7 и 9, установ-. ленными для диапазона изменения выходного напряжения 0 от нуля до вершины параболы, соединить управляющие входы этих счетчиков непосредственно с соответствующими выходами ВЯ-триггера 11, Разумеется, что при таком жестком соединении теряется оперативное управление реверсивными счетчиками 7 и 9 по начальной установке режимов их работы,Таким образом, благодаря новым связям, элементам и воэможности установки различного сочетания режимов работы реверсивных счетчиков 7 и 9, обеспечивается с учетом масштабирования аппаратурная реализация измерения температуры, первичным измерительным преобразователям которой может служить преобразователь,имеющий функцию преобразования, аппроксимируемую параболой различной выпуклости, характеризуемой наличием вершины,Формула изобретения 1. Устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь, двоичный умножитель, включающий в себя последовательно соединенные счетчик импульсов и преобраэователь кода в частоту, выходом подключенный к входу счетчика результата измерения, генератор импульсов, выходом подключенный к информационному входу ключа, выход которого подключен к частотному входу двоичного умножителя, и ВЯ-триггер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него дополнительно введены преобразователь напряжения во временной интервал,шина запуска устройства и преобразователь кода в частоту, причем управляющий и информационный входы и выход преобразователя напряжения во временной интервал соединены соответственно с шиной запуска устройства, выходом первичного.Гагарина, 10 зводственно-издательский комбинат "П измерительного преобразователя и управляющим входом ключа, выход которого подключен к частотному входу преобразователя кода в частоту, Я-вход ВЯ-триггера подключен к выходу нуля счетчика импульсов двоичного умножителя, а выходы ЙЗ-триггера соединены с соответствующими управляющими входами счетчика импульсов двоичного умножителя и счетчика результата измерения, которые выполнены реверсивными,аз 1281 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета 118035, Москва, Ж2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в него дополнительно введены два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые и вторые входы которых соединены 5 соответственно с одним из выходов В 5- триггера и управляющими входами устройства, а их выходы - с управляющими входами реверсивного счетчика импульсов двоичного умножителя и реверсивного счет чика результата измерения,Подписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб., 4/5