Цифровой измеритель температуры

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиикСоцналистнчесиииРеслублни р 974146(51 М. Кп.з с присоединением заявки Мо С 01 К 7/0 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 151182 г(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при создании устройствдля измерения температуры с нелиней-,ной выходной характеристикой первичного преобразователя, например платинового термометра сопротивления.Известно устройство, содержащеедатчик температуры, подключенный канаиого-цифровому преобразователю,генератор импульсов, счетчик импульсов, цифровой индикатор, подкюпоченный к счетчику импульсов, формирователь временных интервалов, первыйвход которого подключен к выходуаналого-циФрового преобразователя,а второй - к генератору импульсов,второй счетчик импульсов, управляющий вхбд которого подключен к выходуформирователя временных интервалов,а счетный вход соединен с генератором импульсов и схемой сравнения,входы которой подключены к выходамсчетчиков импульсов, а выход - к установочному входу второго счетчика.и 25счетному входу первого счетчика 11,Точность линеариэацни этого измерителя температуры недостаточна,так как она определяется величинойдискретности преобразования, то есть 30 частотой генератора импульсов и емкостью счетчиков, а практическая величина дискретности преобразованияограничена быстродеиствием дискретных интегральных схем.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату Кпредлагаемому является цифровой термометр, содержащий мост с термозависимым сопротивлением в одном из егоплеч, усилитель раэбаланса моста,времяимпульсный преобразователь,генератор счетных и тактовых импуль- .сов., двоично-десятичный счетчик импульсов, цифровой делитель напряжения, включенный в плечи моста, дво-.ично-десятичный счетчик индикации,триггер знака, блок управления, состоящий иэ триггера, двух элементовсовпадения и элемента ИЛИ, двоичнодесятичныи регистр. В устройстве койпенсируется погрешность, обусловленная применением неуравновешенногомоста, эа счет создания уравновешивающего моста сигнала обратной свяэи 2,Однако иэнестное устройство приприменении первичных преобразователейс нелинейной характеристикой, например платинового термометра сопротивления, измеряет температуру с большой погрешностью, так как оно не линеаризует нелинейность выходной характеристики первичного преобразователя,Цель изобретения - повышение точности измерения температуры, 5Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий мост с термозависимым сопротивлением в одном из его плеч, усилитель разбаланса мос О та, вход которого соединен с изме- . рительной диагональю моста, время-импульсный преобразователь, двоичнодесятичный счетчик импульсов, цифровой делнтель напряжения, включенный в плечи моста, генератор импульсов, один вход которогосоединен с первым входом время-импульсного преобразователя, второй его выход соединен с вторым входом двоично-десятичного счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом время-импульсного преобразователя, двоичнодесятичный счетчик индикации, триггер знака, блок управления, состоящий из триггера, двух элементов совпадения и элемента ИЛИ, двоично-десятичный регистр, выходы разрядов которого со единены с ключами цифрового делителя напряжения, а входы разрядов регистра соединены с выходами разрядов 30 счетчика импульсов, причем первые входы элементов совпадения соединены с выходами триггера блока управления, вторые их входы соединены с выходом генератора импульсов, третьи входы, 33 соединены с выходом время-импульсного преобразователя, а выходы элементов совпадения соединены с входом фэлемента ИЛИ и с входами триггера знака, выход элемента ИЛИ соединен с 4 О входом двоично-десятичного счетчика индикации, введены источник опорного напряжения, два интегратора, инвертор, сумматор, элемент сравнения, усилитель-Формирователь, два асинхронно .управляемых ключа, вход одного из них соединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа - с выходом инвертора, а управляющие. входы ключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления, два синхронно-управляемых ключа, первые входы которых соединены с выходами интеграторов, вторые входы - с нуле. вой шиной, причем выход источника опорного напряжения соединен с вхо дом первого интегратора и с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, третии вход сумматора соединен с выходами асинхронно-управляемдх 60 ключей, а его выход соединен с одним из входов элемента сравнения,другой вход которого соединен с выходом усилителя раэбаланса, а выход элемента сравнения соединен с управляющими входами асинхронно-управляемых ключейи с входом усилителя-формирователя,выход которого соединен с одним извходов время-импульсного преобразователя интегратора, причем вход первогоинтегратора соединен с .выходом источника опорного напряжения, а вход второго интегратора соединен с выходомпервого интегратора, инвертор, входкоторого соединен с выходом первогоинтегратора, два асинхронно-управляемых ключа, причем .вход первого ключасоединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа соединен с выходом инвертора, а управляющие входыключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления,сумматор, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй - с выходом второгоинтегратора, а третий вход соединен собъединенными выходами асинхронныхключей, два синхронно-управляеьыхключа, первые входы которых соединеныс выходами интеграторов, вторые - снулевой шиной, элемент сравнения,первый вход которого соединен с выходом усилителя разбаланса, второй входсоединен с выходом сумматора, а выходсоединен с управляющими входами синхронных ключей и усилитель-формирова"тель, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, а выход соединен со вторым входом время-импульсного преобразователя,На чертеже приведена блок-схемацифрового измерителя температуры.Устройство содержит измерительный мост 1 с термозависимым сопротивлением в одном иэ плеч, усилительразбаланса 2, источник опорного напряжения 3, интеграторы 4 и 5, синхронно-управляемые ключи 6 и 7, инвертор 8, асинхронно-управляемяе ключи 9 и 10, сумматор 11, элемент сравнения 12,.усилитель-формирователь 13,время-импульсный преобразователь 14,генератор счетных и тактовых импульсов 15, двоично-десятичный счетчикимпульсов 16, двоично-дсятичный регистр 17, цифровой делитель напряжения 18, двоично-десятичный счетчикиндикации 19 с регистром и дешифратором, триггер знака 20, блок управления, состоящий иэ триггера 21, элементов совпадения 22 и 23 и элемента ИЛИ 24.Устройство работает следукщим образом.Температура, подлежащая измерению,воздействует на термометрическое сопротивление моста 1, величина сопротивления которого в, зависимости оттемпературы изменяется по законуЙь Йр(1+Ай-Вй ),где йв - значение сопротивлениятемпература при ОС;А и В - постоянные коэффициенты лителя разбаланса 2, которое зависита- температура, С, от измеряемой температуры по закону:Измерение температуры происходит.следующим образом, О 0 1 Ас-Вй ),Пропорционально В изменяется напряжение 04 на выходе усилителя раз- где с - значение измеряемой темпебаланса 2. Напряжение 0 равное вы- ат рыходному напряжению усилителя раэбаАи В - постоянные коэффициенты,ланса 2 при ОфС поступает с выхода При достижении напряжения О (Ь 1)источника опорного напряжения 3 на уровня О, то есть когдаХвход интегратора 4, выходное напря- Ожение которого поступает на вход вто- О. (1+А-В) О(11 ае-Ь ),рого интегратора 5. В начале циклаизмерения синхронно-управляемые клю- элемент сРавнениЯ 12 выРабатываетчи. 6 и 7, коммутирующие выходные на- сигнал, который открывает ключи 6 и:пряжения интеграторов 4 и 5 на нуле 7 закорачивая выходные напряжениявую шину, закрываются, Ключ 9 асин-интеграторов 4 и 5 с нулевой шиной,хронно-управляемой пары ключей 9 и после чего уровень напряжения выход 10 закрыт, а ключ 10, на вход которо- ного сигнала элемента сравнения 12го поступает напряжение интегратора 4 изменяется, ключи 6 и 7 закрываютсячерез инвертор 8, открыт. и начинается новый цикл интегрироваВыходное напряжение интегратора 4 ни"изменяется по закону: Таким образом, на выходе элементов сравнения 12 получается импульс04 (С)=0 ат, напряжения, продолжительность которого пропорциональна измеряемой темпегде а - постоянный коэффициент, про- Ратурепорциональный А, Импульсы с выхода элемента срав - время интегрирования, нения формируются усилителем-формироПри этом напряжение на выходе вто- вателем.13 и с помощью время-импульсрого интегратора изменяется по эако- ного преобразователя 14 и генераторану:Зф 15 преобразуются в последовательностьимпульсов, подсчитыв,аеьих счетчи 0 (С)=ООЬт,ком 16.г.Уравновешивание моста и изменениегде Ь - постоянный коэффициент, про- компенсации входного сигнала проиэвопорциональный В, 35 дится на основе принципа развертываВыходные напряжения интеграторовния. В конце такта4 и 5 и напряжение с выхода источникатовыми импульсами генерато а 15опорного напряжения 3 поступает наформация из счетчика 16 пе еписывается в регистр 17, после чего четчикфор чика 16 переписывает 49 16 сбрасывается, Информация в аз янапряжение интегратора 4 поступает д рдах регистра 17 не сбрасывается в. на вход сумматора 11, инвертированслучае подтверждения, пришедшего вное через открытый ключ 10 и инвер- следующем такте из счетчика 16, Цифтор 8, Суммируя выходные напряженияровой код, хранящийся в разрядах реинтеграторов 4 и 5 и напряжение на 45 гистра 17, управляет ключами делитевыходе сумматора 11, получаем напря- ля 18, создавая уравновешивающий сигжение, изменяющееся по закону: нал обратной связи в мосте 1. Когдаиост 1 уравновешен, информация, храф) 0 Оо ф о Ь - о 1 Ь иящаяся в регистре 17, соответствуетвеличине измеряемой температуры.1Бсли измеряемая температура положительна, то при достижении 0- (С) иа-на положительные и отрицательные,пряжения О ключ 9 открывается, а сигнал с время-импульсного преобразоключ 10 закрывается и на вход сумм- вателя 14 подается на э н 22подается на элемент 22 и.тора 11 поступает неинвертированное в противофазе на элемент 23. На вто;выходное на ряжение инте ратора 4. Я рые вход элементов 22 23В этом случае на выходе сумматора ляющие входы асинхронных ключей 9 и11 получаем напряжение, изменяющееся 10 подается прямой и инверсный импо закону: пульс признака знака температуры,Я. 4 Лкоторый формируется на триггере 21 сО(Ф)ОО+О аъ-О Ьв 0 (1+аВ-ЬЪ ). помощью тактовых импульсов от гене;ратора 15. Длительность импульса приВыходное напряжение сумматора 11 знака знака определяется диапазономпоступает на первый вход элемента отрицательных температур, Передниесравнения 12, на второй вход которого 1 фронты импульсов время-импульсногосовпадают. На элементы 22 и 23 пода-.ются также счетные импульсы с гене- .ратора 15. В случае отрицательныхтемператур на выходе элемента 22 появляется серия импульсов, длительность которой соответствует эначению отрицательной температуры, В случае положительных температур серияимпульсов появляется на выходе элемента 23 с длительностью, пропорциональной значению положительной тем- .пературы, Эти серии импульсов черезэлемент 24 поступают на двоично-десятичный счетчик индикации 19 и подсчитываются. Информация о знаке температуры поступает с триггера знака 20,на первый вход которого подаются серии импульсов с элемента 22, а второй - с элемента 23,Применение предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения температуры при использовании первичных преобразователей с нелинейной выходной характеристикой,например платинового термометра сопротивления, что значительно расширяет воэможности использования устройства в широком диапазоне измеряемых температур,30формула изобретенияЦифровой измеритель температуры, содержащий измерительный мост с термозависиьым сопротивлением в одном из егб плеч, усилитель разбаланса моста,35 вход которого соединен с измерительной диагональю моста, время-импульсный преобразователь, двоично-десятичный счетчик импульсов, цифровой делитель напряжения, включенный в плечи 40 моСта, генератор импульсов, один выход которого соединен с первым входом время-импульсного преобразователя, второй его выход соединен с вторым входом двоично-десятичного счет чика импульсов, первый вход которого соединен с выходом время-импульсного преобразователя, двоично-десятичный счетчик индикации, триггер знака, блок управления, состоящий из триггера, двух элементов совпадения и 50 элемента ИЛИ, двоично-десятичный регистр, выходы разрядов которого соединены с ключами цифрового делителя напряжения, а входы.разрядоврегистра соединены с выходами разрядов счетчика импульсов, причем первые входы элементов совпадения соединены с выходами триггера блока управления, вторые их входы соединены свыходом генератора импульсов, третьивходы соединены с выходом время-импульсного преобразователя, а. выходыэлементов совпадения соединены свходом элемента ИЛИ и с входами триг.гера знака, выход элемента ИЛИ соединен с входом двоично-десятичногосчетчика индикации, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры,в него введены источник опорного напряжения,два интегратора, инвертор,сумматор, элемент сравнения, усилитель-формирователь, два:асинхронноуправляемых ключа, вход одного изних соединен с выходом первого интегратора, вход второго ключа -с выходом инвертора, а управляющие входыключей соединены с прямым и инверсным выходом триггера блока управления,два синхронно-управляемых ключа, первые входы которых соединены с вйходами интеграторов, вторые входы - снулевой шиной, причем выход источни,ка опорного напряжения соединен свходом первого интегратора и с первым.входом сумматора, второй, вход которого соединен с выходом второго интегратора, третий вход сумматора соедиЗ нен с выходами асинхронно-управляемыхключей, а его выход соединен с однимиз входов элемента сравнения, другойвход которого соединен с выходом усилителя разбаланса, а выход элементасравнения соединен с управляющимивходами синхронно-управляеьнх ключейи с входом усилителя-Формирователя,выход которого соединен с одним извходов время-импульсного преобразователяя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 559131, кл, С 01 К 7/16, 1977,2. Авторское свидетельство СССР 9 662871, кл. С 01 К 7/20, 1972 (прототип);974146Составитель Н.Горшковаедактор Л.гулька Техред А.Лч КорреЗаказ 8680/56 Тирам 887 ПодписиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д.4ВВвППП "Патентф, г.ужгород, ул.Проек