Цифровой измеритель температуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 985716 Своз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 230980 (21) 2988238/18-10 РЦМ.Ка.з С 01 К 7/24 с присоединеннем заявки Но Государственный коинтет С ССР но делам нэобретеннй н открытнй(23) ПркоритетОпубликовано 301282; Бюллетень Мо 48 Дата опубликования описания 04.01.83 3) УДК 536,32(72) Авторыизобретения 54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ 1Изобретение относится к термометрик и может быть использовано при построении цифровых измерителей температуры с использованием термореэисторных датчиков.Известно,устройство для цифрового измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь температуры, суюаатор, квадратический преобразователь, генератор линейной развертки, блок сравнения и цифровое отсчетное устройство Я .Однако это устройство обладает недостаточно высокой точностью измерения из-за наличия в схеме квадратического преобразователя, который обычно реализуется с использованием активного интегратора, что приводит к снижению точности иэ-эа дрейфа параметров усилителя последнего. Кроме того, расчет схема устройства возможен только при задании функции преобразования датчика температуры полиномом второй степени.Наиболее близким о технической сущности и предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее термореэистор, преобразователь сопротивления в напряжение, сравнивающее устройство, селектор, генератор тактовых импульсов,генератор экспоненциального напряжения, цифровое отсчетное устройствои блок управления 2) .Недостатком известного устройстваявляется то, что на результат измерения влияет нестабильность постоянной , . времени генератора экспоненциального1 О напряжения, что требует периодических калибровок последнего в процессеэксплуатации. Кроме того, это устройство неработоспособно в комплек-.те с терморезкстивными датчиками,характеризующимися монотонно спадающей функцией преобразования (терммсторамм).Цель изобретения - повьаяенке точности измерения эа счет исключениявлияния нестабмльностм остояниойвремени генератора экспоненциальногонапряжения и упрощения подстройкинэмерктеля в процессе эксплуатации,Поставленная цель достигаетсятем,что в предлагаевей измеритель вве 2 дены два ключа, резистивйый делитель.напряжения, вход которого соединенс выходом усилителя и одним из неподвижных контактов второго оключа,к другому неподвижному контакту Зо которого подключен выход делителяЗО . Оо- К К атф (1)где К - коэффициент преобразоваП(ния первого преобразователя 2 сопротивления в напряжение;35К " коэфФициент усиления усилителя 4;Р - значение сопротивленияттермистора 1 при измеряемойтемпературе Т.4 О Зависимость сопротивления Р термистора от температуры выражаетсяизветсным уравнением"т- Ае т ф45 где А и в - постоянные коэффициенты;Т - измеряемая температура,выраженная в Кельвинах.С учетом (2) уравнение (1) выра- жается На другой вход блока б сравненияпоступает напряжение генератора 12экспоненциального напряжения, законизменения которого описывается выра- жением Оэ О, е(4) 6 О где О - опорное постоянное напряжение генератора 12 экспоненциального напряжения;2 =РС - постоянная времени генератора 12 экспоненциального 65 напряжения. напряжения, а подвижный контактсвязан с одним из входов сравнивающего устройства, причем выход преобразования сопротивления в напряжение соединен с одним из неподвижных контактов первого. ключа, к подвижному контакту которого подключенвход усилителя, а управляющие входыобоих ключей связаны с дополнительными выходами блока управления,Кроме того, с целью расширенияфункциональных возможностей в измеритель введен платиновый термометрсопротивления, подключенный черезвторой преобразователь сопротивленияв напряжение к одному из входов блока вычитания,.другой вход которогосоединен с источником опорного напряжения, а выход - с одним из неподвижных контактов первого ключа.1На Фиг, 1 приведена схема цифрового измерителя температуры; наФиг. 2 - зависимость выходного нап.ряжения преобразователя от температуры,Цифровой измеритель (Фиг. 1) со. держит последовательно соединенныетермистор 1, первый преобразователь2 сопротивления в напряжение, выходкоторого подключен к одному из неподвижных контактов первого ключа 3,а подвижный контакт последнего соединен с входом усилителя 4. Восходусилителя связан с одним из неподвижных контактов второго ключа 5, подвижный контакт которого подключен кодному из входов сравнивающего устройства б, а его выход соединен свходом селектора 7. Выход последнего, подключен к входу цифрового делительного устройства 8, соединенного повыходу с входом цифрового отсчетногоустройства 9. Кроме того, выходусилителя 4 через резистивный делитель 10 напряжения связан с вторымнеподвижным контактом второго ключа 5.К другому входу селектора 7 подключен выход генератора 11 тактовыхимпульсов, а выход генератора 12экспоненциального напряжения связан.с другим входом сравнивающего устройства б, выход которого соединен ссигнальным входом блока 13 управления. Платиновый термометр 14 сопротивления через второй преобразователь15 сопротивления в напряжение подключен к одному из входов блока 16 вычитания, другой вход которого соединен с выходом источника 17 опорногонапряжения, а выход блока вычитанияподключен к другому неподвижномуконтакту первого ключа 3, причемвыходы блока 13 управления соединеныс управляющими входами первого ключа 3, второго ключа 5, цифровогоделительного устройства 8, цифрового отсчетного устройства 9 и генератора12 экспоненциального напряжения,Измеритель работает следующимобразом.При включении измерителя сигналыс блока 13 управления приводят пер-вый ключ 3 в верхнее положение, соответствующее подключению термистора 1через первый преобразователь 2 сопротивления в напряжение к входуусилителя 4, второй ключ 5 - в нижнее положение, соответствующее подключению выхода усилителя 4 к входублока б сравнения, запускают генератор -12 экспоненциального напряже ния, а цифровое делительное устройство 8 и цифровое отсчетное устройство 9 приводят в исходное состояние. Уровень выходного напряженияблока б сравнения открывает селектор 20 7 для прохождения импульсов от генератора 11 тактовых импульсов на входцифрового делительного устройства 8.При этом на один из входов блокаб сравнения поступает через ключи 25 3 и 5 усиленное усилителем 4 выходное напряжение первого преобразователя 2 сопротивления термистора 1в напряжение, равное О 8 - К к де. (Э)9и,(гО) Подставляя в (гО) уравнения (5) и (80,предварительно подставив в (50 и (8)соответственно (6) и (9), получаемго гго , (50 и - "В- т (11)Таким образом, как видно из уравнения (), в цифровом делительном устройстве 8 фиксируется код числа М,пропорциональный измеряемой темпера"туре Т.По сигналам блока 13 управлениярезультат измерения индуцнруетсяциФровым отсчетным устройством 9,авсе остальные узлы переводятся в исходное состояние. Затем цикл измерения повторяется,При измерении температуры посредством платинового термометрасопротивления цифровой измеритель работаетследующим образом.Сигналы блока 13 управления переводят первый ключ 3 в нижнее положение, соответствующее подключению выхода блока 16 вычитания к входу усилителя 4, и как в предыдущем случаевторой ключ 5 переводится в нижнееположение, соответствующее подключению выхода усилителя 4 к одному изходов блока 6 сравнения, запускаютенератор 12 экспоненциального напряения, а цифровое делительное устйство 8 и цифровое отсчетиое уст-.йство 9 переводят в исходное сос"ояние. Селектор 7 открывается длярохождения импульсов от генератора1 тактовых. импульсов на вход цифро"го делительного устройства 8.При этом на один из входов блокасоавнения поступает чеоеэ ключи 35 усиленное усилителем 4 выхоцноеапряжение Оз блока 16 вычитания,оторое равно где 1 - частота импульсов генератора11,тактовых импульсов;- интервал времени от начала 15измерения до момента равенства напряжения 08 ОГ 9 н(фиг. 2),Длительность интервала времени сг определяем, приравнивая (3) и (гг),;у в результате чего при обеспечении равенства сВ 7Т В момент окончания интервала Ф на вход блока сравнения поступает напряжение О с выхода резистивного делителя 10 напряжения, на вход которого поступает напряжение 08 с выхода усилителя 4Напряжение О равно35 ввОВ КЭОВ- Ка Кз(КЦ Ает (70 гж где Ке - коэффициент преобразования роделителя 10 напряжения. роНа второй вход блока сравнения т по-прежнему поступает напряжение Оп с выхода генератора 12 экспоненциаль ного напряжения. В момент равенства во напряжений О и 0 к выходным сигналом блока 6 сравйения закрывается селек 6 тор 7 и поступление импульсов от ге- и нератора 11 тактовых импульсов на н вход цифрового делительного устройст. к ва 8 прекращается. При этом сигнал блока 6 сравнения, поступая на один 50 . иэ входов блока управления, обуславливает фиксацию в цифровом делительном устройстве 8 кода числа где 01 - выходное постоянное напряже-,ние источника 17 опорного напряжения;О - выходное напряжение второгопреобразователя 15. сопротивления платинового термометра 14 сопротивления в напряжение, равное и у .с, (8) Кф гге, (гЗ)/где К - коэффициент преобразованияйвторого преобразователя 15сопротивления в напряжение;(9) В момент равенства напряжений 08 и Озн, что фиксируется блоком б сравнения, по выходному сигналу кото- рого блок 13 управления переводит второй ключ 5 в верхнее положение, соответствующее подключению к входу блока 6 сравнения выхода резнстивного делителя 10 напряжения, а цифровым делительным устройством Фиксируется код числа О щ КлКА получаем где с 2 - интервал времени от началаизмерения до момента равенства напряжения 0 К 808 иОтэн (фиг. 2).Длительность интервала времени с определяем, приравнивая (г) и (7) учитывая, что ОЭ ККц А- (п К+ у 0.В О - к Оэ- К(0,-0 0, (г 2)Р 8 - значение сопротивленияплатинового термометра 14 при измеряемой температуре 6Зависимость Р 8 от температуры с ВысОкОЙ тОчнОстью ( и с с 0 р 03 ) ВЫРа жается уравнением(РО+Р 1)20О = КпК Р 9 е (16)пс 9 ЧНа другой вход блока сравнения поступает напРЯжение ОСЗ,1 генеРатоРа 12 экспоненциального напряжения. Далее устройство работает аналогично, 25 как и н предыдущем случае при измерении температуры посредством термистора.Момент времени с 1, в который напряжение О и Осзн сравниваются, опре деляем, приравнивая (16) и (4), обеспечив при этом О = Кп К Р 1 , т.е.2с 4 =Фи(. О, . (17)Э 5 При этом н цифровом делительном устройстве фиксируется код числа и = , с -" к 9 .(18)40В момент с сигнал блока 13 управления перенодйт второй ключ 5 вверхнее положение, подключая выход усилителя 4 через резистивный делитель 10 напряжения к входу блока б сравнения, При этом на один вход последнего поступает напряжение О,равное-к 8О кдО = к 8 КЧ кпгй 1 й, (19) 50а на другой его вход по-прежнемупоступает напряжение Осзн .Момент времени с 2 (фиг. 2), в который напряжения О и О сравняются, определяется после несложных преобразований, приравнивая .(19) ы (4) и учитывая., что Оо К,п К Р,сг о (оса - Йпс 8). (20)При этом в цифровом делительном устройстве 8 Фиксируется код числа Й 2, .равный МлГо с 2 Ге(о В П КР) е (21)43В цифровом делительном устройстве производятся вычисления по алгоритму н = . (гг)2Подставляя (22) уравнения (18) и. (21), получаем(23)Таким Образом, как видно из (23), н цифровом делительном устройстве (8) фиксируется код числа М, пропорциойальный измеряемой температуре 8 .По сигналу блока 13 управления результат измерения индицируется цифровым отсчетным устройством 9. Затем цикл измерений повторяется.Следовательно, в предлагаемом цифровом устройстве для измерения температуры расширены функциональные воэможности, в результате чего обеспечивается его работа как с термисторами, так и платиновыми термометрами .сопротивления. Как видно из уравнений (11) и (23), на результат измерения не влияют коэффициент усиления К усилителя, коэффициенты, преобразования Кп и Кп 2 преобразователей сопротивления в напряжение и что особенно важно, постоянная времени с генератора экспоненциального напряженная. Влияние же на результат измерения коэффициента преобразования К 8 реэистивного делителя напряжения не снижает точности измерения, поскольку на постоянном токе не трудно обеспечить нестабильность резистивного делителя напряжения, не превышающей 0,001-0,0005Кроме того, использование предлагаемого измерителя дает значительный экономический эффект в связи со снижением требований и сокращением числа калибровок и подстроек устройства в процессе эксплуатации.Формула изобретенияЦифровой измеритель температуры, содержащий тврмыстор, подсоединенный к входу преобразователя сопротивления в напряжение, усилитель, блок сравнвныя, один из входов которого соединен с выходом генератора экспоненциального напряжения, а его выход соединен с одным из входоа свлвктора, к другому Входу которого подключен генератор тактовых импульсов, а выход через цифровое делительнов устройство соединен с информационным входом цифрового отсчетного устройства, блок управлеыия, выходы которого соединены с управляющими входамы генератора экспоненциального напряжения, цифрового делительного985716 ктная,филиал ППП "Пате г.ужгород, ул.Про и цифрового отсчетного устройства, а к его сигнальному входу подключен выход блока сравнения, о г л н ч а ющ и й с я тем, что, с целью повьааения точности измерения эа счет исключения влияния нестабильности постоянной времени генератора экспоненциального напряжения и упрощения подстройки измерителя в процессе эксплуатации, в него введены два ключа и ,реэнстивный делитель напряжения, 0 вход которого соединен с выходомусилителя и одним из неподвижных контактов второго ключа, к другому неподвижному контакту которого подключен выход делителя напряжения, а 15 подвижный контакт связан с одним из входов блока сравнения устройства, причем выход преобразователя сопротивления. в напряжение соединен с одним иэ неподвижных контактов перво О го ключа, к подвижному контакту которого подключен вход усилителя, .а управляющие входы обоих ключей сое- с динены с дополнительными выходамиблока управления.2. Измеритель температуры по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения функциональнюсвозможностей, в него введен платиновый термометр сопротивления, подключенный через второй преобразовательсопротивления и напряжение к одномуиэ входов устройства вычитания, другой вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выходс одним из неподвижных контактов первого ключа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 488092, кл. 6 01 К 7/02, 1973.2, Зорий В.И Полищук Е.С. иЧайковский О.И. Йетод проектированияцифровых измерителей температуры.Известия вузов СССР, т. 19, фПриборостроение", Ю 7, 1976, с. 112-116