Устройство для измерения температуры

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение предназначено длятемпературных измерений и позволяетповысить быстродействие устройства.Выходное напряжение усилителя 2 постоянного тока, к входу которого подключен через термопреобраэователь 1сопротивления (ТС) и ключ 4 источник5 опорного напряжения, подается напервый вход компаратора 9, на второйвход которого поступает экспоненциально изменяющееся напряжение с НСцепи, состоящей из конденсатора 7и резистора 8. В момент равенства напряжений по сигналу с выхода компаратора 9 ключ 13 разряжает конденсатор 7, что приводит к иэменениосостояния компаратора 9 и началу формирования нового цикла экспоненциально меняющегося напряжения. Импульс свыхода компаратора 9 поступает черезэлемент И 14 на нулевой вход счетчика 15, устанавливая его в нулевоесостояние, что вызывает изменениесостояния дешифратора 16. По сигналус выхода дешифратора 16 срабатываетключ 4, включая вместо ТС 1 образцовый резистор. После формирования пциклов экспоненциально меняющегосянапряження по сигналу с дешифратора16 вновь включается ТС 1. Импульсныйсигнал с выхода дешифратора 16,частота которого пропорциональна измеряемой температуре, проходит через формирователь 19 результата измерения иэлемент И 8 на счетный вход счетчи- ека 30, запоминается в блоке 31 памятии отображается цифровым индикаторомэ 15062Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью термопреобразоцателей с нели 5нейной характеристикой.Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.На фиг,1 представлена схема предлагаемого устройства; ца фиг.2 - врепменные диаграммы выходных сигналовэлементов устройства,Устройство для измерения температуры содержит термопреобразовательсопротивления (ТС) 1, усилитель постоянного тока (УПТ) 2, резистор 3 обратной связи УПТ, первый ключ 4, источник 5 опорного напряжения, ББцепь 6, состоящую из конденсатора 7и резистора 8, компаратор 9, усили- Ютель 10 постоянного тока компаратора,первый 11 и второй 12 резисторы компаратора, второй ключ 13, первый элемент И 14, первый счетчик 15, дешифратор 16, дополнительный резистор 17, 25второй элемент И 18, Формирователь19 результата измерения, включающийтретий элемент И 20, триггер 21,импульсный генератор 22, де.-итель 23частоты, суммирующий сэе чик 24,четвертый элемент И 25, реверсивныйсчетчик 26 с предварительной записьюи элемент ИЛИ 27, ицвертор 28, третий ключ 29, второй счетчик 30,блок31 памяти и цц.зровой индикатор 32,Устройство работает следующим образомВ момент изменения выходного сигнала дешифратора 16 с нулевого наединичный он, поступая на управляющий вход первого ключа 4, устанавливает его в такое положение, при котором от выхода источника 5 опорногонапряжения отключается дополнительный резистор 17 и подключается ТС 1. 45При этом напряжение на выходе УПТ 2изменяется скачком от значения ЦЦ,(Б,Б ) до Ц= -Ц,(К,Б,),гдеЦ - величина выходного напряженияоопорного источника 5; Б - величина 50сопротивления резистора обратной связи УПТ 2 Б - величина сопротивлефния дополнительного резистора 17;В- величина сопротивления ТС 1.Величина сопротивления ТС 1 изменяется при изменении измеряемойтемпературы по законуЫтК,.= Ае 98 4где А и В - постоянные коэффициенты;е - основание натуральногологарифма;Т - величина измеряемой температуры,При этом выходное напряжение УПТ 2(фиг2, график 33) подается на первый вход компаратора 9, ца второй вход которого поступает напряжение Ц с выхода КС-цепи 6, представленное на фиг.2 графиком 34, причем1/С Б 8 БЦ =Цеог 18гдетекущее время, прошедшее от начала генерирования экспоненциального напряжения;- постоянная БС-цепи 6;К 8,К, - величины сопротивлений резисторов 8 и 12.В момент равенства суммы токов э., = Ц,/К ц 1 э = Ц,/Б протекающих через резисторы 11 и 12 компаратора 9, нулю или при Б 1, = К,э равенства Ц, + Ц э = 0 ца выходе операционного усилителя 10 компаратора 9 появляется скачок положительного напряжения, который поступает ца управляющий вход ключа 13. Последний закорачивает обкладки конденсатора 7, который разряжается через ключ 13. При этом выходное напряжение БС-цепи 6скачком устанавливается н исходное состояние Ц э = Ц , в результате чегооположительный сигнал ца выходе компаратора 9 скачком уменьшается до нуля, что в свою очередь приводит к размыканию ключа 13 и начинается новыйцикл генерирования экспоненциального напряжения, определяющий начало Формирования временного интервала задержки. При этом ца выходе компаратора 9 в момент каждого его срабатывания Формируется импульс Выходной сигнал компаратора 9 представлен на графике 35 (Фиг,2), Первый временной интервал С прошедший от начала генерирования экспоненциального напряжения до момента срабатывания компаратора 9, определяемый из равенстваЦ Б, л+ изп л Б 9 Б, 5 15069Сформирс 1 вдццьсй нд выходе комцлраторд 9 н момент гсо срлбдть 1 вания импульс поступает ца один из входовпервого элемента И 14 и, нследствие5того, что ца другом его выходе в этовремя присутствует разрепсдющий сигнал логическои единицы" с выходадешифрлтора 16, он проходит на выходи далее цл вход нулевого сброса первого счетчика 15 Импульсный сигнална выходе элемента И 14 представленна графике 36,При этом сигнал цл выходе дешифратора 16 (он представлен ца графике 1537) меняется с единичного на нулевой, поступает ца управляющий нходключа 4 и устанавливает его н такоесостояние, при котором от выходя цс -точника 5 опорного напряжения отключается ТС 1 и подключается дополнительный резистор 17,что н свосо очередь приводит к скачкообразному изменению напряжения на выходе УПТ 2 отвеличины П, = -11 о(Бо,сБ,.) ло 11, = 2511 о(Б с Б )С этого момента цлчиндется процесс формирования второго временного интернллл - задержки Сз,Время с, просяедшее от момента 30начала генерирования экспоненциального напряжения, определяемого предыдущим срабатыванием комплраторд 9,домомента его нового срабатывания,опреБ оделяемого из равенства -11+ 35о/л 9+ 11,е = О, составляет Сформированный на выходе компарлтора 9 импульс, вследствие блокировки входа элемента И 14, соединенного с выходом дешифратора 16, присутствующим ца нем сигналом нулевого уровня, не проходит ца вход нулевого сброса счетчика 15, поступая на счетный вход последнего, изменяет по своему заднему Фронту соответствующим образом его состояние-, Так как при этом выходной сигнал дешифратора 16 изменяется, сформированный на выходе компарлтора 9 импульс, вследствие блокиронки входа элемента И 14 по входу соединенному с выходом деФ55 шифраторд 16, присутствующим нл нем нулевым сигналом, не проходит на вход нулевого сброса счетчика 15, л поступает на счетный вход последнеГО И С ВСсЦМ ЭЛДНИМ ФРОНТОМ ЦЗМСЦЯГт СООтВЕтСтнушщИМ ОбраЗОМ Е 1 О СссстОяцие. Так кдк цри этом сигнал нл выходе дешцфрлторд 16 не изменяется, то ОчРПРдной и пОГ 1 РдуюпиР ичпульГь 1 ца выходе комн;1 рлторл 9 с 1 рмцруются ГлР апериодом С = , 1 п ЭБТак продолжается до момента формирования п-го импульса, считая с момента нулевого сброса счетчика 15, т.е, с момента цдчалл формирования второго временного интервала задержки С, Этот импульс, поступая на счетный вход первого счетчика 15,устанднливлет его ныходы н такое состояние, при котором сигнал на выходе дешифрдторд меняется с нулевого опять на единичный, При этом ключ 4 вновь отключает выход источника 5 опорного напряжения от вывода дополнительного резистора 17 и подключает к нему вывод термопреобразонателяВ этот момент времени заканчинается Формирование второго временного интервала С 2 длительностью Пллее работа устройства анллогичВ результате на выходе дещифраторл 1 б Формируется первая импульсная пс 1 слР 11 онлтельнс 1 сть с длительностьюю импУльсов С т и Г пе Риодом Сопрслеляемым выражением БПри выполнении условия Г 1 поАРа Бо гБа пи с 1.г - или= - ф-, часБ, А Бтотл Г первого импульсного сигналанд выходе дешифратора 16 определяется выражением 1 = 1/С = Т/ В, т.е,прямо пропорциональна измеряемойтемпературе, Для получения прямогоцифрового отсчета измеряемой температуры плрвый импульсный сигнал свыхода дешифратора 16 подается черезформировлтель 19 и злемент И 18 навторой счетчик 30, состояние которого через блок памяти выводится нацифровой индикатор 32,Первый импульс выходного сигналацешифратора 1 6, поступая на С-вход506298 триггера 21, поступая на один из входов элемента И 20, на период первого в течение всего четного периода пер 1 вого импульсного сигнала остаетсянеизменной, то следующий импульс навыходе нуля реверсивного счетчика 26 опять появляется через времяС , Таким образом, на выходе нулячреверсивного счетчика 26, являющем ся выходом умножителя частоты,формируется вторая импульсная последовательность с периодом С ч = И/таккак М,= Гз С и Гз = го/Т лкТ, раз меньше периода первой импульсной последовательности или счастотой Г Ч = 1/С= Ч Г, превышающей величину частоты первого импульсного сигнала н Т , рдз. Приэтом значение периода выходного сигнала умножителя частоты це зависитот частоты импульсного генератора22, поэтому нестабильность частотыгенератора 22 не вызывает погрешцос ти при делении периода первой импульсной последовательности. Сигнална управляющем входе ключа 29,поступающий с инверсного вьхода триггера, имеет единичное значение в четном периоде первого импульсного сигнала Благодаря этому на выход ключа 29 проходит четный проинвертиронанный инвертором 28 импульс с выхода дешифратора 16 длительностью С50(временная диаграмма сигнала на выходе инвертора 28 представлена на графике 42),Единичный импульс с выхода ключа29, временная диаграмма сигнала навыходе которого представлена ца графике 43, поступает ца нулевой входсчетчика 30, передним фронтом устанавливает последний н исх.пце нулевое состояние и, поступая цд первый триггера 21 изм .няет состояние его прямого и инне сного выходов, временные диаграммы сигналов на которых представлены соответственно на графиках 38 и 39, на инверсные по каждому переднему фронту единичного импульса,Выходной сигнал инверсного выхода импульсного сигнала блокирует другой его вход, соединенный с вь 1 ходом дешифратора 16. В результате на выход элемента И 20 проходит каждый четный импульс первого импульсного сигнала.Сигнал с прямого выхода триггера 21, поступая на нулевые входы делителя 23 частоты и суммирующего счетчика 24, устанавливает их по своему переднему Фронту в исходное нулевое состояние. По окончании этого Фронта делитель 23 частоты и счетчик 24 начинают работать при поступлении импульсов на их счетные входы с исходного состоянияПри этом на выходе делителя 23 частоты формируется импульсный сигнал с частотой Г, определяемой выражением Г = Г,/К гдеоГ - частота импульсного генератора 22; К - коэффициент деления делителя 23 частоты, или при К=макГд/с . Импульсы с выхода делителя 23 проходят через элемент И 25 н течение периода С перного импульсного сигнала, когда на прямом выходе триггера 19, соединенного с другимвыходом элемента И 25, присутствуетсигнал логической единицы. При этомс выхода элемента И 25 на счетный вход счетчика 24 за этот период поступает ш импульсов, где ш = ГС, или с учетом С = 1/Г, где Г - частота первого импульсного сигнала, в счетчике 24 в момент окончания этого периода оказывается записаннымчисло И ч -- Г /Г, В этот момент времени на вход записи реверсивногосчетчика 26 с выхода элемента И 20,временная диаграмма сигнала на котором представлена на графике 40, через один иэ входов элемента ИЛИ 27поступает четный единичный импульсс выхода дешифратора 16, который переписывает информацию, присутствующую на выходах счетчика 24, в реверсивный счетчик 26 по его входам начальной установки и блокирует его вычитающий вход,В момент окончания этого импульсав реверсивном счетчике 26 оказывается записанным число М , и счетчикначинает работать н режиме вычитания,Через время Сч, опрецеляемое из раненства СГ, = И , происходит обнуление реверсивного счетчика 26, Импульс с выходд нуля реверсивногосчетчика 26, поступая через другойвход элемента ЮИ 27 ца еговход идалее на вход записи реверсивного счетчика 26, временная диаграмма сигнала которого представлена ца графике 41, вновь переписывает информацию с выхода счетчика 24 в ренерсинныйсчетчик 26, а так как эта информациявход элемента И 18, разрешает прохождение второго импульсного сигнала на счетный вход счетчика 30. По окончании этого импульса в счетчик 30 оказывается записанным код МГ С= 1- соотнетствующийСколичеству импульсов второго импульсного сигнала за второй временной интервал С .При этом задний фронт этого импульса, поступая на вход записи блока 31 памяти, переписывает информацию с информационных выходов счетчика 30 в блок 31 памяти На этом цикл измерения температуры заканчивается, а результат измерения Иотображается на индикаторе 32. так как С= С/Т макс С В/Т Т максл. т макс вс=1АмрчС 20 то 25 Формула изобретения40 1. Устройство для измерения температуры, содержащее источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к первому выводу конденсатора ВС-цепи и к подвижному контакту 45 первого ключа, два неподвижных контакта которого соединены соответственно через термопреобразователь сопУстройство работоспособно и в том случае, когда выход инвертора 28 непосредственно соединен с первым входом второго элемента И 18. В этом случае формиронание результата измерения формиронателем 19 осуществляется в каждом периоде первого импульсного сигнала. Но, так как результат измере. ния может измениться только через один период первого импульсного сиг нала, такой режим работы нецелесообразен,ротивлеция и дополнительный резисторс инвертирующим входом операционногоусилителя с резистором в цепи обратной связи, ныход которого подключенк перному входу компаратора, а неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, соединенной с вторым выводом источника опорного напряжения и первым выводом резистора ВГцепи, и подключен ко второму нходукомпаратора, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, включенного параллельно конденсатору, первый счетчик, выход которогосоединен с входом дешцфратора, а входустановки нуля подключен к выходупервого элемента И, первый вход которого соединен со счетным входом первого счетчика и выходом компаратора,а второй вход подключен к выходу дешифратора, соединеццого с управляющим входом первого ключа, блок памяти, выход которого подключен к входуцифрового индикатора, информационныевходы соединены с выходами нторогосчетчика, а вход записи соединен свходом установки нуля второго счетчика и первым входом второго элементаИ, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, о т Л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения быстродействия устройства,в цсго введены инвертор и формирователь результата измерения, вход которого соединен с входом ицвертораи выходом дешифратора, а выход подключен к второму входу второго элемента И, при этом выход чнверторасоединен с первым входом второгоэлемента И,2. Устройство по и.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что выход инвертора соединен с первым входом второго элемента И через третий ключ, управляющий вход которого соединен с дополнительным выходом формирователя результата измерения.1506298 оставитель В,Куликовехред А.Кравчук Корректор И.Самборска Горна ак з 5420/4 573 Подписи и ГЕНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул арина, 1 О осударственного комитета ло 113035, Иосква, Юбретениям и открыт ауаская наб., д, 4