Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 К 7/16 вто объ тся к измериет быть исполь.температуры инога преобразовления термостаотн Изобретен тельной техн зовано для и в качестве и вателя в сис тами, ке и рения ежуто еме уп я измереее коммутанены с теривления иров, пода, а выходаналоговторой тво д держа Известно устро ния температуры, тор, входы которо мопреобразователе блоком образцовых ключенных к источ соединен с первым цифрового преобра го саед м сопро резист нику то входом зователГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И отНРЫТПРИ Гкнт СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1229600, кл. С 01 К 7/16, 198 Й,Авторское свидетельство СССР И 138 Й 966, кл. С 01 К 7/2 Й, 1988. (5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМ" ПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения температуры и в качестве промежуточного преобразователя в системе управления термостатами,Цель изобретения состоит в повыше",БО 171992 нии точности и надежности устройства для измерения температуры, Устройство содержит термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор, генератор тактовых импульсов,реверсивный счетчик, нуль-орган иблок индикации. Цель достигается введением генератора синусоидальногосигнала, цифроаналогового преобразова- .теля и блока коррекции, Выход генератора синусоидального сигнала черезэталонный резистор соединен с токовым входом нуль-органа, выполненногов виде последовательно соединенныхусилителя тока, фазового детектораи формирователя выходных сигналов.Значение кода, образуемое блокомкоррекции и регистрируемое блокоминдикации, прямо пропорционально ве.личине сопротивления термопреобразователя, а следовательно, измеряемойтемпературе, 2 ил,вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключенк первому входу микропроцессора,второй вход которого соединен с запоминающим устройством, а выходы подключены к управляющим входам коммутатора и блока индикации, С целью повышения помехозащищенности и точностиустройства за счет подстройки времени интегрирования входного сигналааналого-цифрового преобразователя подпериод сетевого напряжения, в неговведены Формирователь и два программируемых счетчика, тактовые входы ко 171992 бторых соединены с выходом генератора импульсов, выходы соответственно подключены к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя и третьему входу микропроцессора, а входы5 соответственно соединены с третьим выходом микропроцессора и выходом формирователя вход которого подключен к питающей сети. Наличие микро О процессора обеспечивает хорошую точность измерителя, но наличие механических ключей коммутатора и сложность устройства обуславливают его низкую надежность. 15Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, включенный последователь)о но с первым резистором в одно из плеч измерительного моста, в два других смежных плеча которого включены постоянные второй и третий резисторы, а уравновешивающееся плечо сос тоит из последовательно соединенных четвертого и пятого резисторов в магазине сопротивлений, состоящем из четырех управляемых тетрад двоично взвешенных резисторов и подключенно го к выводам четвертого резистора, источник питания, подключенный к пита- . ющей диагонали измерительного моста - точкам соединения первого резистора с,вторым и третьего резистора с четвертым, нуль-оргвн, вход которого35 соединен с измерительной диагональю измерительного моста, а выход подключен к управляющему входу селектора, информационный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов а выходы подключены к вхо" дам реверсивного четырехразрядного счетчика, выходы первого, второго и третьего разрядов которого подключены соответственно к управляющим входам первой, второй и третьей тетрад двоично-взвешенных резисторов, а вы ход четвертого разряда подключен к входу дешифратора, выход которого соединен с управляющим входом чет 5 О вертой тетрады двоично-взвешенных резисторов и управляющими входами первого и второго ключей, блок индикации, подключенный к выходам реверсив. ного четырехразрядного счетчика, три дополнительных резистора, причем последовательно соединенные дополнитель ные резисторы включены в питающую диагональ измерительного моста, а выводы второго дополнительного резистора через нормально разомкнутые первый и второй ключи соединены с выводами пятого резистора уравновешивающего плеча.Устройство работает следующим образом.8 случае баланса измерительногомоста сигнал на входе в нуль-органотсутствует, а его выходной сигналзапирает селектор, запрещая прохождение импульсов генератора тактовыхимпульсов на реверсивный счетчик. Вэтом случае блок индикации регистрирует значение, записанное ранее в реверсивном счетчике. При изменениитемпературы баланс измерительного моста нарушается и на одном из выходовнуль-органа появляется сигнал, разрешающий прохождение через селекторимпульсов тактового генератора насуммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика в зависимости отзнака сигнала разбаланса измерительного моста. Заполнение счетчика происходит до момента восстановления баланса моста, После этого на блокеиндикации регистрируется новое значе"ние измеряемой температуры,Реверсивный счетчик управляет магазином сопротивлений, имеющих номиналы, соответствующие двоично-взвешенному коду. При этом для исключениявлияния переходных сопротивлений ключей, подключающих сопротивления кизмерительному мосту, они должныиметь механические контакты, обладающие пренебрежимо малым значениемпереходного сопротивления.Недостатками устройства являютсяналичие электромеханических ключей,имеющих низкую надежность, недоста-.точная точность, так как не учитывается нелинейность термопреобразователя сопротивления, и большая постоянная времени измерения, обусловленная большой инерционностью механических контактов ключей.Цель изобретения - повышение точности и надежности устройства дляизмерения температуры.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик, нуль-органи блок индикации, введены генераторсинусоидального сигнала, цифроаналоговый преобразователь, и блок коррек-ции, причем выход генератора сину 5соидального сигнала через эталонныйрезистор соединен с токовым входомнуль-органа, выполненного в виде последовательно соединенных усилителятока, фазового детектора и формирователя выходных сигналов, первый,второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющимивходами прямого и обратного счета ивходом "Запрет счета" реверсивногосчетчика, информационные выходы которого соединены с цифровыми входамиблока коррекции и цифроаналоговогопреобразователя, вход опорного сигнала которого соединен с выходом генератора синусоидального сигнала ивходом опорного сигнала фазового детектора нуль-органа, аналоговый выходсоединен через термопреобразовательсопротивления с токовым входом нульоргана, четвертый выход которого соединен с входом "Запись" цифровогоиндикатора, цифровые входы которогосоединены с цифровыми выходами блокакоррекции, а счетный вход реверсивного счетчика соединен с выходом генератора тактовых импульсов,Сравнение предлагаемого устрой"ства с известными показывает, чтоцифроаналоговый преобразователь,блок коррекции и генератор синусоидального сигнала по отдельности известны, но их введение в указанныхсвязях с остальными блоками в предлагаемом устройстве обуславливает появление новых свойств, заключающееся в следующем.Введение цифроаналогового преобразователя позволяет произвести .компенсацию сигнала опорного каналаустройства без применения электромеханических ключей, что повышает надежность устройства, Введение генератора синусоидального сигнала и бло"ка коррекции, преобразующего двоичный код реверсивного счетчика в двоично-десятичный и вводящего поправкуна нелинейность термопреобразователясопротивления, позволяет исключитьпогрешность от дрейфа смещения выходных сигналов цифроаналогового пре 55образователя и усилителя тока нуль-.органа и тем самым повысить точностьизмерения,На фиг. 1 изображена структурная ; схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2 - диаграмма работы устройства.Устройство содержит генератор 1 синусоидального сигнала, генератор 2 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 3, двоичный реверсивный счетчик 4, образцовый резистор 5, термопреобразователь 6 сопротивления, блок 7 коррекции, цифровой индикатор 8, нуль-орган 9, включающий,в себя усилитель 10 тока, Фазовый детектор 11 и формирователь 12 выходных сигналов, причем выход генератора 1 синусоидального сигнала через эталонный резистор 5 соединен с токовым входом нуль-органа 9, выполненного в виде .последовательно соединенных усилителя 1.0 тока, фазового детектора 11 и формирователя 12 выходных сигналов, первый, второй и третий выходы котороо соединены соответственно с управляющими входами прямого и обратного счета и входом "Запрет счета" реверсивного счетчикаИнформационные выходы последнего соединены с цифровыми входами блока 7 коррекции и цифроаналогового преоб" разователя 3, вход опорного сигнала. которого соединен с выходом генератора 1 синусоидального сигнала и входом опорного сигнала Фазового детектора 11 нуль-органа 9, а аналоговый выход соединен через термопреобразователь 6 сопротивления с токовым входом нуль-органа 9, четвертый выход которого соединен с входом "Запись" цифрового индикатора 8, Цифровые входы последнего соединены с цифровыми выходами блока 7 коррекции, а счетный вход реверсивного счетчика 8 соединен с выходом генератора 2 тактовых импульсов.Устройство работает следующим образом,При включении питания реверсивный счетчик 4 устанавливается в ис" ходное значение, а ток через эталонный резистор 5, поступающий нв токовый вход нуль-органа 9, обеспечивает появление на его выходе 1 сигнала, разрешающего заполнение реверсивного счетчика 4 в режиме прямого счета импульсами генератора 2, По мере заполнения реверсивного счетчика 4, на его информационных выходах появ"1 й,= рБ45 где 1 - ток через образцовый резис"отор 5, К;Бг - напряжение с,выхода генератора 1, В;В. - значение сопротивления реозистора 5, Ом,Ток через термопреобразователь 6 сопротивления 5 О Бг1(г) где 1 - ток через термопреобразователь 6, А; ляется возрастающий во времени двоичный код, поступающий на цифроаналоговый преобразователь 3, вызывая появление на его аналоговом выходе сту 5 пенчато возрастающего напряжения переменного тока, поступающего от генератора 1 синусоидального сигнала, но инвертированного цифроаналоговым преобразователем 3, По мере роста этого напряжения ступенчато возрастает ток через термопреобразователь 6 сопротивления и в момент равенства токов (баланс схемы) на токовом входе нуль-органа 9,на его выходе 111 появляется сигнал запрета счета, останавливающий счет реверсивного счет-. чика 4, Одновременно исчезает сигнална выходе 1 и появляется на выхо де 11, подготавливая реверсивный счетчик 4 к новому циклу, но в режиме обратного счета. В период действия сигнала "Запрет счета", на выходе 17 нуль-органа 9 Формируется импульс записи, обеспечивающий запись преоб разованного блоком 7 коррекции кода с выхода реверсивного счетчика 4 в блок индикации для его отображения или регистрации. По окончании действия сигнала запрета счета на выходе 111 нуль-органа 9 реверсивный счетчик 4 начинает заполняться в режиме обратного счета, уменьшая значение кода на своих информационных выходах, а следовательно, и напряжение на аналоговом выходе цифроаналогового преобразователя 3, При этом уменьшается ток через термопреобразователь 6 сопротивления до момента нового баланса токов на входе нуль-органа 9. 40 Далее процесс измерения повторяется.Ток через образцовый резистор 5 определяется выражениеми - число разрядов цифроаналогового преобразователя;й - значение сопротивления термопреобразователя б, Ом; А=А 2 +А 2 А,2 - значениекода на цифровых входахцифроаналогового преобразователя;А - весовые коэффициенты, принимающие значения 0 или 1.В момент баланса токов на токовом входе нуль-органа 9 т.е. Бг БгА. о(3) Отсюда значение кода в момент ба- ланса 2 В,А= --к,Таким образом, значение кода,образуемое блоком 7 коррекции и регистрируемое блоком 8 индикации прямо пропорционально величине сопротивления термопреобразователя б, аследовательно, и измеряемой температуре,Практической реализацией предлагаемого устройства является макет измерителя температуры с диапазоном измерений от -200 до +500 С с погрешностью менее 0,1 С, При этом исключение электромеханических переключающихэлементов обеспечивает надежностьустройства на уровне надежности входящих в устройство интегральных схем,формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь сопротивления, эталонный резистор, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик, нуль-орган и блок индикации, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, селью повышения точности и надежности, в него введены генератор синусоидального сигнала, цифроаналоговый преобразователь и блок коррекции, а нуль-орган выполнен в виде последовательно соединенных усилителя тока, Фазового детектора и Формирователя выходных сигналов, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с прямым, обратным и запрещающим входами реверсивного счетчика, информационные выходы которого соединены с цифровыми входами блока коррекции и цифро) аналогового преобразователя, вход опорного сигнала которого соединен с выходом генератора синусоидального сигнала, опорным входом фазового детектора и через эталонный резистор с входом усилителя тока, который через термопреобразователь сопротивле-. ния соединен с аналоговым выходом цифроаналогового преобразователя, четвертый выход формирователя выходных сигналов соединен с входом "Запись" цифрового индикатора, цифровые входы которого соединены с цифровыми выходами блока коррекции, а счетный вход реверсивного счетчика соединен с выходом генератора тактовых импульсов,1719926 Составитель С,Ботуз Техред Л,Сердюкове сар орректор И.Самборская ир ВНИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, при ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго и. Гагарина, 101 РедакторЗаказ 65 по изобретениям