Цифровой измеритель температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 7/О ВСЕГО Р,", .3 епвлкоил 21) 22) 46) .71) ниче на политехком (72(57,)Иэобрратурнымиспользов я к темп жет быть ение относимерениям и ано при пострителей темпера енин ци ротуры, рабормоэлектрими, Цель изочности измевых иэмер тающих в комплекте среобразовате ческими ре т ения - по выше ни ГОСУДАРСТРЕННЫЙ НОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ ИЗОБР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 3742062/24-1024.05.8407.07.86. Бюл, 9 25Львовский ордена Леньский институт им. ЛенинскогоомолаВ. Б. Здеб, Р. Н. Огирко,Шморгун и В. А. Яцук536.532(088.8)Авторское свидетельство СССР9351, кл. С 01 К 7/14, 1981,Авторское свидетельство СССР20180, кл. О 01 К 7/02, 1983. ОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМЕРАТУРЫ 80124272 рения путем уменьшения аддитивныхсоставляющих погрешности. входногоусилителя, токов утечки переключателя полярности и компенсации изменения термоЭДС свободных спаев. Рабочий спай термоэлектрического преобразователя (ТП) помещают в среду,температуру которой надо измеритель,в месте подключения свободных спаевТП располагают термочувствительныерезисторы 24 и 25. Компенсационноеустройство (КУ) 6 используют следующим образом. В предыдущем такте, перед первым тактом первого дикла, сигналом с блока 10 управления устанавливают переключатели 18 и 19 в верхнее положение. Усилители 20 и 21 ирезистор 23 образуют генератор постоянного тока, и его ток создает в индикаторной диагонали моста компенсирующее напряжение, которое подаетсяна выход КУ б. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых измерителей температуры, работающих в комплексе с термоэлектрическими преобразователями,Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения аддитивных составляющих погрешностивходного усилителя, токов утечки пе- Ореключателя полярности и компенсацииизменения термоЭДС свободных спаев.На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового измерителя температуры;на фиг, 2 - функциональная схема 5компенсационного устройства; нафиг. 3 - схема двухвходового управляемого интегратора; на фиг. 4 -схема блока управления; на фиг. 5 -эпюры выходных напряжений на выходах 20элементов блока управления.Цифровой измеритель температурысодержит термоэлектрический преобразователь (ТП) 1, переключатель 2 полярности (ПП), усилитель 3, источник 4 напряжения смещения, сумматор 5,компенсационное устройство ( КУ) 6,источник 7 опорного напряжения (ИОН),интегратор 8, нуль-.орган 9, блок 10управления (БУ), генератор 11 опорной ЗОчастоты (ГОЧ), первый 12 и второй 13селекторы, блок 4 линеаризации (БЛ).,цифровве отсчетное устройство 15(фиг. 2) содержит первый 18 и второй 19 переключатели полярности, первый 20, второй 21 и третий 22 усилители, образцовый резистор 23, два 4 Отермочувствительных 24 и 25 и дватермонеэависимых 26 и 27 резистора.Управляемый двухвходовый интегратор 8 (фиг. 3) содержит зарядные резисторы 28 и 29, электронные ключи 4 е30 - 32, усилитель 33 интегратора иконденсатор 34.Блок управления (Фиг. 4) содержит делитель 35 частоты, кольцевой счетчик (КСЧ) 36, элементы ИЛИ 37 - 40, ББ-триггеры 41 - 43, Э-триггер 44, элементы И 45 - 48 и элемент ИСКЛЮЧА 1 ЯЦЕЕ ИЛИ 49, Первый селектор С 1 12 содержит два элемента И 50 и 51, а второй селектор С 2 13 - один элемент И.Цифровой измеритель температуры работает следующим образом. Перед измерением рабочий спай ТП 1помещают в среду, температуру которой необходимо измерить, а в местеподключения свободных спаев ТП располагают термочувствительные резисторы 24 и 25.Каждое измерение состоит из двухциклов, в свою очередь состдящих изтрех тактов.При включении питания устройствавсе его блоки устанавливаются в произвольное состояние, поэтому результат первого измерения будет шибочным, остальные-правильными,В первом такте первого цикла навходы сумматора поступает термоЭДС("Ех) отрицательной полярности ТП 1,усиленная в К раз, напряжение (-7 п,)компенсационного устройства б и напряжение Чсдп смещения, с выхода сумматора сумма указанных напряженийподается на первый вход интегратора 8,который интегрирует ее в течениепервого такта, Во втором такте посигналу с блока управления интегратор интегрирует напряжение источника 7 опорного напряжения, поступающее на второй вход интегратора, врезультате чего напряжение на выходе интегратора уменьшается, Моментравенства выходного напряжения интегратора 8 нулю Фиксируется нуль-органом 9, который вырабатывает импульси передает его в блок 10 управления.Одновременно с началом второго тактасигналом с блока 10 управления импульсы с генератора 11 опорной частоты подключаются через первый селектор 12 к суммирующему входу реверсивного счетчика 16. За время 1,между началом второго такта и моментом срабатывания нуль-органа 9 впервом цикле измерения в реверсивный .счетчик 16 запишется И импульсов1=о = с, (-Е х+ М+л+ Ы+Ъ -1 гТ(1)где 1 р - частота следования импульсов ГОЧ- коэффициент усиления усилителя 3;ЛР - аддитивная составляющая погрешности, приведенная квходу;7 Л - напряжение эквивалентной помехи;Й 9 - результирующее падениенапряжения от токов утечки24"5 417 индикации полярности (БИ 11) показывает знак +", а в блоке 14 линеаризации подключается схема линеаризации положительных температур. Еслинаоборот, то БИП 1 заказывает знака в блоке 14 лениаризации подключается схема линеаризации отрицательных температур.Как видно из выражения (3), результат измерения не зависит от значений аддитивной составляющей погрешности ААэквивалентной помехи и токовутечки. Кроме того, в устройствеобеспечена компенсация влияния изменения температуры свободных спаев ТП 1.В третьем такте второго циклапроизводится индикация измеряемойтемпературы, а также ее знака. Крометого, устанавливается начальное напряжение индикатора 8, переключаетсякоммутатор и компенсационное устройство 6Компенсационное устройство используют следующим образом. В предыдущемперед первым тактом первого циклатакте сигналом с БУ 10 устанавливаютпервый 18 и второй 19 переключателиполярности в верхнее (фиг. 2) положение, тем самым прикладывая к инвертирующему входу усилителя 20 30напряжение Ео ИОН 7, а инвертирующий вход усилителя 21 соединяют собщей шиной цифрового измерителятемпературы. Усилители 20 и 21 с гальваническими развязанными цепями пи- , 35 тания и резистор 23 образуют генератор постоянного тока. Переключатели 18 и 19 полярностипозволяют подключать напряжение к одному или другому входу генератора постоянного 4 О тока и тем самым изменять направление его выходного тока. Ток генератора постоянного тока создает в индикаторной диагонали моста компенсирующее напряжение которое снимается по-.Эвторителем напряжения (усилитель 22)и подается на выход компенсирующегоустройства. Усилитель 22 выполняетдве функций: преобразует "плавающее" Онапряжение в индикаторной диагоналимоста и входное напряжение 7 КУ 6относительно общей шины цифрового измерителя, а также обеспечивает нулевое выходное сопротивление КУ. 3 1переключателя 2 полярностии усилителя 3 на сопротивлениях элементов входной цепиустройства;ЧС 1 - напряжение. смещения;Чк - выходное напряжение компенсационного устройства;Т - время интегрирования в первом такте;Ео - напряжение источника 7 опорного напряжения.В третьем такте первого цикла происходит установка начального уровняинтегратора 8 и по команде из блока10 управления переключателя 2 полярности подает на сход усилителя 3 тер- моЭДС ТП 1 положительной полярности(+Е). Также по команде из блока 10управления изменяет знак на противоположный и выходное напряжение (+Чк)компенсационного устройства 6.В первом такте второго цикла интегратор интегрирует выходное напряжение сумматора, а во стором такте - напряжение Ео с выхода источника 7 опорного напряжения. С началом второго такта импульсы с выхода генератора опорной части (ГОЧ) 11 через селектор 12 проходят на вычитающий вход реверсивного счетчика 16. Блок 10 управления фиксирует момент времени перехода через нуль реверсивного счетчика (РС) 16 и момент срабатывания нуль-органа 9. В промежутке между этим по команде из БУ 10 выход ГОЧ 11 подключается через селектор 13 к входу блока 14 линеаризации.В течение второго такта второго цикла измерения на вычитающий вход РС 16 пройдет Б. импульсов11=2 а = Ь (Е х+И 1+Чи+ Йу)+Чсп ++71 Г, (2)ЕоЕсли учесть, что РС 16 переходит через нулевое состояние после про 4 хождения на его вычитающий вход Б импульсов (частота ГОЧ 11 в обоих циклах постоянна), то интервал времени между началом второго такта второго цикла измерения и перехода5 РС 16 через нуль равен й . Поэтому . импульсы с выхода ГОЧ 11 через селектор 13 на вход БЛ 14 прходят на протяжении времени 1=1-1, эа которое поступит И импульсовИ 5 Го=Б 2-0=2(К 1 Ек+Чк )Еоо(3)Если первым переходит через нуль РС 16, а потом нуль-орган 9, то блок В первом такте первого цикланапряжение (-Чц) равногпе АРГ - эквивалентная эддитивпая составляющая погрешностигенератора постоянного тока;сопротивление резистора 23;сопрт Ивле 5 лие тгрмочувствительных резисторов 2 и25; сопротивление термонездви"симых резисторов 26 и 27;ацдитивндя составляющаяпогрешности усилителя 22. 1 ПЯ -В первом такте второго цикла нагенератора постоянного тока и повторителя напряжения.Если соотношения между сопротивлениями термочувстгительным и гермоцезависимых резисторов моста выбрать как в известном устройстве, тс .зависимость ндпряжспия От темперауры дет иметь такой хардктер, как 5 л термоЭДС ТП и практически будет отсутствовать методическая погрешность5;, вызываемая одзцым Бидсм этих зд"виспмсстей,Блок 1 О упрдвле 5 ия (фиг . ) работает следующим образом, Э"С помощью дегитегей 35 частоты из чдс"Оы 1 О1 1 пслу.Яют импульсы с требуемым 5;ериодом говторения, равным длительности такта. Ксльцевой счетчик 36 па шесть за время одного Г измерспия пОЗБОляет получить нд сВОих шести выходах импульсы одинаковой длительности, причем. соседние импульсы сдвчнуты во Бре."лени на один так" (фиг, 5, эг 5 юры 2-7). Быходнь:е сигналы КСЧ 36 используются,пля синхронизации работы схемь БУ 1 О.Поскольку в обоих циклах измерения такты повторяются, тО си ч, 2 и 5, 7 и 6 КСЧ 36 через со- "0 ответственно схемы ИЛИ 37-38 полу чают сигналы управления ключами 30 3 5 л егвдторд 8 передЯваемье Б него посрепством трехпроводной птицы управления. С выходов элементов . 5 л ИЛИ 37-39 соответственно через первыи ПРОВОД ПЭРРДДЮТ СИГНЯЛ УПРЯБЛЕНИЯпервым тактом, второй провод - Бтопряжение рдв 5 тоО 1 ЪГГ - ЬР 1-7. ВАР /+ к" + Ьпч ы -4 л+" ,+В,+ВгПодстдвив значения (-К, и (+,5 К)рор ллу, ) ) (. / 1 (31 9 ПОЛ чл чго напряжение с це зависит От дддитивных составляющих погрешности 7 рым тактом и третий - третьим (фиг. 5,эпюры 8-10),С помощью РБ-триггера 41 (с егопрямого выхода) получают сигналы управления КУ 6 и ПП 2, причем его Рвход подключен к второму Выходу, аБ-вход - к пятому выходу КСЧ 36. Приэтом сигнал, например, логическойединицы соответствует одному положению ПП 2 и переключателей 18 и 19КУ 6, а логического нуля - другомуположению .РБ-триггеры 42 и 3 испогьзутотдля фиксации моментов срабатывания;:5 уль-органа ГГ 1 О) и обнугения РС 16,при этом сигнал срабатывания НО 9 исигндл Об 5 Улеия РС 16 поцдБг па бвходы ББ-триггеров ч 2 и " ,ф 5 лг, 5.э 55 юры 1415), Устаовна РБ-тртлг е -ра 2 Б исходное состояние осуществляется подачей с выхопо 1 ц А,КСЧ 36 через элемент Гл 111 7-0 сигталаа еГО Р-вхс. 1 Б - тригге Гус-ндвливдЕтся в ИсхОццое СОСТОБНИЕсигналсм с естого Быхоа К(ГЧ 36 55 ОГ ДБДЕМЬМ НД Е О Г. - ВХОД,Э 5 ЕМ Р:т 11 7 6 ЬИГ Э .,т-,ру,т 1 К,прдвл 5 емьи с Выхода г. КС 1: О, спрямогс выхоцд. ЕБ в тригг;: 1 и Гинверсного Выхода РБ-триггера 2,формирует сигнал рдзрешеция пер.омуселектсру 12 гоцачи и;,пульсов частоты Хо ст ГОЧ 1 цд суммирующий входРС 16 СГ 5 лзп разр".-5 ля 1 О 5 лр"-етсяот начала второго такта первого П 55 кла до ыоь 5 ентардбатывдпи 5 ПО 9 с Онпоступает к первому селектору черездвухпровоцную шину управления.Элемент И 7 формирует сигнал разрешения первомк сэектсру 12 подачи импульсов частоты Го от ГОЧ 11 на вьгчлтякцглг 5 й вход РС 16, Сигнал разредения 15 ор 5 ируется от ндчдлд второго такта второго цикла до момента обнулепля РС 16 (ф 55 Г. 5, эпкрд 19), Б лолдцг, когдг. РС 16 переходит через :уль на зго выходе Вырабатывается хорог к 5 лй импульс, которьй перебрасы-. вает РБ-тр 5 лггер 3. Сигнал с инверс."ОГО выходс этого триГГерд ,ВОГическнй нуль 1. подаваемый нд Бхоц эле ента И й 7, перРБОдит еО и СО тсянле логл;еского нуля, и таки:образом, запредает подачу импульсов от ГОЧ 11 на вычнгающий вхор; РС 16. После эгого Б РС 6 записи импульсов не прои ходит, т,е,. он находится внулевом состоянии и нет необходимости в специальных схемах установки его нуля. Импульс разрешения (запре-, та) подается с выхода элемента И 47 на вход первого селектора через двух-: проводную шину управления через второй провод.Схема на элементе И 45 и П-триггере 44 служит для выработки сигнала 10 о полярности измеренной температуры. Короткий импульс в момент срабатывания НО 9 во втором такте второго цикла подают на С-вход триггера 44, который в этот момент переписывает 15 информацию с В-входа на выход. Как видно из эпюр 12 и 13 (фиг. Б), при полохительных температурах.во втором такте второго цикла импульс обнуления РС 1 б приходит раньше, чем 20 импульс срабатывания НО 9. При этом на прямом выходе БЯ-триггера 43 будет сигнал логической единицы, кото,рый по приходу импульса НО 9 переписывается на выход В-триггера 44 и 25 свидетельствует о том, что значение измеренной температуры положительно, а в противном случае (логический нуль) отрицательно.Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 49, а 30 также элемент И 48 вырабатывают сигнал управления вторым селектором 13. Как видно из эпюр 14-17 (фиг. 5), во втором такте второго цикла вторым селектором 13 управляет импульс, ,длительность которого равна времени от момента обнуления РС 1 б до момента срабатывания НО 9 при измерении положительных температур, и наоборот, от момента срабатывания НО 9 4 О до момента обнуления РС 16 при измерении отрицательных температур, На протяжении этого времени импульсы от ГОС 11 через второй селектор 13 поступают на блок линеаризации 14. 45 Формула изобретения 1. Цифровой измеритель температуры, содержащий термоэлектрический преобразователь, подключенный к вхо.дам переключателя полярности, выход которого соединен с входом усилителя, источник напряжения смещения, интегратор, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через нуль-орган подключен к первому входу блока управления, второй вход которогосоединен с выходом реверсивного счет-чика, а выходы подключены к управляющим входам интегратора, блока линеаризации, блока индикации полярности,переключателя полярности и первымвходам двух селекторов, вторые входыкоторых соединены с третьим входомблока управления и выходом генератора опорной частоты, а выходы селекторов соответственно соединены с входом реверсивного счетчика и входом блока .1 тинеаризации, выход которогосоединен с цифровым отсчетным устройством, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены компенсационное устройство и сумматор, входы которого соответственно соединены с выходами источника напряжения смещения, усилителя компенсационного устройства, а выход подключен к второму входу интегратора, при этом вход компенсационного устройства подключен к выходу источника опорного напряжения, а управляющий вход соединен с управляющим входом переключателя.2, Измеритель по и. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что компенсационное устройство содержит три дифференциальных чсилителя, образцовый резистор, два термочувствительных резистора, два термонезависимых резистора и два переключателя, первые входы которых соединены с входом компенсационного устройства, вторые входы подключены к общей шине цифрового измерителя температуры, управляющие входы соединены с управляющим входом компенсационного устройства, а выходы соответственно подключены к инвентирующим входам первого и второго усилителей, неинвентирующие входы которых соединены с общими шинами их источников питания и через образцовый резистор между собой, при этом выходы первого и второго усилителей через термочувствительные резисторы соединены соответственно с инвентирующим входом и выходом, а через термонезависимые резисторы - с выходом и инвентирующим входом третьего усилителя, неинвентирующий вход которого соединен с общей шиной цифрового измерителя температуры, а выход подключен к выходу компенсационного устройства.йонерени М 45 Ю мил игл игл трм. и юю РС 9 щ 4 Р иг. ФУ к гР ни 846 Р 4 У ик 44 УЯ ФО СЕ Д Составитель В.упица Техред О. Гортва ко ор М. Пожо К кто/37 Тираж 778 ВНИИПИ Государственногпл делам изобретений 13035, Москва, Ж, Ра Подписикомитета СССР аэ 3690 и открытийская наб., д. 4/5 ул Уж эводственно-полиграфическое предприят