Цифровой термометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9 1)5 С 01 К (/1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ПРИ ГКНТ СССР ИТЕТРЫТИЯМ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ но-производтегазавтоя хм тво СССР1987.о СССР6, 1985,локо отображается ботой всех элеме1 управления, ндается сигнал г ратуры, которо 9 индикации. Р управляет блок аО е которог 10 5 и од о а АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Азербайжданское науственное объединение "Немат"(57) Изобретение касается темпер 2турных измерений и позволяет повыси точность измерения. Сигнал с термопреобразователя 1 сопротивления, по ключенного к стабилизатору 12 тока, поступает через аналоговый переключатель 14, повторитель 15 напряжени на вход интегрируюц(его преобразоват ля 16 напряжения в интервал времен С выхода преобразователя 16 сигнал через блок 6 формирования весовой Функции поступает в блок 7 реверсив ных счетчиков, Блок 8 вычисления вычисляет значение измеряемой темпеВвод информации с блока 7 реверсивных счетчиков и вывод ее после обработки на блок 9 индикации осуществляется в блоке 8 вычислений при помощи схем расширения ввода-вывода с использованием интерфейсных БИС.Блок 6 Формирования весовой Функции предназначен для глубокого подавления помех с частотой сети, наводящихся по линиям связи с термопреобразователем сопротивления, в том числе и при вариации этой частоты в пределах (50+1) Гц. Он может быть выполнен по схеме, приведенной на Фиг,2, Такая схема обеспечивает формирование ступенчатой весовой 50 55 Изобретение относится к области температурных. измерений и может быть йспользовано для дистанционного измерения температуры с помощью ,термопреобразователей сопротивления.Цель изобретения - повышение точности измерения.На Фиг,1 приведена Функциональная схема цифрового термометра;на Фиг.2 - схема блока весовой Функции; на Фиг.З - схема блока управления; на Фиг.4, 5 - графики, поясняющие работу цифрового термометра.Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 сопротивления,включенный по четырехпроводной схемес помощью четырех линий 2 - 5 связис сопротивлением Е.А Киафблок б Формирования весовой Функции,блок 7 реверсивных счетчиков, блок 8вычислений, блок 9 индикации, генератор 10, блок 11 управления, первыйстабилизатор 12 тока, второй стабилизатор 13 тока, аналоговый переключатель 14, повторитель 15 напряженияс высоким входным сопротивлением иинтегрирующий преобразователь 16напряжения в интервал времени.Блок 7 реверсивных счетчиков служит для получения импульсов, числокоторых пРопорционально результатуизмерений. На счетный вход блока 7реверсивных счетчиков импульсы поступают с выхода блока 6,Блок 8 вычислений предназначен 35для приема информации иэ блока 7реверсивных счетчиков, вычислениясопротивления К+ преобразователясопротивления .и расчета измеряемойтемпературы, Он может быть реализбван на основе серийной однокристальной ЭВМ. Функции 1-2-1 с длительностью ступе ни Т , равной половине номинального периода помехи (при номинальной частоте помех 50 Гц, Т с 1- = 10 мс).Блок 6 Формирования весовой функции содержит Р-триггер 17, работающий в режиме делителя на, два, двоичный счетчик 18 и восьмивходовый мультиплексор 19. Он работает следующим образом. В исходном состоянии счетчик 18 удерживается в нулевом состоянии по входу К сигналом, поступающим от блока 11 управления. На вход триггера 17, а также на входы Х , Х. мультиплексора 19 поступает частота с выхода генератора 10 импульсов. После деления на два триггером 17 на входы Х, Х, Х 6, Х 8 мультиплексора 19 поступает частота ,й/2,Входы Хи Хсвободны, На управляющий вход 7 мультиплексора 19 поступает разрешающий сигнал с выхода интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени, длилтельность ь которого пропорциональна преобразуемому напряжению П. Вы-ходы 2 - 2 двоичного счетчика 18осоединены соответственно с входами АО - А 2 дешифратора мультиплексора 19, Таким образом, в исходном состоянии к выходу Х мультиплексора 19 подключен его незадействованный вход Х.После прихода сигнала "Пуск" блок 11 управления снимает блокирующий сигнал с входа. К счетчика 18 и через промежуток времени Т(время ступени весовой функции) на счетный вход СЕ счетчика 18 поступают импульсы (рабочий перепад 1/О) с периодом следования ТТаким образом, за время измерения Тдважды Формируется весоваяфункция 1-2-1 (по одному в каждом тексте преобразования) за счет заполнения информативных интервалов временичастотой й/2, Е, Е/2. При использовании другой весовой функции соответственно изменяется схема для ее реализации,Блок 11 управления может быть выполнен по схеме, приведенной на Фиг.З, Он содержит делители 20 - 22 частоты, два В-триггера 23, 24, инвертор 25 и одновибратор 26. Он ра" ботает следующим образом. На вход делителя 20 поступает частота с выхода генератора 10 импульсов. С выходе делителя 20 на третий входФ1619069 интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени поступают импульсы с периодом Т, задающим цикл преобразования напряжения в интервал времени. До прихода сигнала "Пуск" триггеры 23 и 24 находятся в состоянии логического нуля. При этом блокируется работа делителей 20 и 21. Сигнал с инверсного выхода триггера 23 поступает также на блок 6 формирования весовой Функции (на Е-вход двоичного счетчика 18).При поступлении импульса ЯПускн сигнал с выхода триггера 23 разрешает работу делителя 21 и запускает одновибратор 26, который выдает импульс сброса на блок 7 реверсивных счетчиков. С выхода делителя 21 импульсы с периодом Т поступают на второй вход блока 6 Формирования весовой Функции (на вход СЕ двоичного счетчика 18). 11 ри использовании весовой Функции 1-2-1 делитель 22 является делителем на восемь. Сигнал с выхода этого делителя поступает на управляющий вход аналогового переключателя 14 и на вход управления реверсом блока 7 реверсивных счетчиков и имеет уровень логического нуля в первом такте и уровень логической единицы во втором такте измеРения Т. = -2, где Т р время измерения, Т - время такта измерения.По заднему Фронту импульса на выходе делителя 22 триггер 23 возвращается в исходное состояние и одновременно взводится триггер 24. Сигнал с выхода триггера 24, поступающий на блок 8 вычислений, свидетельствует о том, что в блоке 7 реверсивных счетчиков находится результат измерения (установка флага готовности). Триггер 24 возвращается в исходное состояние сигналом с второго выхода блока 8 вычислений (сброс флага готовности),1015253040 6в - импульсы длительностью с илпериодом следования Гц, поступающие с выхода интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени на первый вход блока 6 Формированиявесовой Функции;г - импульсы, поступающие с выходаблока 6 Формирования весовойфункции на счетный вход блока7 реверсивных счетчиков. На фиг.5 обозначеноа - импульсПуск, поступающийна первый вход блока 1 управления;б - импульс "Сброс", поступающий спятого выхода блока 11 управления на третий вход блока 7реверсивных счетчиков; в - импульсы цикла преобразованияТна первом выходе блока 11управления;г - сигнал, поступающий с третьеговыхода блока 11 управления науправляюший вход аналоговогопереключателя 14 и второй вход(управления реверсам) блока 7реверсивных счетчиков, состояние которого определяет длительность Тт такта преобразования;д - сигнал на четвертом выходеблока 11 управления, поступающий на четвертый вход блока 6формирования весовой Функции,длительность которого равнавремени преобразования Т е - сигнал на выходе блока 7 реверсивных счетчиков; ж - сигнал на шестом выходе блока11 управления (Флаг готовности), поступающий на второйвход блока 8 вычислений; и - сигнал на втором выходе блока8 вычислений, поступающий натретий вход блока 11 управления (сброс Флага готовности).На фиг.4 обозначено:а - импульсы частотой Й на выходегенератора 10 импульсов; б - импульсы цикла преобразования спериодом Тц, поступающие спервого выхода блока 11 управления на третий вход интегрирующего преобразователя 5напряжения в интервал времени; Цифровой термометр производит преобразование входного сигнала в два такта. В первом такте вход аналогового переключателя 14 сигналом блока 11 управления подключен к линии 3 связи с сопротивлением К . С первого выхода блока 11 управления на управляющий вход преобразователя 16 напряжения в интервал времени поступают импульсы с периодом Тц, задаю 619069щие цикл преобразования. С поступлением импульса "Пуск" осуществляется сброс блока 7 реверсивных счетчиков импульсом с пятого выхода блока 11 управления и деблокируется работа 1 блока б формирования весовой функции сигналом с второго выхода блока 11 управления. С четвертого выхода блока 11 управления на четвертый вход бло" ка б формирования весовой функции начинают поступать импульсы,с периодом Т , В пределах интервала времени, равного Т , с блока 6 начинают поступать импульсы на счетный вход блока 7 реверсивных счетчиков в течение информативных промежутков времени 6 Хл задаваемых сигналом на выходе интегрирующего преобразователя 16 и поступающих на вход блока б. На второй вход последнего поступает частота Г с выхода генератора 10 импульсов, После прихода сигнала "Пуск" с выхода блока 6 Формирования весовой Функции в первом такте Тна счетный вход 25 блока 7 реверсивных счетчиков в первый промежуток времениТ ст, (фиг.5) импульсы не поступают; во втором промежутке времени Т т поступают импульсы частотой й/2, заполняющиелинформативные интервалы ,и, в третьем промежутке Тимпульсы с частотой Е; в четвертом промежутке Твновь импульсы,с частотой Г/2, причем Тст,1 Тст = ст = Тст+ = - Т, 35стПри этом реверсивные счетчики бло ка 7 работают в режиме прямого счета, что задается уровнем сигнала, поступающего с третьего выхода блока 11 управления на вход управления реверсом блока 7 реверсивных счетчиков. В процессе заполнения счетчиков в цифровом виде реализуется ступенчатая весовая Функция 1-2-1, позволяющая эффективно подавлять сетевые помехй. Первый промежуток времени длительностью Тс, перед началом заполнения счетчиков вызван необхо димостью установления переходного процесса преобразователя напряжения 5 О в интервал времени. Длительность пе реходного процесса определяется числом циклов преобразования.Экспериментальные исследования показали, что достаточно осуЬествить 10 циклов. Поэтому имеет место соотношение Тст= ОТО. Итак, в течение первого такта преобразования за время Т , = 4 Т к входу интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времениподключено напряже/ние(1) где П - величина аддитивного напрясмжения смещения элементовсхемы повторителя 4 и преобразователя 16 напряженияв интервал времени, приве денная к его входу;К- сопротивление термообразователя;1- ток первого стабилизатора12 тока.Следовательно, число импульсов И, полученных в результате первого такта преобразования, с учетом (1) равно:л л И = 10 -с+ 10 йь + 10 х 2 2 Л 1 ст 1 К 6 + 1 ст 1КП 4Псмих=. 20 ЕТ ---- - .,их Й 1 ст . К 1г е 1 - ток втоРого стабилизатоРа12 тока;К 1 - сопротивление на входе це"пи разряда интеграторапреобразователя напряженияв интервал времени.КУчитывая что Т = -- где9К - коэффициент деления делителя 20, входящего в состав блока 11 управления (фиг.З), получим число импульсов в первом такте преобразования1 ст(2)Через промежуток времени Тт = Тч изменением потенциала сигнала на третьем выходе блока 11 управления начинается второй такт преобразования.При этом аналоговый переключатель 14 подключает к входу повторителя 15 напряжения линию связи с сопротивлением К, а блок 7 реверсивных счетчиков переключается в режим обратного счета сигналом с блока 11 управления. Во втором такте преобразования к входу интегрирующего преобразователя 16 подключается напряжение"Ха = 1 ет,4Кле + смПри этом во втором такте на вход счетчиков блока 7 аналогично описанному поступает число импульсов10 ст,2,откуда получим 15 20 30 35 40 45 50 55 20 К т К "ф ОгР Тстав К 1Следовательно, код результата преобразования, находящийся в реверсивных счетчиках блока 7, определится как разность (2) и (4) И = 20 К - - --- КтК ст,2(6)Кст,КОтметим, что коэффициент н 20 н входящий в (б), получен в данном частном случае. В общем случае он определяется соотношением длительностей ступени весовой Функции и цикла интегрирования Т /Тп, а также видом весовой Функции. Обозначив этот коэффициент через 0получим результат преобразования сопротивления термопреобразователя в код в общем виде Я = 1( К- К К и,2Указанный код результата преобразования:находится в счетчиках блока 7в конце промежутка времени Т, Приэтом сигнал с четвертого выхода блока 11 управления вновь блокирует работу блока 6 формирования весовой Функции; сигнал с третьего выхода блока11 управления возвращает аналоговыйпереключатель 14 в исходное состояние и переводит блок 7 реверсивныхсчетчиков в режим прямого счета,подготавливая, тем самым, цифровой термометр к новому циклу измерения;,сигнал с шестого выхода блока 11 управления поступает на вход блока 8вычислений и свидетельствует о готовности результата измерения (установлен флаг готовности). Блок 8 вычислений принимает код результата М и сигналом со своего второго выхода натретий вход блока 11 управления возвращает в исходное состояние (сбра;сывает) флаг готовности,Значение коэффициента К К т.2Кст Киз .(7) записывается в память блока 8 в качестве константы, где вычисляется значение К,и в соответствии с полиномом, аппроксимирующим градуировочную характеристику термопреобразователя сопротивления К рассчитывается величина температуры, визуальный отсчет которой производитсяв блоке 9 индикации. Как следует из (7), результат измерения не зависит от значенийК л+ Т ст,Т ст. " Бсм Величины сопротивлении линий связи К и К 3 также не оказывает влияния на результат, поскольку они включены последовательно с высоким входным сопротивлением повторителя 4 напряжения. Формула изобретения Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь сопротивления, первый токовый вывод которого соединен через первую линию связи с общей шиной цифрового термометра и подключен к первому выводу первого стабилизатора тока, а потенциальные выводы термопреобразователя сопротивления подключены через вторую и третью линии связи к входам аналогового переключателя, блок индикации, блок вычислений, блок реверсивных счетчиков и, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам аналогового переключателя, блока реверсивных счетчиков и блока вычисления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй стабилизатор тока, интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, генератор импульсов, блок Формирования весовой Функции и повторитель напряжения, вход которого соединен с выходом аналогового переключателя, а выход - с первым входом интегрирующего преобразователя напряжения в интервале времени, второй вход которого соединен с выходом второго стабилизатора тока, управляющий вход соединен с блоком управления, а выход подключен к первому входу блока Формирования весовой Функции, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, соединенному с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с вторым выходом блока вычисления, первый выход которого соединен с входом блока индикации, а вход подключен к выходу блока реверсивных счетчиков, вход которого соединен с выходом блок Формирования весовой Функции, упрапляю1619069 Вьцадо инптрорцющега преаброза 8 апеляапрямения Ва Временной ингпербал ревалд щие входы которого подключены к выходам блока управления, при этом второй вывод первого стабилизатора тока подключен через четвертую линию свя-зи к второму токовому выводу термопреобразователя сопротивлени,1619069 Составитель В.КуликовВ,Данко Техред Л.Сердюкова рректор И.Муска . Реда Подписное ира а ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 осударственного комитета113035, Москва,о изобретениям и открытиям35, Раушская наб, д. 4/5