Цифровой измеритель температуры

Союз СоветсннаСоциалист нчесиизРеспублик О П И С А Н И Е п)939966ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М, Кд,С 01 К 7/16 ГЬеуаерстюви 1 квинтет СССР дф делам язобретенив и ютермтвй(088.8) Дата опубликования описания 30,06.82 А. И. Чередов, О. Н. Кликушин, Е. П. Дьяков,В, Н. Никуленко и А. И. Чернин(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ 1Изобретение относится к области измерительной техники, в цастности к цифровым измерителям температуры,Известны цифровые измерители температуры, содержащие резистивный датчик, сравнивающее устройство, ге" нератор опорной частоты и цифровое отсцетное устройство 1 11 и 12.Недостатком известных устройств является невысокая точность иэмере" ний, обусловленная приближенной компенсацией нелинейности характерис" тики датчика, наличием аддитивной и мультипликативной погрешностей сравнивающего устройства, погрешностей вносимых сопротивлением линий связи и наводок в них.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является цифровой из" меритель температуры, содержащий датчик температуры, питаемый от стабилизированного источника тока, бло" ка сравнения, первый вход которогосоединен с выходом датчика температуры, второй - с выходом генератора линейноиэменяющегося напряжения, 5а выход - с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора опорнойчастоты, а третий - с входом генератора линейноиэменяющегося напряжения щ и с первым выходом блока управления,Выход ключа через счетчик импульсовсоединен с первым входом схемы сравнения кодов, второй вход которого сое"динен с первым входом блока Функционального генератора, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а второй выход блокафункционального генератора соединенс цифровым отсчетным устройством 3 1. зо Недостатками измерителя являютсяего невыоская точность и малая помехозащищенность. Первый недостаток обусловлен погрешностями блока сравне"ния, генератора линейноизменяющегося.спряжения и наличием сопротивлениялиний связи. Второй недостаток обус"ловлен наводимой в линии для связипомехой.Цель изобретения - повышение точ 5ности измерения.Поставленная цель достигается тем,что в цифровой измеритель температуры, содержащий реэистивный датчик температуры, подключенный к стабилизированному источнику тока, генераторлинейноизменяющегося напряжения, входкоторого соединен с первым выходомблока управления, а выход - с первымвходом сравнивающего устройства, гене ратор опорной частоты, блок функционального генератора, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов, а выходы - с ее первымвходом и цифровым отсчетным устройством, введены: блок коммутации и памяти, вычислительное устройство и эталонное сопротивление, причем пер"вый вход блока коммутации и памятисоединен с общим проводом, второй итретий входы - с первым выводом датчика температуры через сопротивления линии связи, при этом второй входсоединен с общим проводом через эта"лонное сопротивление, а четвертыйвход соединен с вторым выходом датчика температуры через сопротивлениелинии связи, причем первый и второйуправляющие входы блока коммутациии памяти соединены со вторым и тре 35тьим выходами блока управления, а выход блока коммутации и. памяти - свторым входом сравнивающего устройства, выход которого соединен с входомблока управления и с первым входомвычислительного устройства, второйвход которого соединен с генераторомопорной частоты, а третий - с четвертым выходом блока управления, приэтом первый и второй выходы вычисли 45тельного устройства соединены с вторыми входами схемы сравнения кодов иблока функционального генератора соответственно,Блок коммутации и памяти содержиткоммутатор входных сигналов, входыкоторого соединены с входами блокакоммутации и памяти, а выход черезусилитель соединен с входом распределителя, причем управляющие входыкоммутатора входных сигналов и распределителя соединены с первым управляющим входом блока коммутации и па.мяти, а выходы распределителя череэ блок аналоговых запоминающих устройств соединены с четырьмя входами коммутатора, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом блока коммутации и памяти, выход которого соединен с выходом коммутатора.Вычислительное устройство состоит из блока комбинированной логики, вход которого соединен с первым входом вычислительного устройства, выходыс первыми входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые входы которых соединены с вторым входом вычислительного устройства, а третьи входы первого, третьего и пятого ключей - с третьим входом вычислительного устройства, причем выход первого ключа соединен с выцитающим входом первого счетчика импульсов, выход второго ключа соединен с суммирующим входом этого же счетчика, выходы третьего и четвертого ключей соответственно соединены с вычитающим и суммирующим входами второго счетчика импульсов, а выход пятого - с входом сцетцика импульсов деления, причем первый и второй входы этого ключа соединены с выходами первого и второго счетчика импульсов, выход второго счетчика соединен с вторым выходом вычислительного устройства, а параллельный вход первого счетчика соединен с параллельным выходом буферного регистра, параллельный вход которого соединен с параллельным выходом первого счетчика, причем вход разрешения записи первого счетчика соединен с его же выходом, а вход разрешения записи буферного регистра - с первым входом второго ключа.На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового измерителя температуры; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая принцип действия, измерителя.Цифровой измеритель температуры содержит датчик 1 температуры (ДТ), стабилизированный источник 2 тока (ИТ), три сопротивления 3-5 связи, эталонное сопротивление 6, блок 7 коммутации и памяти (БКП), блок 8 управления(БУ), генератор 9 линейноизменяющегося напряжения (ГЛИН), сравнивающее устройство(СУ) 10, вычислительное устройство (СВУ) 11, генератор 12 опорной частоты (ГОЧ), схему 13 сравнения кодов(ССК), блок35 БУ и БКЛ, управляемые от СУ, закрывают четвертый вход К и четвертый ключ 25. Этот ключ, вход которого соединен с суммирующим входом СИ, открыт от моментадо т. Следовательно, код, записанный в счетчике, должен быть пропорционален с- но так как первоначальное содержимое является дополнительным к коду,5 9399111 функционального генератора(ВФГ),цифровое отсчетное устройство(ЦОУ)15.Блок 7 коммутации и памяти содержит коммутатор 1 б входных сигналов,усилитель 17, распределитель Р 18,блок 19 аналоговых запоминающих устройств, коммутатор 20.Вычислительное устройство 11 содержит блок 21 комбинационной логики,пять электронных ключей 22-2 б, первый 1 ои второй счетчики 27 и 28 импульсов,буферный регистр 29 и счетцик 30 импульсов деления,Устройство работает следующим об"разом. 15Во время первого такта происходитзапоминание напрлжений 0 - 04 навходах БКП. Напрлжение на первом входе равно нулю 0 = 0напряжение навтором входе равно 20О= Во(1 + 1 и)где 1 - ток источника тока;1 - ток, обусловленный помехой;Ро - эталонное сопротивление.Напрямение на третьем входе равно 25Оъ = о+ й) (о + и) где 1 д сопротивление линии; напряжение на четвертом входе ив - (1 о+2 В + Вт)(1 о +и),где В - сопротивление датчика,После включения питания устрой"ства БУ вырабатывает четыре последовательных во времени сигнала, управляющих работой КВС и Р. При этомна входы БАЗУ последовательно подаются напряжения. В результате вБАЗУ оказывается записанным напряжение О, - 04.С началом второго такта БУ вы"рабатывает сигнал, открывающий первый вход К и одновременно сигнал,запускающий ГЛИН. Причем напряжениес выхода ГЛИН и с выхода К поступают на входы СУ. Момент времени Со( фиг.2) срабатывания СУ, относительно нацала развертки напряжения ГЛИНможно найти из уравнения- Осм+ Ко =О ) (1)где Й - напряжение смещения, равноеалгебраической сумме заданного напряжения смещения,смещения нуля СУ и смещениянуля ГЛИН;К - коэффициент наклона линейноизменяющего напряжения.Иэ (11 следует, цтоОсм 55оПо сигналу с выхода СУ в моментвремени о импульсом с БУ закрывается первыи и открывается второй вход бб 6К, сигналами БКП открывается второй ключ и на суммирующий СИ 1 начинают поступать импульсы от ГОЧ.Момент времени С,1(фиг.2) следующего срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравнения -О + К 1 =(1 + )В иэ косм л оо торого следует, что(3)кВ этот момент сигнал с выхода СУ поступает на вход БУ и импульс, вырабатываемый БУ, закрывает второй и открывает третий вход К, Тот же сигнал поступает и на вход БКЛ, закрывающий второй 23 И открывающий третий 2 ч ключи. Второй ключ 23, соединенный с суммирующим входом СИГ, был открь 1 т от момента времени й до с, следовательно код, записанный в этом счетчике, пропорционален- й . Сигнал, закрывающий второй ключ 23, приходит и на вход разрешения записи БР и в него происходит перепись кода из СИ 1.Момент временитретьего срабатывания СУ относительно начала развертки ГЛИН можно найти из уравнения -О + Кй =(10 + 1)(Во + йд). Слес,м 2.довательно(1 о+ л и) (о+%.)+Осм (11)С- КВ этот момент времени сигнал с выхода СУ поступает на вход БУ,сигналами которого закрывается третий и открывается цетвертый вход К, Одновременно БКЛ, управляемый СУ, закрывает третий 211 и открывает четвертый 25 ключи. Третий ключ 211, соединенный с вычитающим входом СИ, открыт с момента времени й, до следовательно, код,записанный в йем, является дополнительным к коду, пропорциональному интервалу (с - т.1).Момент времени й(фиг.2) четвертого срабатывания СУ относительно нацала развертки ГЛИН можно найти из уравнения -0 + Кйз -- (1 о + 1 и) ("о + + +2 йл) , нз которого следует, чтопропорциональному (1 - 1,), то код,записанный в счетчике, пропорционален (1, - 1) - (- )По окончанию развертки линейноизменяюшегося напряжения БУ вырабатывает сигнал, открывающий первый 22,третий 24 и пятый 26 ключи. Под воздействием импульсов ГОЧ и СИ 1 и СИ 2вычитываются записанные там коды,Причем, как только содержимое СИ 1 10становится равным нулю, импульс с выхода этого счетчика через пятый ключзаписывается в счетчике импульсов деления СИД и поступает на вход резрешения записи СИ 1, По этому импульсу в СИ 1 переписывается его первоначальное содержимое из БР. Цикл продолжается до тех пор, пока не обну"лится СИ 2. Как только это произойдетсигнал с выхода СИ 1 закрывает пятый щ 0ключ 26 и запускает БФГ. А в СИД оказывается записанным кодИ-а)-ИаА )(61,Этот код подается на первый вход 25ССК, на второй вход которой из БВГподается последовательность кодов,соответствующая статической характеристике датчика температуры, заданной таблично. Как только код, 30подаваемый из БФГ, становится равнымили большим, ССР вырабатывает сигнал,по которому БФГ осуществляет выдачуна ЦОУ кода, пропорционального из"меренной температуре.35Гсли в Формулу (6) для й подставить,(2) в (5), то получимн =ккиз которого видно, что М не зависитот параметров генератора линейноизменяющегося напряжения, сравнивающего устройства и генератора тока, иот значения сопротивления линий связи.Следовательно, погрешности, обусловленные вышеуказанными причинами,отсутствуют.За счет введения БКП усилителя 17достигается во-первых, пренебрежимомалый входной ток устройства, во-вторых развязка БАЗУ и цепи датчика температуры.Таким образом, создана возможностьзапоминать значения напряжений за промежуток времени намного меньший,55чем период основной помехи. За этовремя можно считать, что ток, наводимый этой помехой, постоянен. Токв цепи датчика температуры = 1 о+ и а так как Й не зависит от величиныто погрешность, возникающая от наводок в линии связи, также отсутствует.Возрастание затрат связанных с усложнением предложенного устройства по сравнению с прототипом, компенсируется существенным повышением уров- ня метрологической надежности устройства, снижением погрешностей уровня измерения и расширением диапазона измерений в сторону измерения малых значений температуры при воздействии сильных помех и наводок,Формула изобретения1, Цифровой измеритель температуры, содержащий резистивный датчик температуры, подключенный к стабилизированному источнику тока, генератор линейно-изменяющегося напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выход - с первым входом сравнивающего устройства, генератор опорной частоты, блок функционального генератора, первый вход которого соединен с выходом схемы сравнения кодов, а выходы - с ее первым входом и цифровым отсчетным устройством, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок коммутации и памяти, вычислительное устройство и эталонное сопротивление, причем первый вход блока коммутации и памяти соединен с общим проводом, второй и третий входы - с первым выводом датчика температуры через сопротивление линии связи, при этом второй вход соединен с общим проводом через эталонное сопротивление, а четвертый вход блока коммутации и памяти соединен со вторым выводом датчика температуры через сопротивление линии связи, причем первый и второй управляющие входы блока коммутации и памяти соединены с вторым и третьим выходами блока управления, а выход блока коммутациии памяти - с вторым входом сравнивающего устройства, выход которого соединен с входом блока управления и с первым входом вычислительного устройства, второй вход которого соединен с генератором опорной частоты, а третий вход - с четвертым выходом блока управления, при этомпервый и второй выходы вычислительного устройства соединены с вторыми входами схемы сравнения кодов и блока функционального генератора соответственно.2, Измеритель температуры по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок коммутации и памяти содержит коммутатор входных сигналов, входы которого соединены с входами блока коммутации и памяти, а выход через усилитель соединен с входом распределителя, причем управляющие входы коммутаторов входных сигналов и распределителя соединены с первым управляющим входом блока коммутации и памяти, а выходы распределителя через блок аналоговых запоминающих устройств соединены с четырьмя входами коммутатора, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом блока коммутации и памяти, выход которого соединен с выходом коммутатора.3. Измеритель температуры по и.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вычислительное устройство содержит блок комбинационной логики, вход которого соединен с первым входом вычислительного устройства, выходыс первыми входами первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые входы которых соединены с вторым входом вычислительного устройства, а третьи входы первого, третьего и пятого ключей - с третьим входом вычислительного устройства, причем 39966 10выход первого ключа соединен с вычитающим входом первого счетчика импульсов, выход второго ключа соединенс суммирующим входом того же счетчика, выходы третьего и четвертогоключей соответственно соединены свычитающим и суммирующим входами второго счетчика импульсов, а выход пятого - с входом счетчика импульсов 1 р деления, причем первый и второй входыэтого ключа соединены с выходанипервого и второго счетчиков импульсов,выход второго счетчика соединен свторым выходом вычислительного уст ройства, а параллельный вход первогосчетчика соединен с параллельным выходом буферного регистра, параллельный вход которого соединен с параллельным выходом первого счетчика, 2 в причем вход разрешения записи первогосчетчика соединен с его же выходом,а вход разрешения записи буферногорегистра соединен с первым входомвторого ключа.25Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 466401, кл. 6 01 К 7/18, 1973.2. Зорий В. И., Полищук Е, С.,Чайковский О. И. Иетод проектированияцифровых измерителей температуры,"Известия вузов". Приборостроение",1976, Ю 7.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Ю 268253/18-10кл. О 01 К 7/00, 09.11.78,(прототип).939966 Составитель Н. Горшковаедактор Е.Лушникова Техред Т,фанта Корректор И. Шарощ Зака филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,654/61 Тираж 887 НИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 13035, Иосква, Ж, Раушск Подписнота СССРтийнаб., д, 4/