Цифровой измеритель температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИПИСАНИ(57) Изобрет метрии и мож создании помцифровых изм работающих в ение относитс ет быть испол ехоустойчивых ерителей темп мплект к термоовано при итовыхатуры, рмоэле(46) 15,04.86. Бюл. )1 14 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола(56) Авторское свидетельство СССР Р 970133, кл. С 01 К 7/02, 1979.Авторское свидетельство СССР В 1120180, кл. С 01 К 7/02, 1982. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗИЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАтрпческими преобразователями. Цельизобретения - повышение помехозащищенности и точности измерения температуры в условиях деиствия различных электрических помех без снижения быстродействия измерителя. Устройство содержит термоэлектрическийпреобразователь 1, коммутатор 2,преобразователь 5 напряжения во временной интервал, блок управления 6,селекторы 7 и 8, генератор 9 опорнойчастоты, триггер 10, блок лпнеаризацип 11, цифровое отсчетное уст-ройство 12., реверсивный счетчик 13,блок индикации полярности 14. В устройство вновь введены первый 3 ивторой 4 коммутируемые активные фильтры низких частот и одновибратор 15. .ф фВведение новых элементов и образование новых связей между элементами1224609 5 устройства позволяет достичь поставленную цель изобретения. Приводитсясхема коммутируемого активного Фильт-,рд и схема преобразователя напряжения во временный интервал. В зависиИзобретение относится к термометрии и может быть использовано прн создании помехоустойчивых щитовых цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термо электрическими преобразователями.Цель изобретения, - повышение помехоздщищенности и точности измерения температуры в условиях действия различных электрических помех10 без снижения быстродействия измерителя.Иа Фиг, 1 изображена блок-схема. цифрового измерителя температуры; нд Фпг. 2 - принципиальная схема коммутируемого .активного Фильтрар на Фиг. 3 - блок-схема преобразователя напряжения во временной интервал; нд Фиг. 4 - схема управляемого двухвходового интегратора; на Фиг. 5 - 2 о схема блока управления; на Фиг. 6 показано, какие сигналы и в какой последовательности формирует блок 6 управления па своих выходах при измерении положительных (1) и отрицд тельных (11) температур.ЦиФровой измеритель 1 емпературы содержит (Фиг. 1) термоэлектрический преобразователь (ТЕ 1) 1, коммутатор (переключатель полярности) 2, первый 3 и второй 4 коммутируемые активные Фильгры низких частот (КАФ), преобразователь 5 напряжения во временной интервал (ППВ), блок 6 управления (БУ), первыйи второй 8 селекторы, генератор 9 опорной частоты (ГО 1), триггер 10, блок 11 линеариздции (БЛ), цифровое отсчетное устройство (ЦОУ) 12, реверсивный счетчик (РСЧ) 13, блок 14 индикации полярности 4, (БИ 1 Т) и одновибратор 15. Каждый из коммутируемых активных Фильтров 3 ц 4 содержит операционный усилитель 16, три резистора 17- 45 мых пунктах формулы изобретения Оливсано выполнение каждого из коммутируемых активных фильтров и преобразователя напряжения в интервалвремени. 2 з.п, Ф-лы, 6 ил,19 ключ 20 и два конденсатора 21и 22.Преобразователь напряжения во временной интервал (Фиг. 3) содержитоперационный усилитель 23, управляемый двухвходовый интегратор 24, источник 25 опорного напряжения ИОН)пуль-орган 26, сумматор 27 и источник 28 напряжения смещения.Управляемый двухвходовый интегратор (УДИ) 24 содержит (фиг. 4) зарядные резисторы 29 и 30, электронные ключи 31-33, усилитель 34 интегратора и конденсатор 35. Первый входУДИ 24 подсоединен к выходу сумматора 27 и через резистор 29 и ключ31 - к инвертирующему входу усилителя34, к которому также через ключ 32и резистор 30 поцсоединен выход источника 25 опорного напряжения. Выходом УДИ служит выход усилителя34, который через параллельно соединенные конденсатор 35 и ключ 33 подсоединены к ипвертирующему входу усилителя, Управляющие входы электронных ключей 31-33 подсоединены к управляющему входу УДИ 24,Блок 6 управления (БУ) содержит(фиг. 5) делитель 36 частоты (ДЧ),кольцевой счетчик (КСЧ) 37, элементыИЛИ 38-41, КЬ-триггеры 42-44, П-триггер 45, элементы И 46-49 и элементИСКЛОЧАЕОЩЕЕ ИЛИ 50.Селектор С 2 8 содержит двд элемента 51 и 52 И, а селектор С 1 7 - одинэлемент И.Цифровой измеритель температурыработает с,педующнм образом,Каждое измерение состоит из двух циклов, в свою очередь состоящих из трех тактов. Работа блока управления устройства идентична при измерении как положительных, так и отрицательных температур, эа исключением некоторых особенностей.20 При включении питания устройства все блоки устройства устанавливаются в произвольное состояние, поэтому результат первого измерения будет ошибочным, остальные - правильными. 5В первом такте первого цикла по сигналам с БУ 6 интегратор 24 интегрирует напряжение с выхода сумматора 27, равное сумме напряжений источника 28 смещения и усиленного 1 О в К раз напряжения отрицательной полярности термо-ЭДС ТП 1. В начале второго такта по сигналам с БУ 6 ком - мутатор 2 переключает полярность сигнала подаваемого с ТП 1 на вхо ды Фильтров 3 и А, ключ 31 отключает от усилптеля интегратора выход суиматора 27, ключ 32 подключает к входу усилителя епетегратора выход ИОН 25, в результате чего напряжение на выходе интегратора начинает уменьшаться, а селектор 8 подключает выход ГОЧ 9 к суммирующему входу РСЧ 13,За время Т между началом второ го такта и моментом срабатывания нуль-органа 26, фиксирующего момент равенства нулю напряжения на выходе интегратора, в РСЧ 13 поступает М импульсови =т ,=- 1,+ь +Б+ь )к +Б 1Г(1) где К - частота следовачпя ипуп- - сов ГОЧ 9;К, - коэффеециент усиления усепеи теля 23;1 Е - ацдитивная составляющая погрешности ПНВ, приведенная к входуЛ - результирующее падение3напряженил от токов утечки комиута тора 2 и входных токов усилителя 23 на сопротивлениях элементов входной цепи устройства;Ц - напрепкение эквивалентнойЬпомехи постоянного тока и инфра- низкой частоты;,0- напряжение смещения;Т, - время интегрирования в первом такте;Е - напряжение ИОН 25. 50оВ третьем такте первого цикла по сигналам с БУ 6 ключи 31 и 32 размыкаются, а ключ 33 - замыкается и интегратор устанавливается в начальное состояние. 55В первом такте второго цикла на усилитель интегратора поступает выходное напряжение сумматора 27, а во Втором такте " 11 а 1 ряжен 11 е с ВьходаНОН 25.С началом Второго такта второгоцикла импульсь с выхода ГОЧ 9 поступают через селектор С 2 8 на вычитающпй вход РС 1 13. БУ 6 фиксирует момент времеи перехода через ноль1 СЧ 13 и момент срабатывания НО, Впромежутке между этим по командеиз БУ 6 выход ГО 1 9 подключаетсячерез селектор 7 и триггер 1 О квходу БЛ 11.В течеие второго такта второгоцикла"измерения на вычитающий вход1 СЧ 13 пройдет Н, импульсов11.:ТЛ =К, (1,+11+П)0.-ЕЕч Т,(2)Если учесть, что РСЧ 13 переходитчерсз ноль после прохождения на еговьчитающий вход 11 импульсов частотд ГОч 9 В обоих циклах постоянна),то интервал времени между начдломвторого такта второго цикла измерения и переходом РСЧ 13 через нольран е 1 Т, Позтому ип 1 ульсы с ВыходаГОЧ 9 через селектор Э на вход БЛ 11проходят на протяжении времени Ти=Т -Т . За Время Т в блок линеаризацп поступит 1 и импульсовФ(Э)оЕсли первым через ноль переходитРСЧ 13, а потом нуль-орган 26, тоБ 11 П 14 пок;1 жст знак "+", а в блоке11 линеаризацип поцключается схемалпнеаризации положительных температур, если же наоборот, то Б 11 П 14 покажет знак "-", а в блоке 11 линеаризацин подключаетсл схема линеариэации отрицательных т емператур,В третьем такте второго циклапроизводят индикацию измеряемой температуры, а также ее знака. Крометого, устанавливают начальное напряжение интегратора 24.Как видно из выражен,;я (3), результат измерения не зависит от значен 11 аддитлвлой составляющей погрешности Ь , входных токов и токов утечки, а также помехи постоянного токае 1 н 11 фра 11 еэкой частоты,Для подаВЛеПИя ПОМЕХ нормального и Общео вида, а также ослабления импульсных и несимметрЕВЕных (искаже 11 ных) помех применены коммутируемые актн 11 ные Фильтры 3 и 4 с эквивалентной постоянной времени- (+К) С (К +К+К+К ),где С, - емкость конденсатора 1; К =И /К в коэффицие усиления уси 2 (д 8 лцтеля ФЕ 1 ЧК, К - сопротивление резисторов17 п 18 соответственно; К,п, К К, К - сопротивление ТП, соедицительной линии коммутатора и резистора 19 соответственно. Для лучшего подавления помех необходимо применять фильтры с боль/лпдим значением д, Однако это ведет к удзеличедддддо времени установления вьдходддого напряжения при скачках дзходцого, Для устранения этого недостадка в ФНЧ па 1 эаллельно резистору 17 включен ключ 20, работа которого синхронизирована с моментами переключения коммутатора 2 и осуществляется с определенной задержкой атпускация, формируемой одцовцбраторам 15. В моменты переклдочедддя коммутатора ключ 20 замыкается и тем самым резко умепьшаеп дгоэффиццецт сддддеддддя К (практцческц до един ццы), что соотв етствеццо приводит дд к резд;ому уменьшению ддостояццай времени ФНЧ, а значит к г.уществеццаму умедьшедддпо времени установления выходного цап 1 эяженця Ф 1 Р 1. С помощью одцовибратора 15 задают время достаточное для пере- заряда конденсатора 2 с необходимой точностью. После перезаряда конденсатора 21 размыкают ключ 20 и тем самым резко увеличивают постоянную времени с, а значит и коэф 4 цддеддт подавления помех.ЪБлок б управления (фиг. 5) работает следующим образом.ФС помощью дезйтеля 36 частотыиз частоты Г. ГОЧ получают импуль,сы с требуемым периодом повторения, равным длительности такта.Кольцевой счетчик 37 на шесть задзремя одного измерения позволяетполучить на своих шести выходахимпульсы оддиаковой длительности,причем соседние импульсы сдвинутыво времени на один такт (см, фиг. 6,эпюры 2-7) . Зьдходддьде сигналы КСЧ 37используются для сицхронизацип работы схемы БУ б, Поскольку в обеих циклах измерения такты повторяются,та с вьдхадодз 1 и 4, 2 и 5, 3 ц 6КСЧ 37 через соответственно схемыИПИ 38-40 получают сигналы управления интегратором 24, передаваемыев нега посредством трехпроводной шины уравдения, С выходов элементовИШ 1 36-40 соответственно через первый провод передают сигнал управ- О леддия первым тактом, второй проводвторым тактом и третий - третим(см. фиг. 6, эпюры 8-10).С памсщью КБ-триггера 42 (с егопрямого выхода) получают сигналы уп равления коммутатором 2 и одновибратором 15, причем его К-вход поцключен к второму выходу, а Б-вход - кпятому выходу КСЧ 37. При этом сигнал, ддапрздьдер, логической единицы 20 соответствует аццаму положению коммутатора 2, а логического нуля - другому полохгенидо.КБ-триггеры 43 и 44 используютдля фцксациц моментов срабатывания 25 НО 26 и обнуления РСЧ 13, при этомсигнал срабатывания НО 26 и сигналобнуления 1 С 1 13 подают ца Б-входыКБ-триггеров 43 и 44 (см. фиг. 6,эпю 1 эы 14 и 15), Устацодзка РБ-тригЗ 0 гера 43 в исходное состояние осуществляется подачей с выхододз 1 и 4 КСЧ37 через элемент ИЛИ 4 сигнала цаего К-дзход. КБ-триггер 44 устанавливается в исладцае состояние сигналомс шестого выхода КСЧ 37, подаваемымца его К-вход.Элемент И 47 (см. фиг. б, эпюра18), уддравляемьпд с выхода 2, КСЧ 37,с прядого выхода КБ-триггера 42 и синверсного выхода КБ-триггера 43 формирует сигнал разрешения селекторуС 1 8 подачи импульсов частоты Гот ГСЧ 9 ца суммирующий вход РСг 3,Сигнал разрешения формируется от начала второго такта первого цикла домомента срабатывания НО 26. Он поступает к селектору 8 через двухпроводнудо пдину управления. Элемент И 48 формирует сигнал разрешения селектору С 2 8 подачи импульсов частоты Хо от ГОЧ 9 на вычитающий вход РСЧ 13, Сигнал разрешенияформируется от начала второго тактацикла до момента обнуления РСЧ 13 55 (см, фиг. 6, эпюра 19). Б моледдт,когда 1 СЧ 13 переходит через нуль224609 7 1 вырабатывается короткий импульс.который перебрасьвает дсБ-триггер 44. Сигнал с инверсного выхода этого триггера (логический нуль), подаваемый на вход элемента И 47, переводит его в состояние логического нуля и, таким образом, запрещаег подачу цмпульсон ГОЧ 9 ца вычитающий вход РС 1 13. После этого н РСЧ 13 записи импульсов це происходит, т.е. оц цаходится н нулевом состояции и цет необходимости в спепиальцых схемах установки его пуля. Импульс разрешения (запрета) подается с выхода элемента И 48 ца вход селектора 8 через двухпроводную шину управления через второй провод.Схема ца элемецте И 46 и 1-триггере 4.5 служит для выработки сигнала о полярности измеренной температуры. Короткий импульс в момент срабатывания ПО 26 во втором такте второго цикла подают ьда С-зход трггд ера 45, которьпл в этот момент нереппсынает ццформацию с 1-входа ца выход, Как видцо из эпюр 12 и 13 фцг. 6, при положительных температурах во дзтаром такте второго цикла 1 мпульс обнуления РСЧ 13 приходит рацьще, чем импульс срабатьпзация НО 26. При, этом ца прямом выходе дсБ-триггера 44 будет сигнал логической единицы, который по приходу импульса 1 КО 26 переписывается ца выход Б-трдгд.ерд 45 и свидетельствует о том, что зцачецие измеренной температуры положительно, а н противном случае (логический нуль) - отрицательно.Элемент ИСКХПОЧЛЮЩЕЕ ИЛИ 50 а также элемент И 49 вырабатывают сцгцал управлеция селекторам 7. Как видно из эпюр 14-17 фиг. б, во втором такте второго цикла селектором 7 управляет импульс,. длцтельцасть которого равна времени ат момецта обцулеция РСЧ 13 до момецта срабатывация НО 26 при измерении положительцых температур и наоборот от момецта, срабатывания НО 26 до маментаг обнуления РСЧ 13 при измерении отрицательных температур. На протяжеиии этого времени импульсы от ГОЧ 9 через селектор 7 и триггер 10 поступают ца БЛ 11. Формула изобретения 1. 1 игровой измеритель температуры, содеркапий термоэлектрическдй преобразователь, подклочеццьп к коммутатору, днухкодавый преобразаватез. цапряжешя в дштервал времени,выход которого подключен к первомувходу блока управления, первьп ин т 00 и дзха 1 к 0 т О р 01 О с О един с ць 1 с пердзьпш входаь 1 пердзога и второго селекторов, вторые входы которых сос;зддцеды с выходом генератора опор- О пои астаты и ьторым входом блокаупрадззепддя, реп ерсивцьй счетчик, су.мцрующддй и ньнцТающий входы которого соединены с выходами второго селектора, а выход падключец к третьему входу блока упранлецця, третий дзыхад которого подключен к блоку пцдпдсаццп ддо.дярцости и управляощеьу гхаду блока лццеазцзаццп, а четвертдйзять 1 иходы подкддочецы соответ(З сецио 1 с управля 10 Ццм вхадад коммутатора и преобразователя цапряжецпя н интервал ьремедш, и цифровое отсчетцое устройство, соедццсццое с вы:.:одом блока лпцеарцзацш, вход кото рого через триггер соедццец с выхода. первого се;дестара, о т л иа о щ 1 й с я тсм, Та, с цельюддазьдпде 11 я ддадехозац 11 цеднаст и тачпаст 1 змерепддя температуры н условиях ейс г;ия различных электрцчесдс 1.с поех, 11 11 ега дзведецы Олпавддб 11 ат ар и ддз а ко цлу тир уемьх адстивцых,пздьтрд, первые входы которых соедиецы с выходам содьутатора, вторые 35входы подс:почецы к общей дппце измерителя температуры, вьгходы подключенык входа. преобразователя цапряжецичн штервал дзр 1:ецц, а управляющиевходы соедцпедды с ныходом одцовцбо раОравход катарага ддадкзюдец кчетверта.у выходу блока управления. 2. Изерц 1 ель па и, 1, о т л ич а до щ и й с я тем, что каждыйиз коммутируемых активных фильтров 45со,.",ержпт три резистора, два коцдецсатора и апераццошдый усиздитель, ицвертпрующддй вход которого через параллельно включенные ключ и перньпдрезистор соединен с его выходам ичерез пердзый конденсатор подключенк выходу фдьдд.тра, саедидденцому соотг.етствед ца через второй резистор цпас.едавательцо саедицеццые второйкод:децсатар ц трети резистор с первым входам фл тра ц ццвертирующддмдзходам опер ацсошОго усилителя, це 1 цддзе;тддрующдй 1 зхад катаага падключан к тара:у вхадус фильтра.93. Измеритель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий интегратор, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход через нуль-орган подключен к выходу преобразователя напряжения в интервал времени, управляющий вход которого соединен с управляющим входом 1224609интегратора, введены дифференциальный усилитель, источник напряжениясмещения и сумматор, выход которогосоединен с вторым входом интегратора,а входы подключены к выходам источника напряжения смещения и дифферен,циального усилителя, входы которогоподключены к входам преобразователя напряжения в иетервал вре мени.,Г измерение Уцит усд ЭУ 4 ли зг или зя ли м иг. 4 иг. Ф Триу. гг г Составитель В, Куликовктор Н. Кнштулинец Техред И,Попович Корректор А. Ференц Подпнсно аказ 19ВНИИПпо113035 оектная,ственно-полиграфическое предприлти, г. Ужгород,О П ЧГосударствен елам изобрет Москва, НТираж 778ого комитета СССРний и открьгий Раушская наб., д