Преобразователь температуры в код

оюЗ сОнетсних ОЦИАЛИСтичСНР 1-СПУБЛИН(51) 4 К 700 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобризмеренийем термоэллей с нелиЭДС от темЦель иэобр ся контактниспольэова преобразоват имостью терм очего спая, ппение точн тение каса емпературы ктрических ейной эави иратуры ра ения - по осудд 1 ственный комитет ссср по делдм изое ктаний и отнрцт(56) Авторское свидетельство СССР1118871, кл. С 01 К 7/00, 1984,Авторское свидетельство СССР1037086, кл. С 01 К 7/22, 1980,сАЗОВАТЕЛЬ ТЕИПЕРАТУРЫ В сти измерения и сокращение аппаратурных затрат. В памяти постоянного запоминающего устройства 5 хранятсязначения коэффициентов, определяющихкаждую иэ прямых действительной корректирующей функции и коды границотдельных участков аппроксимации.Текущее значение функции циклическивычисляется устройством 13 перемножения и сумматором 3 на основанииданных, хранимых в памяти постоянногозапоминающего устройства 5, и текущего значения кода термоЭДС. Рабочийдиапазон устройства разбит на в неперекрывающихся и примыкающих друг кдругу участков так, что каждому учас- дтку соответствует определенный интервал измеряемого параметра температурыи кода на выходе аналого-циФровогопреобразователя 2 (АЦП), Каждому изучастков аппроксимации соответствуетгруппа последовательных возможныхсостояний АЦП 2. 1 э,п.ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к контактным измерениям температуры с использованием термоэлектрических преобразователей (ТЭП) с нелинейной зависимостью термоЭДС от температуры рабочего 5 спая (РС) . Целью изобретения является повышение точности измерения и сокращениеаппаратурных затрат эа счет уменьшения необходимой емкости памяти постоянного запоминающего устройства.На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - схема компаратораф на фиг,3 - графики номинальной и действительной корректирующих функций,Устройство содержит термоэлектрический преобразователь (ТЭП) 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 п2, сумматор 3, первый двоичный счетчик 4, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 5, блок 6 индикации,второй двоичный счетчик 7, дешифратор8, компаратор 9, схему 10 начальной Г 5установки (СНУ), первый двухвходовый11, второй 12 трехвходовыйлогическиеэлементы ИЛИ и устройство 13 перемножения,Компаратор содержит М = " И/4четырехразрядных узлов сравнения (гдеИ - число разрядов сравниваемых ко-дов) первый логический элемент ИЛИ14, второй логический элемент ИЛИ 15.причем каждый из узлов сравнения содержит четыре логических элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-19, четыре логических элемента НЕ 20-23, первый, 24,второй 25 трехвходовые, третий 26,четвертый 27 четырехвходовые, пятый щ 028, шестой 29, седьмой.30 пятивходовые, восьмой 31, девятый 32 шестивходовые логические элементы И, третий 33, четвертый 34 четырехвходовыелогические элементы ИЛИ, 45Устройство работает следующим образом.При включении питания схема 10 начальной установки через первый логический элемент ИЛИ 11 устанавливаетпервый 4 и второй 7 счетчики в нулевое состояние, На первой группе выходов ПЗУ 5 появляется код первойграницы, поступающий на первую группувходов компаратора 9, Единичный сигнал с первого выхода дешифратора 8поступает на вход "Разрешение преобразования" АЦП 2, к первому и второмувходам которого подключен термоэлектрический преобразователь 1, а группавыходов АЦП 2 соединена с второйгруппой входов компаратора 9. Сигна"лом АЦП 2 "Преобразование завершенопоступающим на третий вход второгологического элемента ИЛИ 12, состояние второго счетчика 7 увеличиваетсяна единицу и единичным сигналом свторого выхоца дешифратора 8 разрешается операция сравнения компарато-.ра 9. Если результат сравнения "больше - равно , то единичный сигнал спервого выхоца "больше - равно" компаратора 9 поступает на счетный входпервого счетчика 4 и состояние первого счетчика 4 увеличивается на единицу. Соответственно, на первойгруппе выходов ПЗУ 5 появляется кодвторой границы, поступающий на первую группу входов компаратора 9, ивновь производится сравнение.Если результат сравнения "меньше",то единичным сигналом с выхода 2"меньше" компаратора 9, поступающимна второй вход второго логическогоэлемента ИЛИ 12, состояние второгосчетчика 7 увеличивается на единицуи единичный сигнал с третьего выходадешифратора 8 подается на вход "Разрешение умножения" устройства 13 умножения, первая и вторая группы входов которого соединены соответственнос группой выходов АЦП 2 и третьейгруппой выходов ПЗУ 5Сигналом готовности "Умножение завершено", поступающим на первый вход второго логического элемента ИЛИ 12, состояниевторого счетчика 7 увеличивается наединицу, и единичный сигнал с четвертого выхода дешифратора 8 подаетсяна вход "Разрешение суммирования"сумматора 3, первая и вторая группывходов которого соединены соответственно с второй группой выходов ПЗУ 5и группой выходов устройства 13 умножения. Сигналом "Суммирование завершено", поступающим на второй входпервого логического элемента ИЛИ 11,первый 4 и второй 7 счетчики переводятся в нулевое состояние и процесспреобразования начинается вновь.Блок 6 цифровой индикации 6 индицирует на промежутке между завершениями двух циклов преобразования результат, соответствующий значению кода на выходах сумматора 3. Ниже показано, что этот результат соответствует значению измеряемой температуры в градусах,12952 3ТермоЭДС Е(Т) ТЭП 1, нелинейно зависящая от температуры Т его рабочего спая, поступает на вход АПП 2, которым на каждом цикле преобразования формируется код термоЭДС И,(Е), про порциональный значению ЭДС Е(Т): М (Е) = КЕ(Т), (1) где К - постоянный коэффициент,Поскольку ЭДС Е(Т) отличается от линейно зависящего от температуры напряжения П,(Т), имеет место, абсолютная погрешность линейности аЦ(Т) = Е(Т) - и(Т). (2)Из уравнения (2) может быть определена номинальная корректирующая функция Б (Т)(3) П (Т) = -ьП(Т),Е(Т) + Пк(Т) = Ц(Т), (4) поскольку, как следует из выражения (1);30(5) Е(Т) аПд(Т) = Пл(Т)суммирование которой с измерительным сигналом Е(Т) обеспечивает нулевую остаточную погрешность линейности полученного измерительного сигнала25 37Определенная укаэанным образом номинальная корректирующая функция П (Е) для серийных ТЭП имеет нелинейный характер.Как видно из фиг,3, значения (Т,Е) в рабочем диапазоне Т мде 3 или Енин д Еположительны (Н, (Т,Е) ) 0), а первая проиэводс 3 П (Е)3 ная функции П (Е) = ----- ме- йн няет знак внутри рабочего диапазона, При этом функция П (Е) имеет точку перегиба, в которой вторая производная функции П (Е), П (Е)а(П (ЕЦ= цд -- равна нулю,ДЕ 2В предложенном устройстве идеальная номинальная корректирующая функция аппроксимирована кусочно-линейной действительной корректирующей функцией П, (Е) .Таким образом, погрешность аппроксимации в данном случае определяет остаточную погрешность линейности и в любой точке рабочего диапазона не ,превышает значения предельно допускаемой абсолютной погрешности линейности аПр, . На фиг.3 приведены значения и графики верхнейНоминальная корректируюцая функция П (Т) может быть также определена кнотносительно переменных Е(Т) или М,(Е) в виде Ц (Е) или Б (И), поскольку эти переменные связаны взаимно однозначными функциональными зависимостямиЕ = 1(Т), И, = Е(Е).Поскольку ТЭП характеризуется отличиями его действительной градуировочной характеристики Е(Т) от номинальной (гостированной) Е(Т), мо жет быть определена также и функция собственной погрешности ТЭП в зависимости, например, от параметра Та Е (Т) = Е(Т) - Е(Т) . (б)Значения аЕ (Т) также могут бытьопределены относительно переменной Ев виде аЕ (Е). Благодаря этому ужев номинальной корректирующей функцииП(Е) может быть учтена поправка,компенсирующая собственную погрешность ТЭП от несоответствия его действительной характеристики преобра"зования номинальной,и (Е) = П (Е) + аПадд, (7) и нижней35Пн (Е) = П.н (Е) - аПкддо. дограничивающих функций, в промежутке между которыми могут лежать значения действительной корректирующей функции 40П (Е). При этом должно быть выполкнено условие6 Пф (Е) ( П (Е), (9)Очевидно, что при выполнении это 45го условия погрешность аппроксимации,и, соответственно, остаточная погреш-,ность преобразования устройствааи Ц, (Е) - Ц (Е)1 (1 О)50во всем рабочем диапазоне не превыситдопускаемого значения:(11)В памяти ПЗУ 5 хранятся значения коэффициентов, однозначно определяющих каждую из прямых действительной корректирующей функции, и коды границ отдельных участков аппроксимации, а(13) 50 55 текущее значение функции циклически вычисляется устройством 13 перемножения и сумматором 3 на основании данных, хранимых в памяти ПЗУ 5 и текущего значения кода Н, (Е), Действи тельная корректирующая функция, таким образом, фактически реализована в виде цифрового кода Н (Н,) и может быть представлена в виде10 М (Н) =аН,+Ь.; 3 =1 щ,(12) где а., Ь, - коэффициенты, однозначноопределяющие каждую из15щ прямых, реализующихкусочно-линейную аппроксимирующую функцию;щ - число участков аппроксимации- номер участка аппрокси 20мации, зависящий от значения кода Н = Г(Н) .й1 йй 1 а, 30 граничные значения кода Н,(Е), соответствующие границам участков аппроксимации.В конце каждого цикла преобразования АЦП 2 его выходной код Н.(Е) одновременно поступает на входы ком паратора 9 и устройства 13 перемножения, При этом компаратор 9, сравнивая поступившее на его вход значение кода с кодами границ участков аппроксимации, записанными в ПЗУ 5, опреде ляет при помощи счетчика 4 принадлежность текущего значения кода Н (Е)1 к одному из участков аппроксимации, счетчик 4 выдает признак этого участка на адресный вход ПЗУ 5 в виде кода 45 адреса, который устанавливает на второй и третьей группах выходов ПЗУ 5 соответствующие коэффициентом а , Ь.д 4 коды Н, Н 4.Таким образом, компаратор ПЗУ 5 и счетчик 4 реализуют функцию распознавания принадлежности поступающего на вход компаратора 9 кода к одному из участков, на которые разбит весь диапазон всех возможных состояний АЦП 2, Таким образом, рабочий диапазон устройства разбит на ш неперекрывающихся и непосредственно примыкающих друг к другу участков так, что каждому участку соответствует определенный интервал измеряемого параметра Т, и, соответственно, кода на выходе АЦП 2 Н 1(Е), Это означает, что каждому из участков аппроксимации соответствует группа последовательных возможных состояний АЦП 2.Значения а Ь кодов Н , Нь ф коэффициентов подаются на первые группы вхоцов перемножителя 13 и сумматора 3, где и вычисляется значение функции по формуле (12), На выходе сумматора 3 формируется скорректированное значение кода Нск(Н, ) = Н 1(Е) + Нк (Н) (14) Н,(Н, ) = Н, (Е) + аН+ Ь, (15) Фактически в устройстве реализуется вычитание по формуле Н (Н) =Н(а +1)+Ь которая легко может быть получена из выражения (15), а в памяти ПЗУ хранятся, соответственно, коды коэффициентов (а; + 1), Ь вместо а. и ЬКомюратор 9 работает следующим образом.Если на вход разрешения сравнения компаратора 9 подается сигнал "единичного уровня, то происходит сравнение кодов Х(Х 1, Х,, Х ) и У(УУ ,У ), поступающих соответственно на первую и вторую группы входов компаратора 9, причем поразрядное сравнение кодов Х,; и У:;(д1,2 .,Н) осуществляется в соответствующих элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-19 и элементах НЕ 20-23 каждого узла сравнения,В случае равенства поступающих кодов Х и У на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-19 появляется сигнал нулевого уровня, а на выходах элементов НЕ. 20-23 - единичного уровня, На выходах седьмых элементов И 30 всех узлов сравнения появляется сигнал единичного уровня, т,е. на третьих выходах всех узлов сравнения появляется единичный уровень и с тре,тьего выхода И-го узла сравнения этот единичный уровень поступит на (И+1)-й вход второго логического элемента ИЛИ 15, т.е, на втором выходе "больше-равно" компаратора 9 появится сигнал единичного уровня.В случае неравенства колон Х и У хотя бы н одном из разрядов Х, и У;(1 = 1, ,И) на выходе соответствующего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появится сигнал единичнод о уровня, а на выходе соответствующего элемента НЕ - нулевого уровня. В результате на первом или втором выходах соответствующего узла сравнения (в зависимости от того, Х . ( У, или ХУ со О1 ответственно), в котором выявится признак неравенства, появится сигнал единичного уровня, который поступит на вход первого или второго логических элементов ИЛИ 14 и 15 соответственно. Таким образом, в зависимости от того ХУ или ХУ. соответствен 1но на выходах 1 "меньше" или 2 "боль О ше-ранно" компаратора 9 появится сигнал единичного уровня,изобретения25 Формула 1. Преобразователь температуры в код, содержащий термоэлектрический преобразователь, подключенный к входу аналого-цифрового преобразователя, два счетчика, выход первого из кото рых соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства, блок цифровой индикации и компаратор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, сокращения аппаратурных затрат за счет уменьшения необходимой емкбсти блока памяти, в преобразователь дополнительно введены дешифратор, схема начальной установки, первый двухвхо О доной и второй трехвходовой логические элементы ИЛИ, устройство перемножения и сумматор, причем выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к первой группе входов ком паратора, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов постоянного запоминающего устройства, а первый выход подключен к счетному входу первого двоичного счетчика, второй выход компаратора соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход схемы начальной установки соединен с первым входом первого логического элемента 55 ИЛИ, выход которого подключен к установочным входам первого и второго двоичных счетчиков, причем вторая группа выходов постоянного эапоминаю 129537 8щего устройства соепинена с первойгруппой входов сумматора, а третьягруппа выходов подключена к первойгруппе входов устройства перемножения, вторая группа входов которогосоединена с выходами аналого-цифрового преобразователя, а выходы - свторой группой входов сумматора, выход которого соединен с блоком цифровой индикации, при этом выход гторого логического элемента ИЛИ соединен со счетным входом второго двоичного счетчика, выход которого соединен с, адресным входом дешифратора,первый выход которого соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, второй выход подключенк входу разрешения выполнения операции сравнения компаратора, третий ичетвертый выходы соединены соответственно с входами разрешения выполнения операций устройства перемножения и сумматора, а выходы готовностирезультата устройства перемноженияи аналого-цифрового преобразователясоединены соответственно с вторым итретьим входами второго логическогоэлемента ИЛИ, причем выход готовности результата сумматора подключенк второму входу первого логическогоэлемента ИЛИ,2, Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что компаратор содержит М = 1 М/4 четырехразрядных узлов сравнения, где Х - число разрядов сравниваемых кодов,М-входовый и (М+1)-входовый логические элементы ИЛИ, причем первая группа входов компаратора является первыми группами входов всех узлов сравнения, вторая группа входов компаратора является второй группой входоввсех узлов сравнения, первые выходывсех узлов сравнения подключены квходам М-входового перного логического элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом компаратора, вторые выходы всех узлов сравнения подключены к входам (М+1)-входового второго логического элемента ИЛИ, выходкоторого является вторым выходом компаратора, причем каждый из узловсравнения содержит четыре логическихэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четыре логических элемента НЕ, первый, второйтрехвходовые, третий, четвертый четырехвходовые, пятый, шестой, седьмойпятивходовые, восьмой, девятый шестивходовые логические элементы И, тре 1295237тий, четвертый четырехвходовые логические элементы ИЛИ, первые входы всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с первой группой входов каждого узла сравнения и с вторы ми входами первого, третьего, третьим входом пятого и четвертым входом восьмого логических элементов И соответственно, вторые входы всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с второй группой входов каждого узла сравнения,.а также с вторыми входами второго, четвертого, третьим входом шестого и четвертым входом девятого логических элементов И соответственно, при этом выходы первого и второго логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены соответственно к третьим входам первого и второго и третьего, четвертого логических элементов И и входам первого и второго логических элементов НЕ соответственно, выходы третьего и четвертого логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены соответст 25 венно к четвертым входам пятого, шестого и пятым входам восьмого и девятого логических элементов И и соответственно к входам третьего и чет.вертого логических элементов НЕ, а выход первого логического элемента НЕ соединен с первыми входами третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого логических элементов И, выход второго логическо го элемента НЕ соединен с вторыми входами пятого, шестого, седьмого,восьмого, девятого логических элементов И, выход третьего логического элемента НЕ соединен с третьими вхо-дами седьмого, восьмого, девятого логических элементов И, выход четвертого логического элемента НЕ соединен с четвертым входом седьмого логического элемента И, первый, второй, третий, четвертый входы третьего логического элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами второго, четвертого, шестого, девятого логических элементов И, а первый, второй, тре-, тий, четвертый входы четвертого логического элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами первого, третьего, пятого, восьмого логических элементов И, вход разрешения выполнения операции каждого узла сравнения соединен с первыми входами первого, второго, четвертыми входами третьего, четвертого, пятыми входами пятого, шестого, седьмого и шестыми входами восьмого, девятого логических элементов И, причем выход седьмого логического элемента И является третьим выходом каждого из узлов сравнения, вход разрешения выполнения операции первого узла сравнения является входом разрешения выполнения операции компаратора, а вход разрешения операции х-го узла сравнения соединен с третьим выходом -1) - го узла сравнения, где= 2 М, а третий выход М-го узла сравнения подключен к (М+1)-му входу второго логического элемента ИЛИ,Колб актор А,Шандор оррект Заказ б 09/47 писное играфическое предпринтие, г. Ужгород, ул. Проек роизводствен Тир ВНИИПИ Государст по делам изоб 3035, Москва, Ж-З