Устройство для измерения температуры

7984/2406.8706 89,е А. Сак Мюй 4 ь Ж Фие ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро Львовскогопроизводственного объединенияЮвелирпром, Львовский политехнический институт им, Ленинского комсомола и Львовское производственнообъединение им . В,И . Ленина(56) Авторское свидетельство СССРУ 1120180, кл. С 01 К 7/02, 1981.Авторское свидетельство СССРУ 1232961, кл. С 01 К 7/02, 1984. 0504 А 1(54) УСТРОЙС ИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к температурным измерениям, может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры и позволяет повысить точностьизмерения путем уменьшения влиянияна результат измерения широкополосных помех. В первом такте первогоцикла на вход преобразователя 1 О винтервал времени поступает алгебраическая сумма напряжения термоэлектрического преобразователя (ТП)7, напряжения помехи, действующейво входной цепи, и напряжения дрейфа преобразователя 10. Вычитающийсчетчик 33; постоянное запоминающее устройство 34, счетчик 35, триг гер 36, генератор 1 образцовой частоты, переключатель 31, ключ 32,делитель 30 частоты формируют последовательность импульсов с переменной длительностью, в течение которойосуществляется интегрирование входного сигнала преобразователя 10. Вовтором такте происходит разряд ин 4905044тегратора преобразователя известным напряжением Ц .Во втором цикле с помощью переключателя полярности изме 5няется полярность сигнала ТП 7. В каждом цикле измерения на выходе блока 24 цифровой линеаризации формируется код, пропорциональный измеряемой температуре, 4 ил.Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте стермоэлектрическими преобразователями. 20Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения широкополосных помех.На фиг. 1 изображена структурная 25схема предлагаемого устройства; нафиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу узлов устройства; нафиг. 3 - временная диаграмма двухтактного весового интегрирования с 30широтно-импульсной весовой функцией; на фиг, 4 - функциональная схема преобразователя напряжения в интервал времени,Устройство содержит генератор 1образцовой частоты, первый триггер2, первую схему И 3, первый вычитающий счетчик 4, второй триггер 5,схему 6 перезаписи, термоэлектрический преобразователь (ТП) 7, переключатель 8 полярности, источник 9напряжения смещения, преобразователь10 напряжения в интервал времени,вторую схему И 11, первую схемуИЛИ 12, первый счетчик 13, образцовый резистор 14, третий триггер 1 5,третью схему И 16, селектор 17, четвертый триггер 18, четвертую схемуИ 1 9, пятый триггер 20, шестой триггер 21, пятую схему И 22, вторуюсхему ИЛИ 23, блок 24 цифровой линеаризации, блок 25 индикации, седьмой триггер 27, шестую схему И 26,первый формирователь 28 импульсов,второй формирователь 29 импульсов,делитель 30 частоты, переключатель31, ключ 32, второй вычитающий счетчик 33, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 34, второй счетчик 35,восьмой триггер 36 и третий формироЭватель 37 импульсов.Преобразователь 10 напряжения в интервал времени содержит дифференциальный усилитель 38 с коэффициентом усиления К, счетчик 39 импульсов, цифровой автомат 40, ключи 4 в о 45, источник 46 опорного напряжения, интегратор, включающий в себя операционный усилитель 47, резисторы 48- 50, конденсаторы 51 и 52 и компаратор 53. Цифровой измеритель температуры работает на принципе периодического инвентирования значения индормативного параметра (термо-ЭДС) ТП 7, подаваемого на входную цепь преобразователя 10 напряжения в интервал времени.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии триггеры 2,5, 15,18,20,21, 27 и 36, счетчики 4, 13 и 35 установлены в состояние "0, а счетчик 33 - в состояние "1". Схемы И 3, 11 16 19 и 32 закрыты сигналами с выходов преобразователя 10 и триггеров 15 и 20. В момент Т, в преобразователе 10 (фиг. 2 б) формируется импульс длительностью Т, =и задающий дительность первого такта интегрирования. До момента Т, переключатель 8 полярности находится в положении, которое соответствует подключению к входу преобразователя 10 отрицательной полярности термо-ЭДС (-Е) термоэлектрического преобразователя 7 . Поэтому на вход преобразователя 10 подается алгебраическая сумма напряжения ТП 7 (-Е), напряжения Б д помехи (фиг. 2 а), действующей во входной цепи измерителя температуры, и напряжения 11 преобразователя 1 О, приведенное к его входу.(фиг,4) счетчик 33 перейдет в единичное состояние, счетчик 35 перейдет в состояние "3" а триггер 36 опрокинется в единично . состояние. При этом на вход счетчика 33 с выхода ПЗУ 34 поступит код числа И который цо сигналу с выхода формирователя 37 перепишется в вычитающий счетчик 33. К концу интервалаХ /то счетчик 33 переходит в нулевое состояние, опрокидывает триггер36 в нулевое состояние, переводитсчетчик 35 в состояние "4" и переписывает код числа Ис выхода ПЗУ34 в вычитающий счетчик 33. Аналогично вышеописанному осуществляетсяформирование последующих импульсовдлительностью С ,ю, на выходе триггера 36 (фиг.3 и фиг. 2 д), которые поступают на четвертый вход преобразователя 1 О напряжения во временной интервал (входуправления ключа 40 на фиг. 4), который на время С 4 1С ., подключает выходное напряжение 1490 Преобразователь 10 работает на принципе двухтактного интегрирования. В первом такте измерения цифровой автомат 40 (фиг. 4) в преобраэо 5 вателе 10, открывает ключ 45, в результате чего на счетчик 39 импульсов с выхода переключателя 31 по ступают импульсы с частотой о . При достижении в счетчике 39 числа М с в 10 момент С(фиг,2 б) первый такт заканчивается. В течение интервала времени (- ) импульсы с частотой Г с выхода переключателя 31 через ключ 32 поступают на вход второго вычи тающего счетчика 33. В исходном состоянии в нем записан код числа И . С приходом на его вход И импульсов с частотой Гс за время Т = Х,/Гс счетчик 33 переходит в нулевое сос - 2 О тояние, Импульс на его выходе опрокидывает триггер 36 в единичное состояние и переводит счетчик 35 в единичное состояние, что вызывает появ - ление на выходе ПЗУ 34 кода числа И 25 Импульс с выхода третьего формирователя 37 переписывает код числа Х во второй вычитающий счетчик 33. За время с= И/йо(фиг. 3) вычитающий счетчик 33 вновь перейдет в нулевое 30 состояние, Импульс на его выходе возвратит триггер 36 в нулевое состояние, приведет счетчик 35 в состояи иние 2 и посредством формирователя 37 перепишет код числа 1 с ПЗУ 34 в1 74 РЕ + Пп(1 ф огде 7 - постоянная времени интегратора преобразователя 10. 40В момент2 счетчик 39 импульсов сбрасывается в нулевое состояние, а цифровой автомат 40 (фиг,4) замыкает ключ 42, На вход интегратора подается с выхода источника 46 опорно го напряжения известное по своему значению постоянное напряжение (1 о. Выбором значения Пс , при котором К(- Е +лЪ10 + к- е+ Б(с)о(2) 55 Импульс длительностью С э - Сс первого выхода преобразователя 10 (фиг.4) открывает схему И 3 и импульсы с частотой следования, равной Г , по 1 ступают с выхода переключателя 31 через схему ИЗ на счетный вход счетчика 13. Зти импульсы не проходят с выхода схемы .П 1 2 на вычитающий Пдр + К Г Е+ см+ опЗ (1) дифференциального усилителя 38 ко входу интегратора. Напряжение Г определяемое выражением (1), интегрирует" ся в моменты Сэ С 4,зт 1-1%эС т(фиг.3) и к моменту- с, = Т, результаты интегрирования равны+ Пп + Пс)О, при возможных значениях Е х, П (С) и (д обеспеч ир вается одна полярность .Выходное напряжение интегратора, начиная с момента времени С , линейно уменьшается и в момент Сстановится равным порогу Пс срабатывания компаратора 53 (фиг,4) .Баланс зарядов на конденсаторе соответствует условию43Псм 3 ф + - По 1 = Пс (3)Фвход счетчика 4, поскольку схема И 11закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 5 (фиг.2 з) . К моментуэ в счетчике 13 эафиксируется число импульсов, равное1 о ( 2)о(т) + П Ц 1 временно в момент Сэ единичный сигнал с выхода триггера 5 подготавливает к открытию схему И 1 9.В момент о цифровой автомат преобразователя 1 О начинает формирова О ние временного интервала- й=ЭТ - 1Т. Импульс длительностью С - й проходит через схему И 19и опрокидывает в единичное состояние триггеры 20,и 21 и запускает фор мирователь 28 . На его выходе формируется импульс длительностью С-С5С, который посредством схемы переза-писи переписывает код числа 11, изсчетчика 13 в вычитающий счетчик 4, 20 фиксирует в блоке 25 индикации нулеврй результат, а также запускает формирователь 29, На его выходе импульс,.длительностью й - е = 7 (фиг,2 и)сбрасывает в "О триггер 15, счетчик 13, триггер 2,и триггер 27. Таккак с выхода нереключателя 8 полярности в измерительную цепь включается напряжение Ек, равное термо-ЭДСТП 7, то на выходе дифференциально го усилителя 40 в преобразователе 1 Онапряжение равно Импульсом с первого выхода преобразователя 1 0 (фиг. 2 г) в момент С триггер 18 опрокидывается в единичное состояние. При этом переключатель 8 полярности переходит в противоположное состояние, при котором в измерительную цепь включается термо-ЭДС, равнаяЕ ,от ТП 7. ОдноЕх 6.2 ц Ек 1 (8)1.1 о ь 1Ю - ) Одр+ КР 3где а щ Го о БФовддитивная составляющая функциипреобразования. В момент Сположительным фронтом импульса (фиг. 2 в) с выхода компаратора 53 (фиг. 4) триггер 5 оп - Прокидывается в единичное состояние, подготавливая к открытию схему И 11 сигналом с единичное выхода триггера 5.В момент й цифровой автомат 40(фиг. 4) сбрасывает в "0" по четвертому выходу преобразователя 1 О триггер 36 и счетчики 33, 35 и 37 . С некоторой задержкой сигналом с выхода формирователя 37 в вычитающий счетФчик 33 записывается код числа Н ,В момент й счетчик 39 импульсов сбрасывается в "0", цифровой автомат 40 возвращается в исходное состояние, в котором ключи 41, 42 и 45 разомкнуты, а ключи 43 и 44 замкнуты. Начиная с момента й з происходит коррекция смещения нуля интегратора и компаратора преобразо" вателя 10. Число Н импульсов записывается в счетчик 13. Это число импульсов постУпает также через схему ИЛИ 12 и схему И 1 на счетный вход вычитаюшего счетчика 4. С приходом И импуль 1сов числа Х счетчик 4 переходит в ну левое состояние, Выходной импульс на его выходе опрокидывает триггер 15 в единичное состояние. Выходной импульс на его выходе опрокидывает триггер 5 в единичное состояние. Нулевой потенциал с нулевого выхода триггера 5 подтверждает закрытие схемы И 16,а единичный потенциал с единичного выхода триггера 5 разрешает прохождение последующих импульсов М 1-Х, через селектор 17 на счет. др+ К ГЕх+ Оо( ) + 11 см 3(5)Напряжение П (аналогичное напряжению 0 в первом цикле) в процесседвухтактного преобразования в преобразователе 10 преобразуется в число импульсов на выходе схемы ИЗ, равноеКГ 1 Г;(6)11 оный вход триггера 2. Число 1,.1- И,импульсов равно45 2 К Г ,.1 1 - Е х(7) ПоНа выходе триггера 2 число импульсов равно пропорциональное значению Е и не зависящее от параметров 7, Бо, Б Оо(1) и цдр цепи аналого-цифровогопреобразования Эти импульсы в процессе линеариэации в блоке 24 цифро9 1490504 вой линеаризации становятся пропорциональными значению измеряемой температуры и с выхода блока 24 постулаютл2виду лэ+--- ( - + - + - ++ - ") -- "г Е хК Г 19 М К 6 Мв ЕхК(9) ИЛИ 23, что свидетельствует о том, что измеряемая термо-ЭДС, имеет отрицательную полярность.В третьем цикле измерения (не показан) триггер 18 возвращается в исходное состояние. В измерительную цепь подается напряжение - Е, а триггеры 15 и 27 возвращаются в исходное состояние сигналом с выхода формирователя 29. В счетчик 4 из счетчика 13 записывается код числа М . При преобразовании (- Е) получают код числа М - М ,. К моменту получения кода числа МЭ сМ триггерй 21 перейдет в нулевое состояние, а триггер 15 будет находиться в нулевом состоянии, так как Мс М . Схема И 16 после окончания формирования/числа Мэ импульсов откроется и число М - М М " М импульсов поступит через схемы ИЛИ 2 и И 11 на вход вы- читающего счетчика 4 и через селектор 17 и триггер 2 - на вход блока 24 цифровой линеаризации. Так как с формированиеи числа (М- М) им э пульсов при поступлении первого импульса числа (М- М ) триггер 27 перейдет в единичное состояние, то схема И 22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 21, а схема И 26 будет открыта единичным сигналом с нулевого выхода триггера 21 и с единичного выхода триггера,27. Наличие единичного сигнала на выходе схемы ИЛИ 23 свидетельствует о положительной полярности напряжения Е .Если бы измеряемое напряжение Е 1 было отрицательныч, то М 2 М .й Поэтому к моменту окончания следования числа М импульсов, из числа М э счетчик 4 перейдет в нулевое состояние, перебросит триггер 1 5 в единичное состояние и закроет схему И 16 нулевым потенциалом с нулевого 50"(Мг + М + Мсф + М ) в котором частота Г импульсов с выхода делителя частоты не влияет на результат измерения.Триггеры 21 и 27, схемы И 22 и 26 и схема ИЛИ 23 образуют схему индикации полярности. Пусть Ех )0 то в моменттриггер 21 переходит в единичное состояние положительным фронтом импульса с выхода схемы И 9 , (фиг.2 е) . Так как М М то к мо" менту й на выходе схемы И 16 импульс 25 не появится, в результате чего триггер 27 будет находиться в нулевом состоянии, подготавливая к открытию схему И 22 и закрывая схему И 26, Поэтому сигнал с единичного выхода триг-З 0гера 2 проходит на выход схемы И 22 и через схему ИЛИ 23 поступает на вход блока 24 линеаризации и блока 25 индикации. При этом наличие единичного сигнала на выходе схемы ИЛИ35 23 свидетельствует о положительной полярности напряжения Е.Если напряжение Е в первом цикле имело бы отрицательную полярность,/то М сМ . В этом случае к моменту 40 .ЕЭ в вычитающем сче е 4 б бы зафиксирован код числа М, - М, а триггер 15 находился бы в нулевои состоянии. В момент й сигналами совыходов триггеров 20 и 15 и третьего 45 выхода преобразователя 10 схема И 16 будет открыта (фиг.2 в и фиг.2 д). Импульсы с частотой следования, равной Г , с выхода генератора 1 через схему И 16, схему ИЛИ 12 и схему И 11 проходят на вход вычитающего счетчика 4, устанавливая в единичное состояние триггер 27, а через селектор 7 и триггер 2 проходят на вход блока 24 цифровой линеариэации. Наличие нулевого сигнала на нулевом выходе триггера 27 и нулевом выходе триггера 21 приводит к наличию нулевого сигнала на выходе схемы 1 Она блок 25 индикации. Так какЙ (фиг .3 ) 7то выражение (8) приводится к1 14905 выхода триггера 15. Поэтому на выходе схемы И 16 импульсы не появятся. Триггер 27 останется в нулевом состоянии. Так как с формированием чис 112 13 импульсов при Нз(5 схема И 16 будет закрыта, триггер 27 остайется в нулевом состояниитриггер 21 будет находиться в третьем цикле в нулевом состоянии, то схема 10 И 22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 21, а схема И 26 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 27. Наличие нулевого сигнала на выходах 15 схем И 22 и 26, а также на выходе схемы ИЛИ 23 свидетельствует об отрицательной полярности напряжения Е.Четвертый цикл преобразования аналогичен второму циклу. 20Такая организация измерения обеспечивает возможность получения результата измерения в каждом цикле из-. мерения (начиная со второго) .25 Формула изобретенияУстройство для измерения температуры, содержащее термоэлектричеческий преобразователь, подключенный через образцовый резистор к входу пе- З 0 реключателя полярности, выходы которого соединены соответственно с первьм выводом источника напряжения смещения и первым входом преобразователя напряжения в интервал времени, второй вход которого подключен к второму выводу источника напряжения смещения, а третий вход и первый выход соединены соответственно с входами первой схемы И, выход ко торой подключен к входу первого счетчика, первому входу первой схемы ИЛИ и первому входу селектора, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, единичный 45 выход которого через схему цифровой линеаризации подключен к первому входу блока индикации, генератор образцовой частоты, вторую схему И, . входы которой соединены соответст венно с единичным выходом второго триггера, выходом первой схемы ИЛИ и нулевым выходом третьего триггера, а выход подключен к счетному входу первого вычитающего счетчика, входы записи которого соединены с информационными выходами схемы перезаписи, а выход подключен к единичному входу третьего триггера, единичный 04 12выход которого соединен с вторым входом селектора, третий вход которого подключен к выходу третьей схемы И, входы которой соединены соответственно с нулевым выходом третьего триггера, единичным входом второго триггера, соединенным со счетным входом четвертого триггера, треть им входом преобразователя в интервал времени и единичным выходом пятого триггера единичный вход которого соединен со счетным входом шестого триггера, входом первого формирователя, управляющим входом схемы перезаписи и выходом четвертой схемы И, входы которойсоединены соответственно с вторым выходом преобразоваля напряжения в интервал времени и единичным выходом второго триггера, вторую схему ИЛИ, выходы которой соединен с управляющими входами блока цифровой линеаризации и блока индикации, а входы, соединены соответственно с выходами пятой и шестой схем И, первые входы которых соединены соответственно сфнулевьм и единичным вы - ходами шестого триггера, а вторые входы подключены к нулевому и единичному выходам седьмого триггера, единичный вход которого подключен к выходу третьей схемы И, а нулевой вход соединен с нулевыми входами первого и третьего триггеров, управляющим входом первого счетчика и выходом второго формирователя, вход которого соединен с выходом первого формирователя и вторым входом блока индикации, при этом единичный выход четвертого триггера соединен с управляющим входом переключателя полярности, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения влияния на реэультат измерения широкополосных помех, в него введены переключатель, ключ, второй вычитающий счетчик, третий формирователь, восьмой триггер, постоянное запоминающее устройство, второй счетчик и делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, а выходы подключены к входам переключателя, выход которого через ключ соединен со счетньм входом второго вычитающего счетчика, вход разрешения записи которого подключен к выходу третьего формирователя, выход соединен со счетными входами восьмого1490504 14 триггера и второго счетчика, а вхо- динен с четвертым входом преобраэоды записи числа подключены к инфор- вателя напряжения в интервал времени, мационным входам постоянного запоми- четвертый выход которого подключен к нающего устройства, управляющие5входам установки в 0" второго вычивходы которого соединены с информа- тающего счетчика, триггера и второго ционными выходами второго счетчика, счетчика, а второй выход соединен с при этом выход восьмого триггера сое- управляющим входом ключа.1490504 Составитель В, КуликовРедактор А. Ревин Техред Л,Олийнык Корректор М ирая( 573 писное Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж ул. Гагарина, 10 Заказ 3742/ ВНИИПИ Госу ственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5