Устройство для измерения температуры
Изобретение относится к электротермометрии и может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения - увеличение быстродействия измерений и уменьшение динамической погрешности измерения. Для этого устройство содержит генератор 1 образцовой частоты, синхронизированный с частотой сети, триггеры 2,5,15,18, 20,21 и 27 трехвходовую схему И 3, вычитающий счетчик 4, схему перезаписи 6, термоэлектрический преобразователь (ТП) 7, переключатель 8 полярности ,, источник 9 напряжения смещения , преобразователь 10 напряжения в интервал времени, схемы ИЛИ 12, 23, счетчик 13, образцовый резистор 14, четырехвходовую схему И 16, селектор 17, схемы И 19, 22, 26, цифровую схему линеаризации 24, цифровое отсчетно устройство 25 и формирователи импу 1ьсов 28 и 29. Работа устройства основана на принципе периодического инвертирования значения информативного параметра (термо-ЭДС) ТП 7, подаваемого на входную цепь преобразователя 10 напряжения в интервал времени . В каждом цикле измерения с выхода схемы 24 линеаризации в зависимости от полярности термо-ЭДС, опре- - деляемой сигналом с выхода схемы ИЛИ 23, поступает определенное число импульсов, пропорциональное значению измеряемой температуры. 2 ил. I (Л
СООЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„Я0„„1232961
А1 (5114 G 01 К 7/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К д ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3799936/24-10 (22) 15. 10.84 (46) 23. 05. 86. Бюл. № 19 (? 2) Н. И. Грибок, В.И. Зорий, В. M. Макух, В.И,Пуцило, С.Г.Романюк и Б.И.Стаднык (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 970133, кл. G 01 К 7/02, 1981 °
Авторское свидетельство СССР
¹ 1120180, кл. G 01 К 7/02, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к электротермометрии и может быть использовано при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлектрическими преобразователями. Цель изобретения — увеличение быстродействия измерений и уменьшение динамической погрешности измерения. Для этого устройство содержит генератор 1 образцовой частоты, синхронизированный с частотой сети, триггеры 2,5, 15, 18, 20,21 и 27 трехвходовую схему И 3, вычитающий счетчик 4, схему перезаписи 6, термоэлектрический преобразователь (ТП) 7, переключатель 8 полярности,,источник 9 напряжения смещения, преобразователь 10 напряжения в интервал времени, схемы ИЛИ 12, 23, счетчик 13, образцовый резистор 14, четырехвходовую схему И 16, селектор
17, схемы И 19, 22, 26, цифровую схе-му линеаризации 24, цифровое отсчетное устройство 25 и формирователи импульсов 28 и 29. Работа устройства основана à принципе периодического инвертирования значения информативного параметра (термо-ЭДС) ТП 7, йодаваемого на входную цепь преобразо.вателя 10 напряжения в интервал времени. В каждом цикле измерения с выхода схемы 24 линеариэации в зависимости от полярности термо-ЭДС, опре- . деляемой сигналом с выхода схемы
ИЛИ 23, поступает определенное число импульсов, пропорциональное значению измеряемой температуры. 2 ил.
1232961 где Б н 3P
U, 5!i
Изобретение относится к электротермометрии и может быть использоваН0 при построении помехозащищенных цифровых измерителей температуры, работающих в комплекте с термоэлект- 5 рическими преобразователями.
Целью изобретения является увеличение быстродействия измерений и уменьшение динамической погрешности измерения.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы основных узлов.
Устройство для измерения темпера15 туры содержит генератор 1 "образцовой частоты, синхронизированной с частотой сети, второй триггер 2, трехвходовую схему И 3, вычитающий счетчик 4, пятый триггер 5, схему 6 перезаписи, 20 термоэлектрический преобразователь (ТП) 7, переключатель 8 полярности, источник 9 напряжения смещения, преобразователь 10 напряжения в интервал
25 времени, первую схему И 11, первую схему ИЛИ 12 счетчик 13, образцовый резистор 14, третий триггер 15, четырехвходовую схему И 16, селектор 17, первый триггер 18, первую схему И 19, четвертый триггер 20, шестой триггер
21, вторую схему И 22, вторую схему
ИЛИ 23, цифровую схему линеаризации
24, цифровое отсчетное устройство 25, третью схему И 26, седьмой триггер 27, первый 28 и второй 29 формирователи 35 импульсов.
Цифровой измеритель температуры работает на принципе периодического инвертирования значения информативного параметра (термо-ЭДС) термоэлект- 40 рического преобразователя 7, подаваемого на входную цепь преобразователя
10 напряжения в интервал времени.
В исходном состоянии триггеры 2, 5, 15, 18, 20, 2 1 и 27 и счетчики
4 и 13 установлены в состояние нуля.
rpe U — опорное напряжение в преобразователе 10; постоянная времени интегрирования в пребразователе 10, Преобразователь 10 напряжения в ин— тервал времени работает по принципу двухтактного интегрирования. Схемы
И 3, 11, 16 и 19 закрыты сигналами с выходов преобразователя 10 и триггеров 5 и 20. В момент t, в преобразователе 10 (фиг. 26) формируется импульс длительностью (С вЂ” t„), кратный периоду напряжения сетй и задающий длительность первого такта интегрирования (фиг. 26). До момента переключатель 8 полярности находится в положении, которое соответствует подключению ко входу преобразователя 10 термо".ЭДС Е термоэлектрического преМ образователя 7 со знаком минус (-Е) .
При этом на вход преобразователя 10 подается напряжение -, =(Uск + " Р + "э + U„(t) E„) — напряжение смещения источника 9 напряжения смещения; — напряжение дрейфа преобразователя 10, приведенное к его входу; — результирующее падение напряжения от токов утечки переключателя полярности; — напряжение помехИ, действу- ющей во входной цепи.
Впервом такте напряжение U,, усиленйое в к раз в усилителе преобразователя 10:U =K U„, в процессе двухтактного интегрирования преобразуется во временной интервал
U — порог срабатывания сравнивающего устройства в преобразователе 10.
В течение интервала времени t по сигналу с преобразователя 10 откры1232961
N,= f/t - ) 8 и,-Г к(и,„+u„+u, ° u " т. (3? U, вается схема И 11, и импульсы с частотой f генератора образцовой частоты 1 поступают на счетный вход счетчика 13 импульсов (фиг. 2г) ° Количество импульсов N, равно 5 В момент t (фиг. 2д) положительный фронт импульсов с третьего выходапре- О образователя 10 переводит триггеры 2 и 15 в единичное состояние, подготавливая к открытию схемы И 3 и 19, и переводит в противоположное состояние переключатель 8 полярности, подавая в измерительную цепь термо-ЭДС +Е„ от ТП 7. В момент t напряжение U К т (т +1т р + тту +1т (t ) +Е ) В ПрЕ О бра ЗОвателе 10 с двухтактным интегрирова.нием 1 — (K (UÄ, U +О +Ll (1? т j,))+ 1 4 1„„ — (j. dt =U, 1 tg преобразуется во временной интервал t на время действия которого открывается первая схема И 11, и на вход схемы ИЛИ 12 и счетный вход счетчика 13 поступает число импульсов И Z„F. Г" т 2 и t о (5) N (то 8) (4) В момент t„(ôèã. 2е) со второго выхода преобразователя 10 проходит импульс длительностью t - „через схему И 19, что приводит к переходу в единичное состояние триггеров 20, 27 и к перезаписи числа N èç счетчика 13 в вычитающий счетчик 4. В момент t короткий импульс с выхода формирователя 28 импульсов подается на вход цифрового отсчетного устрой-35 ства 25, а в момент t короткий импульс с выхода формирователя 29 импульсов сбрасывает в нулевое состояние счетчик 13 и триггеРы 5, 21 и 18. Поэтому к моменту t он находится в 40 нулевом состоянии. В течение времени в счетчик 13 запишется код числа N (4). Это же число импульсов через схему ИЛИ 12 и открытую схему И Зпоступает на счетныйвход вычитаю- 45 щего счетчика й. 5 момент t„ счетчик 4 переходит в нулевое состояние, триггер 5 переходит в единичное состояние и закрывает по соответствующему входу схему И 16 и схему И 3. Через 50 селектор 17 на основании единичного сигнала с выхода триггера 20 (фиг.2д) и единичного сигнала с выхода триггера 5 (фиг. 2л) на вход триггера 18 поступает число импульсов 55 не зависящее от значения U,„, U„(t), Б р, Б,, Б при t- С t что обеспечивается схемотехническим путем в преобразователе 10. С выхода триггера 18 на вход цифровой схемы линеаризации поступает число импульсов М, -N„K f T П ь о пропорциональное значению термо-ЭДС. Так как генератор 1 синхронизирован от частоты напряжения сети с периодом Т, то произведение f Т равно A=const. Поэтому получаем независимость результата измерения от изменений частоты сети (фазовая автоподстройка частоты). Поэтому выражение (6) равно И вЂ” Ы„ КAE„ () 2 U Триггеры 21 и 27, схемы И 22, 26 и схемы ИЛИ 23 образуют блок индикации полярности. Если термо-ЭДС Е„ О, то в момент t триггер 27 переходит 1 в единичное состояние положительным фронтом импульса с выхода схемы И 19 (фиг.2е). Так как М >Н,, то к моменту t на выходе схемы И 16 не появится импульс, триггер 21 будет находится в нулевом состоянии, подготавливая к открытию схему И 22 и закрывая схему И 26. Поэтому единичный сигнал на единичном выходе триггера 27 и нулевом выходе триггера 21 проходит на выход И 22 и через схему ИЛИ 23 поступает на вход схемы 24 линеаризации и цифрового отсчетного устройства 25. При этом наличие еди1232961 1О 2,5 ЗО 4G SO 55, ничного выхода в схеме 23 свидетельствует о положительной полярности Е Х Если напряжение Е„ в первом цикле имело бы отрицательную полярность, то, N, И, . В этом случае к моменту в вычитающем счетчике 4 был бы зафиксирован код числа N„ — N триггер 5 находился бы в нулевом состоянии. В момент t, сигналами с выходов триггеров 20, 5 и третьего выхода преобразователя 10 схема И 16 будет открыта (фиг. 2в,д). Импульсы с частотой следования f с выхода генератора 1 образцовой частоты через схему И 16, схему ИЛИ 12 и с:;ему И 3 проходят на вход вычитающего- счетчика 4, устанавливают в единичное состояние триггер. 21 и через селектор 17 и триггер 18 проходят на вход схемы 24 линеари— зации. Наличие нулевого сигнала с нулевого выхода триггера 21 на вхо— де схемы И 22 и нулевого сигнала с нулевого выхода триггера 27 на входе схемы И 26 приводит к наличию нулевого сигнала на выходе схемы ИЛИ 23, т.е. свидетельствует о том, что измеряемая термо-ЭДС имеет отрицательную полярность. В третьем цикле измерения триггер 15 возвратится в исходное состояние. В измерительную цепь подается напряжение термо-ЭДС -Е, триггеры 5,2 1 возвращаются в исходное состояние сигнала с выхода схемы 29. В счетчик 4 из,счетчика 13 запишется код числа N . При преобразовании -Е, получим код числа N =N„.К моменту получения кода числа N,(N, триггер 27 перейдет в нулевое состояние, а триггер 5 будет находиться в нулевом состоянии вследствие N,c N,. Схема совпадений после окончания формирования числа импульсов N откроется, и число импульсов (N, -М,)=(Nz -N„ ) поступит че— рез схемы ИЛИ 12 и И 3 на вход вычитающего счетчика 4 и через селектор 17 и триггер 18 — на вход цифровой схемы 24 линеариэации, Так как с формированием числа импульсов N --N первым импульсом числа N ""--N 2 1 г 1 триггер 2 1 перейдет в единичное состояние, то схема И 22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного:выхо— да триггера 27, а схема И 26 будет открыта единичными сигналами с нулевого выхода триггера 27 и с единичного выхода триггера 21. Наличие единичного сигнала на выходе схемы ИЛИ 23 свидетельствует о положительной полярности. Если бы измеряемое напряжение Е х было отрицательным, то мы бы получили Nз>N2 ПоэTОму к моMеHтg оконча ния следования числа импульсов N из числа N, счетчик 4 перейдет в нулевое состояние, перебросит триггер 5 в единичное состояние и закроет схему И 16 нулевым потенциалом с нулевого выхода триггера 5. Поэтому на выходе схемы И 16 появятся импульсы. Триггер 2 1 останется в нулевом состоянии. При этом через селектор 17 и триггер 18 на вход цифровой схемы 24 линеаризации поступит (N -N ) импульсов. Схема И 22 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 2?, а схема И 26 будет закрыта нулевым сигналом с единичного выхода триггера 21. Наличие нулевого сигнала на выходе схемы ИЛИ 23 свидетельствует об отрицательной полярности измеряемого напряжения. В каждом цикле измерения с выхода схемы 24 линеаризации и зависимости от полярности термо-ЭДС, определяемой сигналом с выхода схемы ИЛИ 23, поступит определенное число импульсов, пропорциональное значению измеряемой температуры. Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, вЫводы которого непосредственно и через образцовый резистор соединены с входами переключателя полярности, выходы которого непосредственно,и через источник смещения подключены к первому и второму входу преобразователя напряжения в интервал времени, третий вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, синхронизированной с частотой сети, соединенному с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен с информационным выходом преобразователя напряжения в интервал времени, селектор, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, выход которого соединен с входом цифровой схемы линеаризации, выход которой под- . ключен к входу цифрового отсчетного 1232961 Тираж 778 Подписное ц11ИИПИ Заказ 2758/41 Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 устройства, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродействия измерений и уменьшения динамической погрешности измерения, в него введены шесть триггеров, три двухвходовых схемы И, трехвходовая схема И, две схемы ИЛИ, счетчик, схема перезаписи, вычитающий счетчик, формирователи импульсов и четырехвходовая схема И, первый вход кото- 10 рой соединен с выходом генератора опорной частвты, второй выход соединен с вторым выходом преобразователя напряжения в интервал времени и входами второго и третьего триггеров,!5 третий вход соединен с выходом чет-. . вертого триггера, четвертый вход подключен к первому входу трехвходовой схемы И и инверсному выходу пятого триггера, а выход соединен с вхо- 20 дом шестого триггера, первым входом селектора и первым входом первой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И, вторым входом селектора и входом счетчика 25 а выход подключен к второму входу трехвходовой схемы И, третий вход которой соединен с выходом второго триггера и первым входом первой двухвходовой схемы И; второй вход которой соединен с третьим выходом преобразователя напряжения в интервал времени, а выход подключен к управляющему входу схемы перезаписи входам четвертого и седьмого триггеров и входу первого формирователя, выход которого подключен к управляющему входу цифрового, отсчетного устройства и через второй формирователь соединен с вторыми входами первого и шестого триггеров, первым входом пятого триггера и входом счетчика, выходы которого через схему перезаписи подключены к вычитающему счетчику, управляющий вход которого соединен с выходом трехвходовой схемы И, а выход подключен к второму входу пятого триггера, прямой выход которого подключен к третьему входу селектора, при этом первые входы второй и третьей двухвхоровых схем И соединены соответственно с выходами седьмого триггера, вторые входы подключены к выходам шестого триггера, а выходы подключены к входам второй схемы ИЛИ выход которой подключен к цифровой схеме линеаризации и цифровому отсчетному устройству.
