SU1247682A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразовател . Цель изобретени  - обеспечение взаимозамен емости термопреобразователей. Устройство содержит термопреобразователь сопротивлени  1, резистор 2, эталонные ре- зистивные делители напр жени  3.1-З.п с ключами. 4-9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор опорной частоты 12, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции, схему 15 сравнени , функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, триггеры 18 и 19 и временной селектор. Введение новых элементов и образование новых св зей между элементами устройства позволили достичь цель изобретени  без дополнительной настройки устройства и снижени  точности измерени . 3 ил. 1 jSKsem tiaxsta

Description

1

Изобретение относитс  к области температурных измерений, а именно к устройствам дл  измерени  температуры с коррекцией нелинейности характеристики термопреобразовател .

Целью изобретени   вл етс  обеспечение взаимозамен емости термопреобразователей без дополнительной настройки устройства и снижени  точности измерени .

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - вре менные: диаграммы напр жений, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 - схема формировател  импульсов коррек- ции.

Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивлени , например полупроводниковый, подключенный через посто нный резистор 2 к выводам источ- ника напр жени  (не показан), эталонные резистивные делители напр жени  3.1 - З.п с ключами 4, 5 и 6, первый - третий ключи 7-9, мультиплексор 10, счетчик 11, генератор 12 опор ной частоты, счетчик-делитель 13, формирователь 14 импульсов коррекции , схему 15 сравнени , функциональный преобразователь 16, генератор 17 тактов, первый 18 и второй 19 триггеры и временной селектор 20.

Функциональный преобразователь 16 содержит конденсатор 21, в цепи разр да которого последовательно с посто нным резистором 22 включен аналоговый ключ 23.

Число делителей напр жени  и соответствующих им ключей соответствует числу поддиапазонов измерени , на которые разбит весь диапазон измер емых температур.

Резистор 2 и эталонные делители напр жени  3.1 - З.п выполнены на термостабильных резисторах и отка- либрованы таким образом, что напр - женин, снимаемые с зтих делителей , равны по в еличине падению напр жени  на термопреобразователе I в граничных точках поддиапазонов измерени  температуры.

Эталонные делители напр жени  могут быть расположены в отдельно нормирующем блоке, подключаемом к остальным элементам устройства через разъем. Таким образом, каждому тер- мопреобразователю соответствует свой нормирующий блок, который работает в комплекте с любым устройством.

10

15

20 25

45 50

35

u(e)i-A

где А и В 47682J

Формирователь 14 импульсов коррекции содержит (фиг. 3) три инвертора 24, 25 и 26, две схемы И-НЕ 27 и 28, два -резистора 29 и 30 и два 5 диода 31 и 32. Выходные цепи формировател  совместно с емкостью 33 образуют интегратор.

Устройство работает следующим образом.

Температурна  характеристика полупроводникового термопреобразовател  в небольщом температурном интервале Может быть с высокой степенью точности представлена в виде , (1) посто нные коэффициенты, завис щие от свойств материала чувствительного элемента и конструкции полупроводникового термопреобразовател  сопротивлени  ;

ток, протекающий через термопреобразователь; основание натурального логарифма;

абсолютна  температура в К.

Температурна  характеристика термопреобразовател  может быть аппроксимирована на ограниченном участке экспоненциальным законом разр да . конденсатора, который имеет вид

U(-t)U, (2) где Uj, - напр жение на конденсаторе

в момент времени t - текущее врем ; L - посто нна  времени цепи разр да конденсатора. Практическа  погрещность от аппроксимации температурной характеристики и(б) в диапазоне 25°С экспонен30

I е0 40

циальным законом разр да конденсатора составл ет 0,15 С. Поэтому весь поддиапазон измер емых температур разбиваетс  на р д поддиапазонов, например , кратных 25 С, дл  чего беретс  соответствующее число эталонных делителей напр жени .

Устройство дл  измерени  температуры предусматривает выполнение последовательно трех режимов работы: поиска поддиапазона, автоматической коррекции и измерени .

В режиме поиска поддиапазона измерени  (график ТП на фиг, 2) сигналами с генератора 17 тактов происходит сброс по установочному входу счетчика 11 и по входу Е даетс  разрешение на заполнение его импульсами с генератора 12 опорной частоты. В этом же такте кана/ X мультиплексор ра 10 пропускает импульсы с выхода счетчика 1 1 на управл ющие входь ключей 4, 5 и 6. Ключи 4, 5 и 6 коммутируют посто нные уровни напр жений с эталонных делителей 3.1-3.3 на второ вход cxetJbi 15 сравнени . На первый вход схемы 15 сравнени  через ключ 7 который управл етс  сигналом ТП с выхода генератора 17 тактов, поступает посто нный уровень Up с термопреобразовател  1 . Таким образом, в реж ме поиска происходит последовательно сравнение уровней напр жени  с эталонных делителей с посто нным уровне напр жени  на термопреобразователе. Схема 15 сравнени  мен ет пол рность выходного сигнала (фиг. 2) в тот момент времени, когда на втором входе уровень посто нного напр жени  будет больше, чем на первом входе, В этот момент генератор 17 тактов по входу синхронизации Е закрывает доступ информации в счетчик 1 и на его выход формируетс  сигнал, соответствующий поддиапазону измерени , в котором находитс  измер ема  температура, гра- ницами которого  вл етс  напр жение с эталонных делителей 3.2 и-3.3.

Режим автоматической коррекции устройства происходит в такте контрол  (график Т2 на фиг. 2). В такте Т 1 по сигналу с выхода генератора 17 тактов замьжаетс  ключ 8, а по

сигналу с выхода-мультиплексора 10 - ключ .5. Начинаетс  зар д конденсатора; 21 функционального преобразовате- л  I6 через ключи 5 и 8 до напр жени  на эталонном делителе 3.2, Такт Т1  вл етс  подготовительным к режимам контрол  и измерени  и череду-- етс  с тактом поиска. По переднему фронту такта Т2 генератором 17 тактов вырабатываетс  сигнал сброса счетчика-делител  13 и триггеров 18 и 1.9. В этом же такте генератор 17 тактов открывает канал X мультиплексора 10, через который происходит з равление ключом 6. Ключ 6 замыкаетс , и на второй вход схемы 15 сравнени  подключаетс  эталонное напр жение с де- Лител  3.3, Емкость конденсатора 21 разр жаетс  через резистор 22 и замкнутый ключ 23 (фиг, 2). В момент времени t, когда напр жение на ем

5 10 15 20 25 зо

0 5 o 5

5

кости уменьшаетс  до значени  U-, равного напр жению на вьгходе делител  3.3, схема 15 сравнени  мен ет пол рность выходного сигнала (фиг. 2) и взводит триггер 18. В такте Т2 счетчик-делитель I3 заполн етс  импульсами с генератора 12 опорной частоты. По началу 256-го импульса сигналом с выхода счетчика 3 взводитс  триггер 19, Временные интервалы, вырабатываемые триггерами 18 и 19, обрабатываютс  в ; такте контрол  схемой формировател  14 импульсов коррекции (фиг. 3),

Временные интервалы, сформированные триггерами 18 и 19, должны быть равны. Если длительность временного интервала на выходе триггера 19 окажетс  больше временного интервала на выходе триггера 18, причиной чего  вл етс  воздействие на устройство дестабилизирующих факторов (климатические изменени  окружаюш,ей среды , изменение напр жени  источника питани  и т.д.), то блок 14 формирует положительный импульс, которым зар жаетс  емкость 33 (фиг. 3 б). При этом частота опорного генерато- ра, в частотно-задающей цепи которого стоит элемент, увеличивающий или уменьшающий частоту генератора в зависимости от величины напр жени , подаваемого на его управл ющий вход, увеличиваетс  до тех пор, пока временные интервалы на выходах триггеров 18 и 19 не сравн ютс . Если разность временных интервалов на выходах триггеров 18 и 19.будет положительной , то .блок 14 формирует отрицательный импульс (фиг, 3 в), емкость 33 разр жаетс  и частота опорного генератора уменьшаетс .

Измерение температуры происходит в такте измерени  (график ТИ на фиг. 2), Такт измерени  чередуетс  с тактом контрол . Последовательность всех операций, производимых функциональными блоками устройства в такте измерени  ТИ, така  же, как и в такте контрол , с той лишь разницей, что вместо эталонвого делител  напр хсе- ни  3.3 на второй вход схемы 15 сравнени  подключаетс  термопреобр азова- тель 1 сопротивлени . Сформированный временной интервал с выхода триггера 18 поступает на один из входов временного селектора 20, который в такте измерени  пропускает пачку импульсов . Количество импульсов в пачке ,, равное значению измер емой температуры , поступает в блок регистрации (не показан).

Генератор 17 тактов выполнен та- КИМ образом, что такт измерени  повтор етс  через 126 тактов контрол  а такт поиска - через 127 тактов Т1, Период повторени  тактов измерени  ограничен двум  критери ми. Нижн   граница периода повторени  такта измерени  ограничена минимально необходимым временем дл  автоматической коррекции устройства, а верхн   - временем смены показаний на цифровом табло регистратора, пе- риод смены информации на котором выбираетс  исход  из удобства визуального считывани  показаний.

Устройство наиболее целесообразно примен ть при использовании полупроводниковых термопреобразователей с отрицательным температурным коэффициентом ,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  температуры , содержащее термопреобразовател сопротивлени , первый вывод которого соединен с первым выводом источника посто нного напр жени , а второй вывод подключен к входу первого ключа и через посто нньй резистор подключе к второму выводу источника напр же- ни , соединённому с эталонными резис тивными делител ми напр жени , выход которых подключены к входам ключей делителей напр жени , схему сравнени  первый вход которой соединен с выхо- дом первого ключа, а выход подключен к первому входу первого триг.гера, выход которого соединен с первыми входами формировател  импульсов коррекции н временного селектора, второй вход которого подключен к вькоду

   генератора опорной частоты, управл ющий вход которого соединен через интегратор с выходом формировател  импульсов коррекции генератор тактов , выходы которого соответственно подключены к управл ющему входу первого ключа, второму входу первого триггера, управл ющему входу функцио- наль Ного преобразовател  и третьему, входу временного селектора, счетчик, отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  взаимозамен емости термопреобразователей без дополнительной настройки, устройства и снижени  точности измерени , в него введены два ключа, второй триггер, счетчик-делитель и мультиплексор, входы которого соединены с выходами генератора тактов и выходами счетчика , а выходы подключены к управл ющим входам ключей делителей напр жени  , выходдз которых через второй ключ соединены с выходом функционального преобразовател  и первым входом схемы сравнени , второй вход которой подключен к входу второго ключа и выходу третьего ключа, вход которого соединен с входом первого ключа, а управл ющий вход подключен к выходу генератора тактов, соединенному с управл ющим входом второго ключа и с установочными и синхрони- зирующрши входами счетчика и счетчика-делител , счетные входы которых подключены к выходу генератора опорной частоты, при этом выход схемы сравнени  соединен с входом генера- трра тактов, а выход счетчика делител  соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к второму входу первого триггера , а выход соединен с вторым входом формировател  импульсов коррекции , третий вход которого подключен к синхронизирзтощему входу счетчика-делител .