SU1278621A1 - Цифровой измеритель температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области температурных измерений, а именно к цифровым измерител м температуры в широком диапазоне ее изменени . Цель изобретени  состоит в повышении помехозащищенности и точности измерени  температуры в широком диапазоне. Измеритель содержит датчик температуры I,усилитель сигнала ошибки 2, состо щий из последовательно соединенных активного фильтра низкой частоты 3 и устройства гальванического разделени  4, компаратор знака 5, преобразователь напр жение-частота, реверсивный счетчик 7, индикатор 8, нелинейный цифроаналоговый преобразователь 9,состо щий из преобразовател  кода 10,широтно-импульсного модул тора I1,устройства гальванического разделени  12 и демодул тора 13. Введение новых элементов и образование новых св зей между элементами устройства позвол ет производить автоматическую коррекцию нелинейности датчика, подавление снижающих точность помех и компенсацию воздер1стви  температуры окружающей среды. 1 ил. сл 00 05 Ю

Description

Изобретение относитс  к области температурных измерений, а именно к цифровым измерител м температуры в широком диапазоне ее изменени  с кор рекцией нелинейности датчика, подавлением снижающих точность измерени  помех. Цель изобретени  - повышение поме хозащищенности и точности измерени  температуры в широком диапазоне. На чертеже изображено предлагаемо устройство. Устройство содержит датчик 1 температуры , усилитель ,2 сигнала ошибки состо щий из последовательно соеди- : ненных активного фильтра 3 низкой ча тоты и первого устройства 4 гальвани ческого разделени , компаратор 5 зна ка, преобразователь 6 напр жение частота (ПНЧ), реверсивный счетчик 7, индикатор 8, нелинейный .цифроана логовый преобразователь 9 (нелинейный ЦАП), состо щий из преобразовате л  10 кода, широтно-импульсного моду л тора 11, второго устройства 12 гал ванического разделени  и демодул тора 13. В устройство в цел х компенсации воздействи  температуры окружающей среды может быть введен компенсатор холодного спа  (не показан). Цифровой измеритель температуры работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика 1 темпера туры можно представить в виде Ui Ц где и - сигнал датчика 1 температуры относительно земли ; U, f, - сигнал, получаемый в результате преобразовани  измер емой температуры Т в напр жение; синфазна  помеха; дифференциальна  помеха. Так как демодул тор 13 нелинейно го 1УШ 9 гальванически разв зан с помощью второго устройства 12 гальванического разделени  от земли, то в контур, состо щий из выводов датчика температуры, входов активно го фильтра 3 низкой частоты и выходов демодул тора 13, демодул тор 13 не вносит никаких дополнительных сигналов, кроме его выходного напр  жени  UT соответствующего измерен ной температуре. А так как выводы датчика температуры и выводы регул тора 13 включены зстречно, то на входе активного фильтра 3 низкой частоты относительно земли присутствует разностный сигнал U : ,..т , UT-UT, Uj uU 4.U и,- - U-r где ди - сигнал ошибки измерени  температуры . Непосредственно между обоими входами активного фильтра 3 низкой частоты присутствует сигнал и ди т.е. без синфазной помехи U ра  наводитс  на оба входа активного фильтра 3 низкой частоты и относительно земли. А1:тивный фильтр 3 низкой частоты подавл ет переменный . сигнал и , позтому на выходе его от земли будет сигнал носительно К . ь и + и где Kg - коэффициент усилени  активного фильтра 3 низкой частоты. Этот сигнал поступает на вход первого устройства 4 гальванического разделени , которое подавл ет синфазную помеху , т.е. на выходе устройства 4 (а значит, и на выходе усилител  2 сигнала ошибки) будет усиленный сигнал ошибки измерени  &U Kg ли. (5) Этот сигнал подаетс  на компаратор 5 знака, где определ етс  его знак, т.к. пол рность, а также на ПНЧ 6, который вырабатыва.ет последовательность импульсов Ug, частота следовани  которых пропорциональна модулю (величине) сигнала ошибки, т.е. . f К, где Kf - коэффициент преобразовани  ( пропорциональности) ПНЧ. Последовательность импульсов Ug с частотой f поступает на реверсивный счетчик 7, на котором накапливаетс  число N-J., представленное в параллельном двоичном коде и  вл ющеес  величиной измеренной температуры. N . f , при C(t.U Ь 0) , при uUi 0(uU 0),, где Np начальное число; t - текуще врем , Если в выражение (7) подставить вьфажениЁ (6), то вьфажение (7) можно представить в виде No+K /ЬU/t,пpи&u5: 0(ьи ь 0),„, т Йо-К -/ьи-/1,при&и 0(с,и iO); Данное число N, представл ющее собо величину измеренной температуры в па раллельном коде, подаетс  на индикатор 8, с которого считываетс  резуль тат измерени , а на преобразователь 10 кода (вход нелинейного ЦДЛ 9).Пре образователь 10 осуществл ет преобра зование кода N-r , т.е. величины измеренной температуры (Т,) в код напр  жени  NJ, , при этом закон преобразова ни  идентичен закону, по которому да чик 1 температуры преобразует температуру в напр жение ((T), т.е. N, f(N) Код и,, необходимо преобразовать в на пр жение, которое должно быть гальва нически разв зано от земли. Дл  этого и служат блоки 12 и 13. Широтно-импульсный модул тор 11 преобразует код N в периодическую последовательность импульсов, днительность которых .пр мо пропорциональна коду NJ, , т.е. осуществл ет ши ротно-импульсную модул цию (ШИМ).Бло 12 осуществл ет гальваническое разделение как в цепи сигнала, так и по питанию демодул тора 13 При этом )разделение в цепи сигнала осуществл етс , за счет импульсного трансформатора , вход щего в состав блока 12, а разделение по питанию осуществл етс  так же, как и в блоке 14. Демодул тор 13 преобразует ШИМ-сигналы с выхода блока 12 в посто нное напр жение , которое пр мо пропорционально величине длительности импульсов , т.е. коду NP,. и, следовательно, коду N (измеренной тепмературе): - где Кц - коэффициент преобразовани  кода NU в напр жение. Описанное преобразование кода Мц в напр жение UTJ,. в отличие от обычны цифроаналоговых преобразователен (на базе интегральных ДАЙ) обеспечивает относительно малую величину дискретности выходного напр жени  UY ,что определ ет в конечном счете погрешность измерени . Из соотношений (10) и (8) следует, что приди О (т.е. и TT, ) происходит увеличение числа N|. и, следовательно, напр жени  -f , что в свою очередь приводит к уменьшению сигнала ошибки U. (См.формулу 3). Аналогично при ли с О происходит уменьшение числа NT,. Следовательно, напр жение U,соответствующее измер емой температуре, равно напр жению Uj ,соответствующее измеренной температуре, и ввиду идентичности законов преобразовани  в датчике 1 температуры и преобразователе 10 кода число N-p равно величине измер емой температуры. Датчик 1 температуры представл ет собой один из типов термопар. . Компенсатор холодных спаев может быть вьшолнен из термометра сопротивлени  и параллельно включенного к нему стабилизированного источника тока. При этом один его вход непосредственно соединен с одним из вькодов, а другой - через термометр сопротивлени . Активный фильтр 3 низкой частоты состоит из двух каскадов усилителей посто нного тока (с ограниченной полосой пропускани ), последовательно соединенных, причем первый каскад с учетом малого дрейфа входных токов может быть вьшолнен на основе операционного усилител  КМП817УД6, а второй каскад - КР544УД1А. Первое устройство 4 гальванического разделени  состоит из двух цепей гальванического разделени : цепь гальванического разделени  в цепи сигнала и цепь гальванического разделени  по питанию всего усилител  2 сигнала ошибки. Цепь гальванического разделени  в цепи сигнала состоит из модул тора , который производит широтно-им|пульсную модулйцию, первого импульсного трансформатора и демодул тора. Выход модул тора подключен к входной обмотке первого импульсного трансформатора , на который с модул тора поступают импульсы со скважностью, пропорциональной величине посто нного напр жени  на входе модул тора, вл 5127

ющимс  входом первого устрор1ства гальванического разделени .

Выходна  обмотка первого импульсного трансформатора подключена к входу демодул тора, который производит обратное преобразование. Выходом устройства гальванического разделени   вл етс  выход демодул тора,Цепь гальванического разделени  по питанию содержит преобразователь посто нного напр жени  в переменное,второй импульсный трансформатор и выпр митель . Выход преобразовател  посто нного напр лсени  в переменное подключен к входным обмоткам второго импульсного трансформатора, выходные обмотки которого соединены с входом выпр мител . Выход выпр мител  подключен к цеп м питани  всего усилител  2 сигнала ошибки.

Компаратор 5 знака представл ет собой интегральный компаратор ндпр жени  (например, К554САЗ).

Преобразователь 6 напр жение - чатота выполнен по известной схеме с периодическим инвертированием входного сигнала и состоит из входного инвертора (например, КР544УД1),управл емого двухканального переключател  (К561КП1), интегратора (КР544УД1) и компаратора (К554САЗ).

Реверсивный счетчик 7 содержит К последовательно включенных четырехразр дных реверсивных счетчиков (например, К561ИЕ11), где К |- (N число двоичных разр дов, необходимое дл  измерени  температуры с заданной точностью).

Индикатор состоит из последовательно соединенных преобразовател  двоичного кода в двоично-дес тичный (на основе интегральных двоичных счетчиков К651ИЕ11 и двоично-дес тичных К561ИЕ14), преобразовател  двоично-дес тичного кода в семисегментный код (напримерJ К176ИД2) токовых ключей (в качестве которых могут быть использованы транзисторы) и семисегментных светодиодных матриц (например , АЛС324Б).

Преобразователь 10 кода может быть вьтолнен в виде посто нного запоминающего устройства (например, К573РФ1), где входами  вл ютс  адреС ные входы, а выходами - выходы данных .

Широтно-импульсный модул тор 11 состоит из опорного генератора, счет чика-делител  опорной частоты (-на1 6

пример, К56ШЕ10), цифровой схемы сравнени  (например, К561Ш12), на которую подаетс  входной код и код со счетчика-делител  опорной частоты . На выходе цифровой схемы сравнени  ( вл ющимс  выходом широтно-импульсного модул тора) формируетс  периодическа  последовательность импульсов , длительность которых пр мо пропорциональна входному коду.

Второе устройство 12 гальванического разделени , аналогично первому устройству 4 гальванического разделени  и состоит из двух цепей гальванического разделени : цепь гальванического разделени  в цепи сигнала и цеп гальванического разделени  по питанию . Цепь гальванического разделени  в цепи сигнала представл ет собой импульсный трансформатор. Цепь гальванического разделени  по питанию полностью совпадает с цепью гальванического разделени  по питанию первого устройства 4 гальванического разделени , только в данном случае выходное посто нное напр жение  вл - етс  питающим дл  демодул тора 13,

Демодул тор 13 состоит из последовательного соединени  источника опорного напр жени , электронного ключа (например,, К561КТЗ) и фильтра низкой частоты, выход которого  вл етс  выходом демодул тора 13,Входом демодул тора 13  вл етс  управл ющийвход электронного ключа.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой измеритель температуры, содержащий датчик температуры, преобразователь напр жение - частота, реверсивный счетчик, нелинейный цифроаналоговый преобразователь, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и помехозащищенности за счет подавлени  дифференциальных и синфазных помех и коррекции нелинейности датчика , в него введены усилитель сигнала ошибки, состо щий из последовательно соединенньпс активного фильтра низкой частоты и первого блока гальванического разделени , компаратор знака и индикатор., а нелинейный цифрйаналоговый преобразователь вьшолнен в виде последовательно соединенных преобразовател  код - код, широтноимпульсного модул тора, второго блока гальванического разделени  и демоду712786218

   л тора, при этом первый выход демо-жение - частота, выход компаратора дул тора подключен к первому выводузнака подключен к управл ющему входу датчика температуры, второй выход де-преобразовател  напр жение - частота модул тора подключен к первому входуи к управл  ющему входу реверсивного активного фильтра низкой частоты,вто- 5счетчика, выход которого соединен с рой вход которого соединен с вторымвходом индикатора и входом преобразовыводом датчика температуры, а выходвател  код - код, выход преобрапервого блока гальванического разде-зоват л  напр жение - частота соелени  соединен с входом компараторадинен с входом реверсивного счетзнака и входом преобразовател  напр - чика.