SU1506298A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  температурных измерений и позвол ет повысить быстродействие устройства. Выходное напр жение усилител  2 посто нного тока, к входу которого подключен через термопреобразователь 1 сопротивлени  (ТС) и ключ 4 источник 5 опорного напр жени , подаетс  на первый вход компаратора 9, на второй вход которого поступает экспоненциально измен ющеес  напр жение с RC - цепи, состо щей из конденсатора 7 и резистора 8. В момент равенства напр жений по сигналу с выхода компаратора 9 ключ 13 разр жает конденсатор 7, что приводит к изменению состо ни  компаратора 9 и началу формировани  нового цикла экспоненциально мен ющегос  напр жени . Импульс с выхода компаратора 9 поступает через элемент И 14 на нулевой вход счетчика 15, устанавлива  его в нулевое состо ние, что вызывает изменение состо ни  дешифратора 16. По сигналу с выхода дешифратора 16 срабатывает ключ 4, включа  вместо ТС 1 образцовый резистор. После формировани  N -циклов экспоненциально мен ющегос  напр жени  по сигналу с дешифратора 16 вновь включаетс  ТС 1. Импульсный сигнал с выхода дешифратора 16, частота которого пропорциональна измер емой температуре, проходит через формирователь 19 результата измерени  и элемент И 18 на счетный вход счетчика 30, запоминаетс  в блоке 31 пам ти и отображаетс  цифровым индикатором 32. 2 п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к температуным измерени м, а именно к устройствам дл  измерени  температуры с помощью термопреобразователей с нели- нейной характеристикой о

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  устройствао

На фиг,1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг,. 2 - вре менные диаграммы выходных сигналов элементов устройства.

Устройство дл  измерени  температуры содержит термопреобразователь сопротивлени  (ТС) 1, усилитель пос- то нного тока (УПТ) 2, резистор 3 обратной св зи УПТ, первый ключ 4, источник 5 опорного напр жени , RS- цепь 6, состо щую из конденсатора 7 и резистора 8, компаратор 9, усили- тель 0 посто нного тока компаратора первый 11 и второй 12 резисторы компаратора , второй ключ 13, первый зле мент И 14, первый счетчик 15, дешифратор 16, дополнительный резистор 17 второй элемент И 18, формирователь 19 результата измерени , включающий третий элемент И 20, триггер 21,импульсный генератор 22, делитель 23 частоты, суммирующий счетчик 24,чет- вертый элемент И 25, реверсивный счетчик 26 с предварительной записью и элемент ИЛИ 27, инвертор 28, третий ключ 29, второй счетчик 30,блок 31 пам ти и цифровой индикатор 32

Устройство работает следующим образом ,,

В момент изменени  выходного сигнала дешифратора 16 с нулевого на единичный он, поступа  на управл ю- щий вход первого ключа 4, устанавливает его в такое положение, при котором от выхода источника 5 опорного напр жени  отключаетс  дополнитель- Hbrti резистор 17 и подключаетс  ТС 1 При этом напр жение на выходе УПТ 2 измен етс  скачком от значени  U, -U(RO/R до и; - -и,(Но/Нт),где и о - величина выходного напр жени  опорного источника 5; RO - величина сопротивлени  резистора обратной св зи УПТ 2; R - величина сопротивлени  дополнительного резистора 17; R - величииа сопротивлени  ТС 1.

Величина сопротивлени  ТС 1 из- мен етс  при изменении измер емой температуры по закону

ьп RT Ае ,

где А и В - посто нные коэффициенты; е - основание натурального

логарифма;

Т - величина измер емой температуры .

При этом выходное напр жение УПТ 2 (фиг.2, график 33) подаетс  на первый вход компаратора 9, на второй вход которого поступает напр жение Uj с выхода НС-цепи 6, представленное на фиг о 2 графиком 34, причем

Uj и„е

-f/C

С

R,

R 1

Ч + Rft

где t - текущее врем , прошедшее от начала генерировани  экспоненциального напр - женн ;

С - посто нна  RC-цепи 6; Rg,R,- величины сопротнвлений резисторов 8 и 12„

В момент равенства суммы токов i , и УН j и i протекающих через резисторы 11 и 12 компаратора 9, нулю или при R , R,, равенства и 1 + и 3 О на выходе операционного усилител  10 компаратора 9 по вл етс  скачок положительного напр жени , который поступает на управл ющий вход ключа 13„ Последний закорачивает обкладки конденсатора 7, который разр жаетс  через ключ 13. При этом вькодное напр жение НС-цепи 6 скачком устанавливаетс  в исходное состо ние IIj Up, в результате чего положительный сигнал на выходе компаратора 9 скачком уменьшаетс  до нул , что в свою очередь приводит к размыканию ключа 13 и начинаетс  новый цикл генерировани  экспоненциального напр жени , определ ющий начало формировани  временного интервала задержки При этом на выходе компаратора 9 в момент каждого его срабатывани  формируетс  импульс. Выходной сигнал компаратора 9 представлен на графике 35 (фиг.2), Первый временной интервал t, прошедший от начала генерировани  экспоненциального напр жени  до момента срабатывани  компаратора 9, определ емый из равенства

и 5 i о или - составл ет

UoH

Ае

й.-% 4 и.

в г

t, ..В1. „„.Ь.,

С:фг)рмнрпв 1ниы 1 на выходе компаратра 9 в момент f i o С1)аб;з гывани  импульс постугтает па один из входов первого элемента И 1 и, вследствие того, что на друт ом его выходе в это врем  присутствует разрешающий сигнал ло1-ической единицы с выхода дешифратора 16, он проходит на выход и далее на вход нулевого сброса пер- вого счетчика 15„ Импульсный сигнал на выходе элемента И 14 представлен на графике 36 ,

При этом сигнал на выходе дешифратора 16 (он представлен на графике 37) мен етс  с единичного на нулевой , поступает на управл юии-гй вход ключа 4 и устанавливает его в такое состо ние, при котором от выхода источника 5 опорного напр жени  отк- лючаетс  ТС 1 и подключаетс  дополнительный ретистор 17,что в свою очередь приводит к скачкообразному изменению напр жени  на выходе УПТ 2 от величины U, -IIpfRo/R) до II,

-njRo/R).

С этого момента начинаетс  процесс формировани  второго временного интервала - задержки tj

Врем  t , прогчедшее от момента начала генерировани  экспоненпиально го напр жени , определ емого предыдущим срабатыванием компаратора 9,до момента его нового срабатывани ,определ емого из равенства

R

Ное

-t,/R

О, составл ет

ГО и ГВСШМ заДП(ТМ фронтом ИЗМОТ(НСТ

соответстпукпцим образом е -о состо ние „ Так как при этом сигнал на выходе дешифратора 16 не измен етс , то очередной и последующие рипульс1)1 на выходе компаратора 9 Формируютс  с

t

In

JJL Н„

Так продолжаетс  до момента формировани  п-го импульса, счита  с момента нулевого сброса счетчика 15, Тое, с момента начала формировани  второго временного интервала задержки t. Этот импульс, поступа  на счетный вход первого счетчика 15,ус- танавл1гаает его выходы в такое состо ние , при котором сигнап на выходе дешифратора мен етс  с нулевого оп ть на единичный. При этом ключ 4 вновь отключает выход источника 5 опорного напр жени  от вывода дополнительного резистора 17 и подключает к нему вывод термопреобразовател  1 о В этот момент времени заканчиваетс  формирование второго времен1гого интервала t длительностью

tint j

т In .

Палее работа устройства аналогич

В результате на выходе дешифратора 16 формируетс  перва  импульсна  последовательность с длительностью импульсов t и с периодом t, опрспол емым выражением

ч

-1 R 9

1п ,

сформированный на выходе компаратора 9 импульс, вследствие блокировки входа элемента И 14, соединенного с выходом дешифратора 16, присутствующим на нем сигналом нулевого уровн , не проходит на вход нулевого сброса счетчика 15, поступа  на счетный вход последнего, измен ет по своему заднему фронту соответствующим образом его состо ние. Так как при этом выходной сигнал дешифратора 16 измен етс , сформированный на выходе компаратора 9 импульс, вследствие блокировки входа элемента И 14 по входу, соединенному с выходом дешифратора 16, присутствующим на нем нулевым сигналом, не проходит на вход нулевого сброса счетчика 15, а поступает на счетный вход последнеt - t, + t, -IL V In

RO

A

40

+ .

При

n

In

тота f первого импульсного сигнала на выходе деш-ифратора 16 определ етс  выражением f 1/t , , пр мо пропорциональна измер емой температуре. Дл  получени  пр мого цифрового отсчета измер емой температуры импульсный сигнал с выхода дешифратора 16 подаетс  через формирователь 19 и элемент И 18 на второй счетчик 30, состо ние которого через блок пам ти выводитс  на цифровой индикатор 32,

Первый импульс выходного сиг нала дешифратора 16, поступа  на С-вход

триггера 21, состо ние его пр мого и инверсного выходов, временные диаграммы сигналов на которых представлены соответственно на графи ках 38 и 39, на инверсные по каждо- му переднему фронту единичного импульса .

Выходной сигнал инверс1юго выхода триггера 21, поступа  на один из вхо дов элемента И 20, на период первого импульсного сигнала блокирует другой его вход, соединенный с выходом дешифратора 16. В результате на выход элемента И 20 проходит каждый четный импульс первого импульсного сигнал.л.

Сигнал с пр мого выхода триггера 21, поступа  на нулевые входы делител  23 частоты и суммирующего счетчика 24, устанавливает их по своему переднему фронту в исходное нулевое состо ние о По окончании этого фронта делитель 23 частоты и счетчик 2А начинают работать при поступлении импульсов на их счетные входы с ис- ходного состо ни . При этом на пыход делител  23 частоты формируетс  импульсный сигнал с частотой f, определ емой выражением f Д fo - частота импульсного генератора 22; Кд- коэффициент делени  делител  23 частоты, или при К„ «икс ) - ,oikc Импульсы с выхода делител  23 проход т через элемент И 2 в течение периода t первого импульсного сигнала, когда на пр мом выходе триггера 19, соединенного с другим выходом элемента И 25, присутствует сигнал логической единицы. При этом с выхода элемента И 25 на счетный вход счетчика 24 за этот период поступает m импульсов, где m fat, или с учетом t /f, где f - частота первого импульсного сигнала, в счетчике 24 в момент окончани  это- го периода оказываетс  записанным число N . . В этот момент времени на вход записи реверсивного счетчика 26 с выхода элемента И 20, временна  диаграмма сигнала на кото- ром представлена на графике 40, через один из входов элемента ИЛИ 27 поступает четный единичный импульс с выхода дешифратора 16, который пе- реписьгаает информацию, присутствую- щую на выходах счетчика 24, в реверсивный счетчик 26 по его входам начальной установки и блокирует его вычитающий ВХОДс

В MOMRIIT окончани  этот о импульса в реверси н(Ж счетчике 76 оказываетс  записанным число N (.ц и счетчик начинает работать в режиме вычитани  Через врем  t,, определ емое из равенства о - Nj. , происходит обнуление реверсивного счетчика 26, Импульс с выхода нул  реверсивного счетчика 26, поступа  через другой вход элемента ИЛИ 27 на его вход и далее на вход записи реверсивного счетчика 26, временна  диаграмма сигнала которого представлена на графике 41, вновь переписывает информацию с выхода счетчика 24 в реверсивный счетчик 26, а так как эта информаци  в течение всего четного периода пер- 1вого импульсного сигнала остаетс  неизменной, то следующий импульс на выходе нул  реверсивного счетчика 26 оп ть по вл етс  через врем  Таким образом, на выходе нул  реверсивного счетчика 26,  вл ющемс  выходом умножител  частоты,формируетс  втора  импульсна  последовательность с периодом t ч( N/ fj,,TaK как N с f 9 t и g , то t , f, t/T,,-f. ,, , в .с. меньше периода первой импульсной последовательности или с частотой f , 1/t V, .акс t превышающей величину частоты первого импульсного- сигнала в Т „кс раз. При этом значение периода выходного сигнала умножител  частоты не зависит от частоты импульсного генератора 22, поэтому нестабильность частоты генератора 22 не вызывает погрерпюс- ти при делении периода первой импульсной последовательности Сигнал на управл ющем входе ключа 29,поступающий с инверсного выхода триггера , имеет единичное значение в четном периоде первого импульсного сигнала о Благодар  этому на выход ключа ,29 проходит четный проинвертиро- ванный инвертором 28 импульс с выхода дешифратора 16 длительностью ti (временна  диаграмма сигнала на выходе инвертора 28 представлена на графике 42),

Единичный импульс с выхода ключа 29, временна  диаграмма сигнала на выходе KOTOpoi o представлена на графике 43, поступает на Hyjiapoii вход счетчика 30, перодним фронтом устанавливает последни в игхопние нулевое сост(5 нмс и, постучал чр первый

вход элемента И 18, разрешает прохождение второго импульсного сигнала на счетный вход счетчика 30 По окончании этого импульса в счетчик 30 оказываетс  записанным код N tj

- .

f.

соответствующий

количеству импульсов второго импульсного сигнала за второй временной ин- тервал t.

При этом задний фронт этого импульса , поступа  на вход записи блока 31 пам ти, переписывает информацию с информационных выходов счетчи- ка 30 в блок 31 пам ти На этом цикл измерени  температуры заканчиваетс , а результат измерени  N отображаетс  на индикаторе 3.. Так

t ,, t/T

«nut

В/Т-Т

In

R/y 151 J в д--ffi

- - М М 1

N. (T.«KC-,V)T----)

Устройство работоспособно ив том

случае, когда выход инвертора 28 непосредственно соединен с первым входом второго элемента И 18 В этом случае формирование результата измере- -ни  формирователем 19 осуществл етс  в каждом периоде первого импульсного сигнала Но, так как результат измерени  может изменитьс  только через один период первого импульсного сиг- 35 нала, такой режим работы нецелесообразен .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   1, Устройство дл  измерени  температуры , содержащее источник опорного напр жени , первый вывод которого подключен к первому вьшоду конденсатора ЕС-цепи и к подвижному контакту первого ключа, два неподвижных контакта которого соединены соответственно через термопреобразователь соп

   5

   0

   5

   5

   0

   5

   ротивлени  и дополнительный резистор с инвертирующим входом операционного усилител  с резистором в цепи обратной св зи, выход которого подключен к первому входу компаратора, а неинвертирующий вход соединен с шиной нулевого потенциала, соединенной с вторым выводом источника опорного напр жени  и первым выводом резистора КП- цепи, и подключен ко второму входу компаратора, выход которого подключен к управл ющему входу второго ключа , включенного параллельно конденсатору , первый счетчик, выход которого соединен с входом деш1тфратора, а вход установки нул  подключен к выходу первого элемента И, первый вход которого соединен со счетным входом первого счетчика и выходом компаратора, а второй вход подключен к выходу дешифратора , соединенного с управл ющим входом первого ключа, блок пам ти , выход которого подключен к входу цифрового индикатора, информационные входы соединены с выходами второго счетчика, а вход записи соединен с входом установки нул  второго счетчика и первым входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  устройства, в него ввс дены инвертор и формирователь результата измерени , вход ко- торсп о соединен с входом инвертора и выходом дешифратора, а имход подключен к второму входу второго элемента Н, при этом выход инвертора соединен с первым входом второго элемента И

   2„ Устройство по п,I, о т л и - чающеес  тем, что выход инвертора соединен с первым входом второго элемента И через третий ключ, управл ющий вход которого соединен с дополнительным выходом формировател  результата изнерени .

   JJ

   J

   t

   t 1

   Щ

   l|IIIIIIHillllllimillllHIIIIIlll

   tL

   i-1

   сриг.2