SU1583757A1

SU1583757A1 - Цифровой измеритель температуры

Info

Publication number: SU1583757A1
Application number: SU884437350A
Authority: SU
Inventors: Александр Иванович Щелканов
Original assignee: Предприятие П/Я М-5727
Priority date: 1988-06-06
Filing date: 1988-06-06
Publication date: 1990-08-07

Abstract

Изобретение относитс к области температурных измерений и позвол ет повысить точность измерени в услови х высокого уровн промышленных помех. Сигнал от термопреобразовател 1 поступает через аналоговые ключи 13,2,6, конденсатор 9, нормирующий усилитель 4 на входы аналого-цифрового преобразовател 14. Линеаризаци характеристики термопреобразовател , коррекции аддитивной погрешности осуществл етс с помощью счетчика 15, посто нного запоминающего устройства 16, цифроаналогового преобразовател 5, источника 17 опорного напр жени и аналоговых ключей 3,7,8,10,11,12, управл емых сигналами с блока 18 управлени . Результат измерени формируетс в блоке 18 управлени . 3 ил.

Description

Изобретение относитс к области температурных измерений, а именно к цифровым измерительным приборам с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей с индивидуальной градуировочной характеристикой, обусловленной технологическим разбросом при изготовлении.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений в услови х высокого уровн помех.

На фиг. 1 представлена функциональна схема измерител ; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие работу цифрового измерител ; на фиг.З - схема блока управлени .

Цифровой измеритель температуры содержит термопреобразователь 1, первый аналоговый ключ 2, второй аналоговый ключ 3, нормирующий усилитель 4, цифроанало- говый преобразователь (ЦАП) 5, третий аналоговый ключ 6, четвертый аналоговый ключ 7, п тый аналоговый ключ 8, конденсатор 9, шестой аналоговый ключ 10, седьмой аналоговый ключ 11, восьмой аналоговый ключ 12, дев тый аналоговый ключ 13, аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 14, счег- чик 15, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, источник 17 опорного напр жени и блок 18 управлени .

Блок 18 управлени содержит (фиг.2) генератор 19 тактсвых импульсов (ГТИ), генератор 20 цикла измерени (ГЦИ), формирователь 21 интервала времени (to, 11) такта коррекции, формирователь 22 интервала времени (ti, ta) первого такта интегрировани , триггер 23 управлени вторым тактом интегрировани , триггер 24 определени знака разности сигнала U (в) -- U (©о) , реверсивный счетчик 25 результата измерени , буферный регистр 26, логические элементы 2И 27 - 31. логические элементы НЕ 32 и 33, дифференцир/- ющие цепи 34 - 36, логические элементы 2ИЛ И 38-40 и логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 41.

АЦП 14 выполнен по схеме двухтактного интегрировани с коррекцией смеа(ени нул . На выходе АЦП 14 формируетс сигнал , информативным параметром которого вл етс интервал времени (длительность второго такта интегрировани ).

Усилитель 4 имеет дифференциальные вход и выход.

Период следовани импульсов ГЦИ 20 блока управлени выбираетс кратным периоду промышленной или бортовой сети.

Частота ГТИ 19 блока управлени определ етс погрешностью дискретности преобразовани , длительностью второго такта

интегрировани и длиной диапазона измерени .

Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.

В момент времени о(дл простоты анализа совпадающий с по влением импульса на выходе ГЦИ 20) формирователи 21 и 22, триггер 23, счетчик 25 (фиг.З) и счетчик 15 (фиг.1) устанавливаютс в нулевое состо ние . Первый (условно) тактовый импульс с выхода ГТИ 19запускаетформирователь21, в результате чего на его выходе по вл етс уровень Лог. 1, который подаетс на управл ющие входы-аналоговых ключей 7, 8.

11 и 13 и аналогового ключа (не показан) цепи коррекции смещени нул , наход щегос в АЦП 14.

Дальнейшее рассмотрение работы устройства предполагает соответствие Лог. 1

на управл ющем входе аналогового ключа открытому состо нию ключа.

Входное напр жение нормирующего усилител 4 при открытых ключах 11 и 13 равно нулю и в АЦП 14 производитс коррекци его аддитманой погрешности с учетом напр жени смещени нул усилител 4.

Счетчик 15, наход а ийс в нулевом состо нии , обеспечивает выборку из ПЗУ 16

двоичного числа No, которое определ ет выходное напр жение ЦАП 5. Через открытые аналоговые ключи 7 и 8 конденсатор 9 зар дитс до напр жени Uc, равного выходному напр жению термопреобраэовател 1 в

начальной точке диапазона измерени , определ емого выражением

Uc

2П

0

5

0

5

где Do напр жение на выходе источника Г/ опорного напр жени ;

п -значение разр дности ЦАП 5;

No - дес тичный эквивалент двоичного числа No по нулевому адресу ПЗУ 16.

В момент времени ti на выходе формировател ,по витс Лог. О, согласно которому аналоговые ключи 7, 8, 11 и 13 закроютс , а АЦП 14 перейдет в режим интегрировани . Перепад логических уровней на выходе формировател 21, воздейству на вход разрешени V формировател 22, вызовет по вление Лог, 1 на его выходе, согласно которой откроютс ключи 2, 3 и 6. При этом на входе усилител 4 будет иметь место разность напр жений U (©) -U (©о), где U (©о) напр жение с выхода термопреобразовател 1, а напр жение на выходе интегратора станет линейно измен йс , К моменту времени t2 приращение напр жени на выходе интегратора будет определ тьс выражением вида

UMHTI т / (U (в) - U (0o)dt

ч

К U (Э) - U (0о)

t2-ti

пад уровней, который через элемент 2ИЛИ 40 поступит на счетный вход счетчика 15, который, изменив состо ние, обеспечит выборку из ПЗУ 16 двоичного числа N2, что приведет к изменению значени напр жени на выходе ЦАП 5. Напр жение на выходе интегратора АЛ Ц 14 в момент времени Т2.1 будет равно

где К - коэффициент усилени усилител 4;

г - посто нна времени интегрировани АЦП 14;

(t2 - ti) - длительность первого такта интегрировани .

Перепад логических уровней на выходе формировател 21 в момент времени ti установит счетчик 25 результата в состо ние, соответствующее кодовой комбинации на входах установки счетчика.

В момент времени t2 выход формиро- вател 22 устанавливаетс в состо ние Лог. 1, аналоговые ключи 2.3 и 6 закроютс , перепад логических уровней на выходе формировател 22 через инвертор 32 переключит триггер 23 в единичное состо ние (на входе D триггера посто нно присутствует Лог. 1), при котором единичный сигнал с его выхода поступает на первые входы элементов 2И 27 - 30 управлени ключами 10- 13.

Рассмотрим работу триггера 24 определени знака разности U (0) - U (0o). Пусть разность U (0) - U (0o) 0. Тогда в соответствии с представл емым графическим материалом к моменту времени т.2 на выходе компаратора АЦП 14 будет сформирован низкий уровень напр жени , соответствующий Лог. О. Перепад логических уровней на пр мом выходе триггера 23 установит пр мой выход триггера 24 в состо- ние Лог. О, при этом открываютс аналоговые ключи 11 и 12; напр жение на входах усилител 4 измен ет пол рность, а изменение состо ни счетчика 15, вызванное прохождением перепада напр жени с пр мого выхода триггера 23 через дифференцирующую цепь на счетный вход, обусловливает выборку двоичного числа NI на цифровые входы ЦАП 5 из ПЗУ 16 по первому адресу. Таким образом, в момент време- ни t2 напр жение на входах усилител 4 измен ет свои значение и знак.

Этим же перепадом уровней разрешаетс поступление импульсов с выхода ГТИ 19 через элемент 2И 31 на счетный вход С счетчика 25 результата, а Лог. Г на инверсном выходе триггера 24 обеспечивает пр мой счет импульсов.

В момент времени t2.i на одном из выходов счетчика результата по витс пере/21Ц0

J

122

N

dt

UHHT.I у

К Lb-N 2п

(tii-ta), (3)

где NI -дес тичный эквивалент двоичного числа NI.

Пусть (t2.i - 12) AT. Тогда в момент времени t2.i + AT на счетчик 15 поступит следующий импульс, напр жение на выходе ЦАП 5 изменит свою величину, а напр жение на выходе интегратора будет определ тьс выражением вида

иинт2.2 UHHT.I -f

К UbNi

2n

ДТК . Lb г 2П

-Ј..

(«)

где N2 - дес тичный эквивалент двоичного числа N2.

Процесс выборки чисел NI из ПЗУ 16 идет из массива пам ти, признаком которого вл етс наличие Лог. О на дополнительном входе ПЗУ 16 (дл положительных значений разности , U (0) - U (©о).

В случае U (0) - U (0о) 0 напр жение на выходе интегратора в момент времени 12 будет положительным, а состо ние на выходе компаратора будет соответствовать Лог. 1. Перепад уровней на выходе триггера 23 обеспечит установку пр мого выхода триггера 24 в состо ние Лог. 1, при этом открываютс аналоговые ключи 10 и 13; знак напр жени на входах усилител 4 будет противоположен знаку разности напр жений U (0) - U (©о). Процесс выборки чисел из ПЗУ 16 идет аналогично описанному за исключением того, что выборка идет из массива пам ти, признаком которого вл етс наличие Лог. 1 на дополнительном адресном входе ПЗУ 16 (дл отрицательных значений разности U (0) - U (0o)).

Дл момента времени t2i 12 + AT- i справедливо выражение

I I

UHHT2.I UnHTl - Y -Ј AT 2N (5)

21

где NI - дес тичный эквивалент двоичного числа NI по -му адресу ПЗУ 16.

В момент времени ta 12 + AT- m (анализ ведетс дл значений измер емой температуры , пропорциональных шагу кусочно-линейной аппроксимации

-г-д - const при I т) выражение будет

равно нулю,

Компаратор АЦП 14 изменит свое состо ние на противоположное, на входах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 41 будет 15 иметь место неравнозначность логических уровней, что вызовет переход выхода данного элемента в состо ние Лог. 1. Этот перепад логических уровней дифференцируетс дифференцирующей цепью 35 и че- уп рез элемент ИЛИ 37 поступит на вход R триггера 23, пр мой выход которого установитс в состо ние Лог, 0. Аналоговые ключи , наход щиес в открытом состо нии, закроютс , а перепад логических уровней 25 на инверсном выходе триггера 23 через дифференцирующую цепь 34 поступит на вход записи С регистра 26, где результат измерени хранитс до окончани следующего цикла измерени .од

Дл того, чтобы результат измерени был бы пр мо пропорционален измер мой температуре, необходимо соответствие чисел No , NI системе уравнений

Ю длины диапазона измерени к числу участков (числу чисел NI),

Claims

Формула изобретени

(0;

Uo

. i.

(ео-ио,-,),

где Ti - длительность первого такта интегрировани (t2 - ti);

ДТ- длительность шага кусочно-линейной аппроксимации А в;;

0| - дискретные значени измер емой температуры по диапазону измерени с шагом А®, ,1 1т.

Результат измерени дл значений тем- CQ пературы, кратных шагу кусочно-линейной аппроксимации А©, определ етс формулой

в

|1

Ав

в+slgn ((U (в)-и (во)) у (13 -12).

(7)

где cb число, которое записываетс в счетчик результата СТ10 в момент времени ti;

Цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь, нормирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, посто нное запоминающее устройство, адресные входы которого соединены с выходом счетчика, а выходы подключены к цифровым входам цифроана- логового преобразовател , блок управлени , выходы которого соединены с управл ющими входами счетчика и аналого- цифрового преобразовател , отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени в услови х высокого уровн помех, в него введены дев ть аналоговых ключей, источник опорного напр жени и конденсатор, первый вывод которого соединен через первый и второй аналоговые ключи с первым выводом термопреобразовател сопротивлени и общей шиной цифрового измерител температуры соот35 ветственно, а второй вывод конденсатора через третий и четвертый ключи соединен с инвертирующим входом нормирующего усилител и аналоговым выходом цифроаналого- вого преобразовател соответственно, (6) 40 опорный вход цйфроаналогового преобразовател соединен с первым выводом источника опорного напр жени , второй вывод которого подключен к общей шине, соединенной через п тый и шестой аналоговые ключи с неинвертирующим и инвертирующим входами нормирующего усилител , соединенными через седьмой и восьмой аналоговые ключи с аналоговым выходом цйфроаналогового преобразовател , при этом выходы нормирующего усилител подключены к входам аналого-цифрового преобразовател , неинвертирующий вход нормирующего усилител соединен через дев тый аналоговый ключ с вторым выводом термопреобразовател , а

55 управл ющие входы всех аналоговых ключей и посто нного запоминающего устройства соединены, с соответствующими выходами блока управлени .

45

sing (U (в) - U (во)) - функци знака разности (U (в) - U (в о)), равна : +1 - дл положительных значений разности; -1 - дл отрицательных значений разности; 0 дл нулевого значени разности.

В точках диапазона измерени , лежащих между узлами кусочно-линейной аппроксимации , будет иметь место погрешность аппроксимации , пропорциональна отношению

длины диапазона измерени к числу участков (числу чисел NI),

Формула изобретени