SU1589080A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к термометрии и позвол ет повысить точность измерени  при одновременном расширении диапазона измер емых температур. Работа устройства осуществл етс  в три такта. В течение первого и второго тактов проводитс  самоблокировка устройства. В третьем такте коммутатор 3 подключает к блоку 4 коррекции термопреобразователь 1. За счет действи  отрицательной обратной св зи, охватывающей компаратор 8 через ключ 9, напр жение на запоминающем конденсаторе 10 в первом такте устанавливаетс  равным выходному напр жению логарифматора. При последующих тактах ключ 9 разомкнут и за счет большого входного сопротивлени  компаратора 8 напр жение на конденсаторе 10 остаетс  неизменным, что обеспечивает вычитание из входного сигнала компаратора 8 посто нной составл ющей термометрического параметра и аддитивной погрешности измерени . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к термометрии, а именно к устройствам дл  измерени  температуры с полупроводниковыми терморезисторами в качестве первичных измерительных преобразователей, и может быть использовано при построении электронных термометров с самокалибровкой и функциональным преобразованием нелинейности термометрической характеристики термопреобразовател , коррекцией температурных

ных последовательно. Такое включение обеспечивает посто нство мощности нагрева термопреобразовател  I измерительным током .

Выход схемы 6 логарифмировани  подключен к неинвертирующему входу компаратора 8, инвертирующий вход которого через первый запоминающий конденсатор 10 соединен с выходом ЦАП 15 и входом резистивного делител  12. Конденсатор 10

изменений посто нной материала термо- Ю зар жаетс  при замыкании первого ключа преобразовател  и стабилизацией мощности 9, соедин ющего выход и инвертирующий его разогрева измеритетьным током.

Целью изобретени   вл етс  повышение

вход компаратора 8.

Выход компаратора 8 через второй ключ 11 соединен с инвертирующим входом дифточности измерени  при одновременном

Выход компаратора 8 через второй ключ 11 соединен с инвертирующим входом дифрасщирении диапазона измер емых темпе- g ференциального усилител  13, в обратной

ратур.св зи которого включен второй запоминаюВ устройстве дл  измерени  температурыщий конденсатор 14., Выход усилител  13

компенсаци  посто нной составл ющей тер-подключен к аналоговому входу умножаюмометрического параметра, аддитивной ищего ЦАП 15, а инвертирующий вход - к вымультипликативной составл ющих погрещ- ности звеньев, вход щих в устройство, так- 20 . же как и линеаризаци  термометрической характеристики, осуществл етс  в аналоговом виде, т.е. полностью используетс  динамический диапазон ЦАП, разр дность которого определ етс  только требуемой ,,р- разр дностью кода измер емой температуры. Стабилизируетс  мощность нагрева термопреобразовател  измерительным током, причем схема логарифмировани , примен ема  в цепи стабилизации мощности, используходу резистивного делител  12.

Выход компаратора 8 подключен также к входу схемы 20 совпадений, второй вход которой подключен к выходу генератора 19 счетных импульсов, а выход - к счетному входу счетчика 21.

Выход счетчика 21 соединен с входами отсчетного устройства 22 и мультиплексора 16, входы которого соединены также с выходами источников кодов первой 17 и второй 18 опорных температур, обеспечивающими подачу на входы мультиплексора лоных последовательно. Такое включение обеспечивает посто нство мощности нагрева термопреобразовател  I измерительным током .

Выход схемы 6 логарифмировани  подключен к неинвертирующему входу компаратора 8, инвертирующий вход которого через первый запоминающий конденсатор 10 соединен с выходом ЦАП 15 и входом резистивного делител  12. Конденсатор 10

зар жаетс  при замыкании первого ключа 9, соедин ющего выход и инвертирующий

зар жаетс  при замыкании первого ключа 9, соедин ющего выход и инвертирующий

вход компаратора 8.

Выход компаратора 8 через второй ключ 11 соединен с инвертирующим входом диф ференциального усилител  13, в обратной

ходу резистивного делител  12.

Выход компаратора 8 подключен также к входу схемы 20 совпадений, второй вход которой подключен к выходу генератора 19 счетных импульсов, а выход - к счетному входу счетчика 21.

Выход счетчика 21 соединен с входами отсчетного устройства 22 и мультиплексора 16, входы которого соединены также с выходами источников кодов первой 17 и второй 18 опорных температур, обеспечивающими подачу на входы мультиплексора ло

етс  одновременно и дл  линеаризации тер- зо гических уровней напр жени  в соответстмометрической характеристики, что обеспечивает упрощение устройства. Обеспечиваетс  коррекци  температурных изменений посто нной материала термопреобразовател , что повышает точность линеаризации термометрической характеристики. 35

На чертеже представлена структурна  схема устройства дл  измерени  температуры .

Устройство содержит термопреобразователь 1, полупроводниковый терморезисвии с двоичным (или двоично-дес тичным в зависимости от вида примен емого кода) представлением кодов опорных температур. Выход мультиплексора 16 подключен к цифровому входу ЦАЦ 15.

Управл ющие входы комммутатора 3, первого 9 и второго 11 ключей, мультиплексора 16 и установочный вход счетчика 21 подключены к соответствующим выходам блока 23 управлени .

В устройстве применена экспоненциальLJ 1-1 1 v. J , I Ч ,i 1 ri l vj u iJJLri1 .,lJivi 1 ij vo /iv,

тор, блок 2 образцовых резисторов, комму-на  аппроксимаци  термометрической хататор 3, блок 4 коррекции, гиперболическийрактеристики термопреобразовател  вида

преобразователь 5, схему 6 логарифмиро-R(T) (To)exp{B/ Y- E/To)/

вани , схему 7 антилогарифмировани , компаратор 8, первый ключ 9, первый запоминающий конденсатор 10, второй ключ 11, 45 резистивный делитель 12, дифференциальный усилитель 13, второй запоминающий конденсатор 14, цифроакалоговый преобразователь (ЦАЦ) 15, мультиплексор 16, источники 17 и -18 кодов первой и второй опорных температур, генератор 19 импуль- 50 сов, схему 20 совпадени , счетчик 21, отсчет- н е устройство 22 и блок 23 управлени . Термопреобразовате ь 1 и резисторы бло- .а 2 образцовых резисторов через комму- гатор 3 и блок 4 коррекции включены в цепь

/t/Cf(To)exp(B/T B/T«-)3, .(1)

где/(Т ) - сопротивление термопреобразовател  при температуре Т;

/(То) - сопротивление .термопреобразовател  при начальной температуре;

Rg - посто нное добавочное сопротивление;

Rui - посто нное щунтирующее сопротивление;

В -посто нна  материала термопреобразовател ;

Т -абсолютна  температура.

Введение добавочного и щунтирующего

обратной св зи функционального гипербо- 55 сопротивлений позвол ет учесть температурлического преобразовател  5 - между выходом схемы 7 аптилогарифмировани  и входом схемы 6 логарифмировани , соединенные изменени  посто нной материала термопреобразовател  и повысить точность аппроксимации .

вии с двоичным (или двоично-дес тичным в зависимости от вида примен емого кода) представлением кодов опорных температур. Выход мультиплексора 16 подключен к цифровому входу ЦАЦ 15.

Управл ющие входы комммутатора 3, первого 9 и второго 11 ключей, мультиплексора 16 и установочный вход счетчика 21 подключены к соответствующим выходам блока 23 управлени .

В устройстве применена экспоненциальна  аппроксимаци  термометрической хаR (T) (To)exp{B/ Y- E/To)/

/t/Cf(To)exp(B/T B/T«-)3, .(1)

где/(Т ) - сопротивление термопреобразовател  при температуре Т;

/(То) - сопротивление .термопреобразовател  при начальной температуре;

Rg - посто нное добавочное сопротивление;

Rui - посто нное щунтирующее сопротивление;

В -посто нна  материала термопреобразовател ;

Т -абсолютна  температура.

Введение добавочного и щунтирующего

сопротивлений позвол ет учесть температурные изменени  посто нной материала термопреобразовател  и повысить точность аппроксимации .

Термопреобразователь 1 через коммутатор 3 подключен к блоку 4 коррекции, осуществл ющему преобразование характеристики (1) к более простому виду

/,(Т)/(То)ехр(В;/Г-В/Т„),(2)

где (Т) - эквивалентное сопротивление блока 4 коррекции с подключенным к нему термопреобразователем 1. Функцию преобразовани  гиперболичесрез замкнутый ключ 9, напр жение на запоминающем конденсаторе 10 в течение первого такта устанавливаетс  равным выходному напр жению логарифматора. При этом учтено то, что и .

При последующих тактах ключ 9 разомкнут и за счет больщого входного сопротивлени  компаратора 8 напр жение на конденсаторе 10 остаетс  неизменным, вкЛ ючен- ным последовательно с инвертирующим вхоИУ1 I ИИСиииЛИЧСС- J - ..-- t1

кого-„ре„аразо,..  5 „ож„о выразить Ю K apio pT

/I(3)посто нной составл ющей термометричес ,деР„1 посто нный коэффициент, имеющий кого параметра и аддитивной составл юразмерность мощности;Щей погрещности измерени .

/ - входной ток схемы 6 логарифми- - ровани .

При этом мощность, подводима  к термопреобразователю 1,

P. .(4)

не зависит от его сопротивлени  и, следовательно от температуры (при выводе учтено, 20 что /()% / (Т) С/,о).

Дл  более полного использовани  дина

На врем  второго такта самокалибровки замыкаетс  ключ 11, и мультиплексор 16 подключает к входу ЦАП 15 выходной код 2 источника 18 кода второй опорной температуры 2мического диапазона ЦАП в устройстве осуществл етс  преобразование в цифровой код приращени  t температуры термо- 25 преобразовате„1  относительно начальной температуры Ъ диапазона измер емых температур .

Дл  устранени  зависимости результата измерени  от неконтролиуемых параметров

За счет действи  отрицательной обратной св зи, охватывающей компаратор 8 по цепи: ключ 11, усилитель 13, ЦАП 15, конденсатор 10, напр жение на конденсаторе 14 устанавливаетс  таким, чтобы обеспечивалось равенство напр жений на входах компаратора 8.

В течение третьего такта ключ 11 разомкнут и за счет больщого входного сопротив- лени  усилител  13 напр жение на конденг„ --„ сатопе 14 остаетс  неизменным, что обеспеW и V. работа устройства осуществл етс  ЗО Р запоминание крутизны преобразовани  и компенсацию мультипликативной погрешности измерени .

В течение третьего такта осуществл етс 

в три такта.

В течение первого и второго тактов проводитс  самокалибровка устройства, дл  чего коммутатор 3 подключает к входу блока 4 коррекции один из резисторов блока 2 образцовых резисторов с сопротивлени ми, равными сопротивлению термопреобразовател  1 соответственно при первой Ti второй Т2 опорных температурах, лежащих в диапазоне измер емых температур. Выбор значений опорных температур основан на следующем . Перва  опорна  температура выбираетс  равной начальной температуре диапазона измер емых температур, что обеспечивает выполнение самокалибровки за два такта. Значение второй опорной темпеаналого-цифровое последовательное преобразование термометрического параметра со ступенчатым пилообразным напр жением. Дл  этого по сигналу блока 23 управлени  обнул етс  счетчик 21 и разрещаетс  прохождение счетных импульсов генератора 19 через схему 20 совпадений на вход счетчика 21, выходной код которого через мультиплексор 16 поступает на вход ЦАП 15. Последовательное увеличение кода Л счетчика 21 продолжаетс  до момента установлени  равенства напр жений на входах компара40

два такта оначсиис шииип uuupnun iv-m.iv. г

ратуры выбираетс  в той части диапазона 45 с которого выходной сигнал

г Jtг„ .,г, m.r-,0 п/ / -гг/паа и  RVnn rvPMKl /Л

измерени , в которой желательно обеспечить наивысщую точность измерени .

В течение третьего такта коммутатор 3 подключает к блоку 4 коррекции термопреобразователь .

компаратора, поступа  на вход схемы 20 совпадений, запрещает прохождение счетных импульсов на вход счетчика 21. Выходной код Л счетчика 21 определ етс  из равенства напр жений на входах компаратора

Стечение первого такта самокалибровки 50 8, достигаемого в момент останова счета, ключ 9 замкнут, ключ 11 разомкнут. Мультиплексор 6 подключает к входу ЦАП 15 вы-Таким образом, выходной код счетчика ходной код источника 17 кода первой опорной температуры. При выборе первой опорной температуры, равной начальной температуре диапазона измер емых температур, справедливо равенство .

За счет действи  отрицате льной обратной св зи, охватывающей компаратор 8 че21 , поступающий после останова счета на отсчетное устройство 22, пр мо пропорционален измер емой температуре. Осуществл   соответствующий выбор масщтабного множител , можно обеспечить представление результата измерени  в любой требуемой щкале температур.

рез замкнутый ключ 9, напр жение на запоминающем конденсаторе 10 в течение первого такта устанавливаетс  равным выходному напр жению логарифматора. При этом учтено то, что и .

При последующих тактах ключ 9 разомкнут и за счет больщого входного сопротивлени  компаратора 8 напр жение на конденсаторе 10 остаетс  неизменным, вкЛ ючен- ным последовательно с инвертирующим ..-- t1

K apio pT

Щей погрещности измерени .

На врем  второго такта самокалибровки замыкаетс  ключ 11, и мультиплексор 16 подключает к входу ЦАП 15 выходной код 2 источника 18 кода второй опорной температуры 2За счет действи  отрицательной обратной св зи, охватывающей компаратор 8 по цепи: ключ 11, усилитель 13, ЦАП 15, конденсатор 10, напр жение на конденсаторе 14 устанавливаетс  таким, чтобы обеспечивалось равенство напр жений на входах компаратора 8.

В течение третьего такта ключ 11 разомкнут и за счет больщого входного сопротив- лени  усилител  13 напр жение на конден сатопе 14 остаетс  неизменным, что обеспеВ течение третьего такта осуществл етс 

аналого-цифровое последовательное преобразование термометрического параметра со ступенчатым пилообразным напр жением. Дл  этого по сигналу блока 23 управлени  обнул етс  счетчик 21 и разрещаетс  прохождение счетных импульсов генератора 19 через схему 20 совпадений на вход счетчика 21, выходной код которого через мультиплексор 16 поступает на вход ЦАП 15. Последовательное увеличение кода Л счетчика 21 продолжаетс  до момента установлени  равенства напр жений на входах компара0

г

5 с которого выходной сигнал

с которого выходной сигнал

г, m.r-,0 п/ / -гг/паа и  RVnn rvPMKl /Л

компаратора, поступа  на вход схемы 20 совпадений, запрещает прохождение счетных импульсов на вход счетчика 21. Выходной код Л счетчика 21 определ етс  из равенства напр жений на входах компаратора

8, достигаемого в момент останова счета, Таким образом, выходной код счетчика

8, достигаемого в момент останова счета, Таким образом, выходной код счетчика

21, поступающий после останова счета на отсчетное устройство 22, пр мо пропорционален измер емой температуре. Осуществл   соответствующий выбор масщтабного множител , можно обеспечить представление результата измерени  в любой требуемой щкале температур.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  температ;уры, содержащее коммутатор, первый, второй и третий входы которого подключены соответст

   ровому входу цифроаналогового преобразовател , второй ключ, второй конденсатор, первый и второй источники кодов опорных температур, выходами подключенные к соотвенно к блоку образцовых резисторов, тер- с ветствующим входам мультиплексора, пер- мопреобразователю и блоку управлени , генератор импульсов и отсчетное устройство , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  при одновременном расширении диапазона измер емых

   вым входом соединенного с входом отсчет- ного устройства, а вторым входом - с вторым входом счетчика и первым выходом блока управлени , второй и третий выходы которого подключены соответственно к уптемператур , в него введены блок коррекции, - равл ющим входам первого и второго клю- выходом соединенный со своим вторым вхо- чей, входы которых объединены с вторым дом через гиперболический преобразоватль, а первым входом подключенный к выходу

   коммутатора, последовательно соединенные

   входом элемента И и подключены к выходу компаратора, входом подключенного к второму выходу гиперболического преоб- компаратор, первый ключ, первый конден- 15 разовател , а инвертирующим входом - сатор, резистивный делитель, дифференци- к выходу первого ключа, выход второго клю- альный усилитель и цифроаналоговый пре- ча подключен к инвертирующему входу диф- образователь, последовательно соединен- ференциального усилител  и через второй ные элемент И, вторым входом подключен- конденсатор - к его выходу, выход цифро- ный к выходу генератора импульсов, счет- аналогового преобразовател  подключен к чик и мультиплексор, подключенный к циф- 20 входу резистивного делител .

   ровому входу цифроаналогового преобразовател , второй ключ, второй конденсатор, первый и второй источники кодов опорных температур, выходами подключенные к соответствующим входам мультиплексора, пер-

   ветствующим входам мультиплексора, пер-

   вым входом соединенного с входом отсчет- ного устройства, а вторым входом - с вторым входом счетчика и первым выходом блока управлени , второй и третий выходы которого подключены соответственно к управл ющим входам первого и второго клю- чей, входы которых объединены с вторым