SU1674374A1

SU1674374A1 - Аналого-цифровой преобразователь температуры

Info

Publication number: SU1674374A1
Application number: SU894636084A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Дроздов; Александр Георгиевич Паламодов; Владислав Иргашевич Юлдашев
Original assignee: Специальное Конструкторское Бюро "Титан"
Priority date: 1989-01-12
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1991-08-30

Abstract

Изобретение относитс к термометрии и может быть использовано в цифровом измерителе температуры. Изобретение позвол ет повысить надежность путем упрощени устройства. Это достигаетс тем, что в первом такте Τ₀ интегрируетс напр жение термометра 2 за фиксированный промежуток времени. Во втором такте Τ_X интегрируетс напр жение на образцовом резисторе 3. При этом перед началом счета в реверсивный счетчик 10 загружаетс код установки, а температура определ етс в результате вычитани текущего значени из кода установки с возможностью перехода через ноль при отсчете положительных температур. Переключение реверсивного счетчика 10 в режим сложени при положительных температурах производитс при помощи триггера 16, выход переполнени которого соединен через элемент И-НЕ 11 с P-входом счетчика 10. Временные интервалы Τ₀ и Τ_X организуютс так, что они составлены из целого количества квантующих импульсов, считываемых реверсивным счетчиком 10. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано в цифровом измерителе температуры.

Целью изобретения является повышение надежности путем упрощения устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Аналого-цифровой преобразователь температуры (фиг. 1) содержит источник 1 питания, термометр-сопротивление 2, образцовый резистор 3, аналоговый коммутатор 4, интегратор 5, нуль-орган 6, генератор 7 импульсов, D-триггеры 8и 9, реверсивный счетчик 10, элементы И-НЕ 11 и 12, элемент И 13, регистр 14, D-триггер 15, триггер 16, D-триггер 17 и блок 18 управления, выполненный на D-триггерах 8, 9 и 15 и элементе И-НЕ 12. На временной диаграмме (фиг. 2) обозначены напряжения на выходах соответствующих элементов устройства.

Работа устройства основана на методе двойного интегрирования. В начале такта to в реверсивный счетчик загружается число No ~ (код установки), определяющее прямую, аппроксимирующую градуировочную кривую термосопротивления. В такте Го аналоговый коммутатор 4 устанавливается в верхнее положение, при этом интегрируется напряжение термосопротивления 2 в течение фиксированного интервала времени Го. Такт Го заканчивается после образования импульса на выходе переноса реверсивного счетчика 10 как результата процесса вычитания до 0 - числа, записанного в счетчике 10,

Отрицательный импульс переноса через элемент И-НЕ 12 поступает на D-триггер 15 и устанавливает его в состояние, соответствующее следующему такту г_х . В течение такта Γχ интегрируется напряжение образцового резистора 3 (R₃t) обратного знака, при этом аналоговый коммутатор 4 переводится в нижнее положение. Переход через нуль напряжения интегратора 5 фиксируется нуль-органом 6, на выходе которого образуется импульс положительной полярности.

На D-триггерах 8 и 9 осуществляется формирование импульса нуль-органа 6 по фронтам квантующего импульса. Сформированный импульс через элемент И-НЕ 12 устанавливает D-триггер 15 в следующее состояние Го , а также триггер 17 - в единичное состояние, при котором код установки Noзагружается в реверсивный счетчик 10.

По переднему фронту квантующего импульса производится счет импульсов счетчиком Ш По заднему фронту квантующего импульса в переходные моменты между тактами загружается код установки. Запись состояния реверсивного счетчика 10 в регистр 14 осуществляется в такте г_х . Стробирование импульса записи температуры производится тактом г_х с помощью элемента И-НЕ 13. Временные интервалы г_о, г_х организуются так, чтобы они были составлены из целого количества квантующих импульсов, считаемых реверсивным счетчиком.

В случае, если измеряемая температура меньше или равна нулю, счетчик 10 работает как вычитающий, если температура больше нуля, то при переходе через нуль счетчик 10 вырабатывает импульс переноса.

Триггер 16 изменяет свое состояние по импульсу переноса, простробированному импульсом г_х с помощью элемента 11. При этом счетчик 10 начинает работать как суммирующий и считает до момента перехода через нуль напряжения на интеграторе 5, после чего состояние счетчика 10 переписывается в регистр 14.

В конце интервала г₀ выходное напряжение

Uo — KTolgRg, (1) где К - коэффициент пропорциональности; lg - измерительный ток через термосопротивление;

Rg - сопротивление датчика;

Ro - сопротивление образцового резистора.

Через интервал времени г_х выходное напряжение интегратора становится равным нулю. Поэтому для второго такта г_х справедливо выражение

U_x = Uo ^ш К г_х 1_о Ro . (2) где Ιο - ток через образцовый резистор. Так как lg = 1₀. получим уравнение .

(3)

Принимая Ro равным сопротивлению датчика при Т = 0°С, получим ^Γ»=^^Κ·>(¹⁺^)=^Γ·>⁺^^ΔΚ·

Применяя формулу AR=RoCtT, имеем г_х=Го+аг_оТ. (5)

Так как т_о = No Δτ: т_х - Ν_χ Δτ, где No, Νχ - количество квантов в интервалах,получим a No Т = N_x - No .(6)

Принимая a No = 1, получим

Т = Νχ - No .(7)

Используя соотношение (3), получим

Т = - No .(8)

Ко

Из выражения (8) следует, что точность преобразования сопротивления датчика зависит только от точности образцового резистора. Заданное число N_o обратно пропорционально коэффициенту а и может быть вычислено по формуле N_o = RoT/ AR.

Для устройства не требуется сигнала внешнего запуска, состояние элементов схемы может быть произвольным и процесс измерения температуры происходит циклически с тактами т_о и т_х . Так как после включения питания цикл измерения может начаться с любого момента тактов т_оили т_хрезультат первого цикла может быть неверным. Для исключения этого результата используют регистр 14 с входом R. Устанавливая задержку по этому входу, задерживают появление результата на выходе регистра 14.

Рассмотрим возможные случаи исходного состояния элементов устройства и моменты времени, с которых начинается работа. Если триггер 15 находится в состоянии Го , то сигнал с инверсного выхода D-триггера 15 устанавливает D-триггеры 8 и 9 в нулевое состояние, тем самым блокируется прохождение сигнала с нуль-органа 6 и ожидается импульс переноса с реверсивного счетчика 10. Разрешение следует 1 с D-триггера 9. Реверсивный счетчик 10 работает в режиме вычитания, так как на выходе триггера 16 выставляется сигнал 0 с помощью двух ”1 на входах S и R. Импульсом приведения схемы в исходное состояние является импульс переноса с реверсивного счетчика 10, так как счетчик работает и не заблокирован, а D-триггер 17 большее время находится в нулевРм состоянии. Реверсивный счетчик 10 считает до момента перехода через нуль, после чего вырабатывается импульс переноса, который через элемент 12 поступает на вход С триггера 15 и через D-триггер 17 на вход записи счетчика 10. При появлении такта т_х с D-триггеров 8 и 9 снимается блокировка. В момент перехода через нуль напряжения интегратора 5 нуль-органом 6 вырабатывается импульс, который, пройдя через D-триггеры 8 и 9, нормализуется до длительности импульса тактовой частоты.

Нормализованный сигнал, пройдя через элемент И—НЕ 12, возбуждает с помощью D-триггера 17 запись числа Ν_ο в счетчик, а также возобновляет следующий такт.

Рассмотрим случай, когда триггер 15 после включения питания находится в состоянии т_х . В этом случае разрешается прохождение импульса с нуль-органа 6. состояние триггера 16 в первом такте т_х не имеет значения, так как результат измерения исключается. Импульс переноса следует независимо от режима работы счетчика и устанавливает такт т₀ .

Такт То является тактом цикла измерения температуры, с которого показана временная диаграмма. В случае, если импульс с нуль-органа придет раньше импульса переноса, установка в такт т_о осуществится не импульсом с нуль-органа, что возможно при принятии предпосылки о произвольном состоянии счетчика в первый момент времени после включения питания.

На временной диаграмме (фиг. 2) показаны случаи, когда температура меньше нуля и больше нуля. Случай равенства нулю температуры, когда такт т_о равен такту т_х , можно рассматривать как частный случай Т < 0. В момент равенства нулю температуры, если приближение к нулю происходит плавно со стороны отрицательных температур, триггер 16 переходит в другое состояние, соответствующее режиму сложения счетчика 10 и положительному знаку температуры.. При этом импульс переноса и импульсе нуль-органа 6 следует друг за другом без промежутка. Случай Т^О не показан на временной диаграмме. Пример Т < 0 показан на временной диаграмме пунктиром. Счетчик 10 не успевает досчитать до нуля, и импульсом с нуль-органа 6 схема устанавливается в исходное состояние. Запись результата в регистр 14 осуществляется нормализованным импульсом с D-триггера 8. Случай, когда Т > 0, показан на временной диаграмме сплошной линией. Импульс переноса следует раньше импульса с нульоргана 6 и переключает триггер 16 в состояние, соответствующее положительной температуре.

Claims

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь температуры, содержащий последовательно соединенные термометр-сопротивление и токоограничивающий элемент, выполненный на образцовом резисторе, второй выход которого объединен с первым аналоговым входом аналогового коммутатора и соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого соединен с вторым выводом термометра-сопротивления и вторым аналоговым входом аналогового коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственное первым и вторым выходами блока управления, а выход соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с первым выводом образцового резистора, а выход соединен с входом нуль-органа, генератор импульсов, элемент И, реверсивный счетчик, триггер, регистр, выходы которого являются выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения устройства, в него введены D-триггер и элемент И-НЕ, выход которого соединен с R-входом триггера, S-вход которого соединен с первым выходом блока управления, а инверсный выход - с входом Сложение-вычитание реверсивного счетчика, информационные входы которого являются шиной установки кода, счетный вход объединен с первым входом блока управления и соединен с прямым выходом генератора импульсов, выход записи реверсивного счетчика соединен с выходом D-триггера, информационные выходы реверсивного счетчика и инверсный выход триггера соединены с со ответствующими информационными входами регистра, тактовый вход которого соединен с выходом элемента И, выход переноса реверсивного счетчика соединен с первым входом элемента И-НЕ и вторым входом блока управления, второй вход элемента ИНЕ объединен с первым входом элемента И, третьим входом блока управления и соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с вторым входом элемента И, причем С-вход D-триггера соединен с четвертым выходом блока управления, D-вход является шиной логической единицы, R-вход объединен с четвертым входом блока управления и соединен с инверсным выходом генератора импульсов, выход нуль-органа соединен с пятым входом блока управления.
2. Преобразователь по п.1, о т л и чающий с я тем, что блок управления выполнен на трех D-триггерах и элементе И-НЕ, выход которого соединен с С-входом первого D-триггера и является четвертым выходом блока, первый вход элемента И-НЕ соединен с инверсным выходом второго D-триггера, второй вход является вторым входом < блока, D-вход первого D-триггера соединен с его инверсным выходом, который является вторым выходом блока, первым выходом которого является прямой выход первого Dтриггера, С-вход второго D-триггера является первым входом блока, D-вход соединен с прямым выходом третьего D-триггера, который является третьим выходом блока, инверсный выход третьего D-триггера соединен с R-входом второго D-триггера, R-, С- и D-входы третьего D-триггера являются соответственно третьим, четвертым и пятым входами блока управления.

V₇ Η

Μ

Μ

Uf2

V_Sk

Ую %6 ЗНАК импульс есть, если r>o

Г +L —--