SU1765719A1 - Цифровой измеритель температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области температурных измерений, а именно к цифровым измерител м температуры и может быть использовано в измерительной технике в системах автоматического регулировани  и контрол . Цель изобретени  - упрощение схемного решени  путем сокращени  количества задающих источников, Сущность изобретени : цифровой измеритель температуры содержит источник 1 напр жени , платиновый датчик 2 температуры, эталонный резистор 3, согласующий каскад 4, нормировочный резистор 5, блок 6 коммутации , интегратор 7, компаратор 8, блок 9 управлени , генератор 10 тактовых импульсов, счетчик 11 импульсов. 3 ил

Description

NИ

Изобретение относитс  к области температурных измерений, а именно к цифровым измерител м температуры, и может быть использовано в измерительной технике в системах автоматического регулировани  и контрол .

Известны измерители температуры, работающие на принципе двойного интегрировани  и содержащие термометр сопротивлени , подключенный к первому входу операционного усилител , к выходу которого подсоединены включенные последовательно интегратор, нуль-орган, блок управлени  и счетчик импульсов. Кроме того, измеритель содержит генератор счетных импульсов, подключенный к блоку управлени , и два источника тока, соединенные с двум  двухпозиционными переключател ми , св занными с блоком управлени , причем во втором такте используетс  функциональный генератор.

Недостатком известного устройства  вл етс  его сложность, вызванна  наличием функционального генератора, погрешность и нестабильность которого обуславливает погрешность и нестабильность измерител 

Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  цифровой измеритель температуры, содержащий эталонный резистор, включенный между вторым входом и выходом операционного усилител , термометр сопротивлени , подключенный к первому входу операционного усилител , к выходу которого подсоединены включенные последовательно интегратор, нуль-орган, блок управлени  и счетчик импульсов , генератор счетных импульсов, под- ключенный к блоку управлени , два

VI

О СП

:

ю

источника тока, соединенные с двум  двух- позиционными переключател ми, причем первые позиции переключателей соединены соответственно с термометром сопротивлени  и эталонным резистором, а вторые позиции - соответственно с эталонным резистором и термометром сопротивлени .

Недостатком данного устройства  вл етс  наличие двух источников тока, погрешность и нестабильность которых обуславливает допол- нительную погрешность и нестабильность температуры.

Целью изобретени   вл етс  упрощение схемного решени  цифрового измерител  температуры путем сокращени  количества задающих источников, сниже- ние требований к ним по точности и стабильности , т.е. сокращение оборудовани  и повышение точности измерени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в цифровой измеритель температуры, содер- жащий температурный датчик, включенный между общей шиной и входом согласующего каскада, эталонный резистор, блок коммутации в виде двух ключей, первый управл ющий вход которого соединен с первым выходом блока управлени , последовательно соединенные интегратор и компаратор , выход которого подключен к первому входу блока управлени , второй вход которого соединен с выходом генера- тора импульсов, а третий выход - со счетным входом счетчика импульсов, введены источник напр жени , первый выход которого подключен к входу согласующего каскада , а второй выход - через эталонный резистор к общей шине, и нормировочный резистор, а блок коммутации выполнен в виде трех ключей, управл ющие входы первого и второго из которых  вл ютс  первым управл ющим входом блока коммутации, вторым управл ющим входом которого  вл етс  управл ющий вход третьего ключа, при этом выход согласующего каскада соединен через первый ключ блока коммутации с первым входом интегратора, второй выход источника напр жени  соединен с вторым входом интегратора через второй ключ блока коммутации, а также через нормировоч- ный резистор и третий ключ блока коммутации, второй управл ющий вход ко- торого подключен к второму выходу блока управлени , четвертый выход которого соединен с входом сброса счетчика импульсов.

При этом блок управлени  содержит счетчик, выход разр да которого под- ключей к входу С триггера и к входу инвертора , выход которого подключен к первому выходу блока управлени  и к первому входу первой схемы 2И, второй вход которой подключен к выходу По разр да счетчика, а выход - к входу дифференцирующего звена, выход которого подключен к четвертому выходу блока управлени , третий выход которого подключен к выходу второй схемы 2И, первый вход которой подключен к второму выходу блока управлени  и выходу триггера, вход R которого соединен с входом R счетчика и первым входом блока управлени , второй вход которого подключен к входу V счетчика и второму входу второй схемы 2И.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема цифрового измерител  температуры; на фиг. 2 - временна  диаграмма работы; на фиг. 3 - схема блока управлени .

Цифровой измеритель температуры содержит источник напр жени  1, платиновый датчик температуры 2, эталонный резистор 3, согласующий каскад 4, нормировочный резистор 5, блок коммутации 6, интегратор 7, компаратор 8, блок управлени  9, генератор тактовых импульсов 10, счетчик импульсов 11.

Работа измерител  происходит следующим образом. В момент времени to по сигналу управлени  от блока управлени  9 замыкаютс  ключи 1, 2 блока коммутации 6 (ключ 3 - разомкнут) и на вход 1 интегратора 7 через согласующий каскад 4 поступает

а на вход 2 напр жение Ux

RX + Кэ

напр жение Ui -1)и

R3

где ии Rx+Rs

величина напр жени  источника 1; Rx - величина сопротивлени  датчика температуры 2; Ra - величина сопротивлени  эталонного резистора 3,

В течение фиксированного интервала времени At ti - to, величина которого задаетс  блоком управлени  9, напр жение на выходе интегратора будет измен тьс  по закону

ИНТ

Uo-5 /Uxdt ТТТС

1

to

RaC

/

to

Uidt, (1)

где Ri, Ra - сопротивление интегратора по входам 1 и 2;

С - емкость интегратора;

Do начальное напр жение на выходе интегратора.

Т.к. начальное напр жение U0 на выходе интегратора равно 0, напр жение на выходе интегратора в момент времени ti будет

равно UHHTNHJHf -r ., I, Кэ . At

UMRX + R3 (2)

В момент времени ti ключи 1 и 2 блока коммутации 6 размыкаютс , ключ 3 по сигналу блока управлени  9 замыкаетс . В этот же момент времени блок управлени  9 раз- peuiaWcVe f импульсов счетчику 11 от гене- ратбра тактовых импульсов 10.5

Напр жение на выходе интегратора будет измен тьс  по закону

- vt О

тСн

Uldt (3)

„ f i HG x , - - t

где Рз - величина нормировочного резистора 5. При достижении на выходе интегратора йапр жёни  UMHT 0 (момент времени 12) компаратор 8 срабатывает, блок управлени  9 запрещает счет импульсов счетчику 11. Ключ 3 блока коммутации б размыкаетс , ключи 1, 2 замыкаютс , и начинаетс  новый цикл преобразовани .

В момент времени t2 напр жение иИнт (t2) на выходе интегратора будет равно

IR)C 0. (4)

Подставив значение UMHT(ti) и обозначив t2 - ti Atx, получим

11 Rx At ,, R3 At

и Rx i Ra RiC и Rx + R3 R2C

+ | R3Atx

MRx+Rs ( R2 + R3)C

Отсюда

0 . (5)

A -(-i)(i+|)At.

(б)

Учитыва , что Rx Ro(1 + а Т) (вли ние нелинейной составл ющей дл  платиновых датчиков несущественно и им можно пренебречь ), выражение примет следующий вид:

Atx4R 1R3+g R2-1(1+|)At. (7)

где RO - сопротивление датчика при температуре 0°С, а. - температурный коэффици- 50 ент, Т - температура

При R2 Ri R, RO Rs получим:

Atx

ОТ(1 + ) At.

(8)

Количество импульсов N, цифровой код, соответствующий температуре Т, будет равен

N

Atx

Гги

(9)

где г™ - период следовани  сигналов генератора импульсов 10. Учитыва , что At По Гги(Ю)

где По - фиксированное число, определ емое диапазоном и точностью измерени  температуры, и соотношение (8), выражение (9) будет иметь вид:

N- а(1 + - )п0Т.

, 0, I ., -, R3

(11)

Обозначив сг(1 + -) По к, получим

N kT.

(12)

Наличие нормировочного резистора 5 (величиной Нз) позвол ет измен ть коэффициент преобразовани , что дает возможность производить измерение температуры в единицах измерени , т.е. в °С.

Блок управлени  (фиг. 3) работает следующим образом: в момент времени to по сигналу с компаратора 8 происходит обнуление счетчика 12 и перевод триггера 13 в нулевое состо ние, через инвертор 14 на первом выходе блока управлени  по вл етс  сигнал, замыкающий ключи Кл1, Кл2 блока коммутации 6 (ключ КлЗ блока коммутации размыкаетс , т.к. второй выход блока управлени  соединен с выходом триггера 13, который находитс  в нулевом состо нии ). Сигналы от генератора импульсов 10 не поступают на третий выход блока управлени  и соответственно на счетный вход счетчика 11.

Счетчик 12 начинает работать по заднему фронту импульсов генератора импульсов 10.

,,ti - to По

Через врем  на выходе

п0 разр да счетчика 12 по вл етс  сигнал логической единицы, который через схему 2И 15 поступает на дифференцирующее звено 17, далее на четвертый выход блока управлени  и обнул ет счетчик 11

Через врем  At TI - to п0тГи на п0 + 1-м разр де счетчика 12 по вл етс  сигнал, который, проинвертировавшись через инвертор 14, размыкает ключи Кл1, Кл2 Сигнал с п0 +1 разр да счетчика 12 поступает также на вход триггера 13 и переводит его в единичное состо ние. При этом ключ КлЗ замыкаетс , и через схему 2И 16 разрешаетс  прохождение сигналов генератора импульсов на счетный вход счетчика 11

В момент времени t2 на счетчик 12 и триггер 13 приходит сигнал с компаратора 8, который обнул ет счетчик и триггер, что приводит к замыканию ключей Кл1, Кл2, размыканию ключа КлЗ и запрету прохождени  сигналов с генератора 10 импульсов на счетчик 11, и цикл работы повтор етс .

Таким образом, данное устройство, работающее по методу двойного интегрировани , позвол ет производить измерение температуры с использованием одного задающего источника, причем к источнику напр жени  нет необходимости выдвигать высокие требовани  по точности и стабильности , т.к. величина напр жени  не входит в формулу преобразовани  и вли ни  на точность преобразовани  не оказывает.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой измеритель температуры, содержащий температурный датчик, включен- ный между общей шиной и входом согласующего каскада, эталонный резистор , блок коммутации в виде двух ключей, первый управл ющий вход которого соединен с первым выходом блока управлени , последовательно соединенные интегратор и компаратор, выход которого подключен к

   первому входу блока управлени , второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а третий выход - с счетным входом счетчика импульсов, отличающий- с   тем, что, с целью упрощени  устройства и повышени  точности, в него введены источник напр жени , первый выход которого подключен к входу согласующего каскада, а второй выход - через эталонный резистор к общей шине, и нормировочный резистор, а блок коммутации выполнен в виде трех ключей , управл ющие входы первого и второго из которых  вл ютс  первым управл ющим входом блока коммутации, вторым управл ющим входом которого  вл етс  управл ющий вход третьего ключа, при этом выход согласующего каскада соединен через первый ключ блока коммутации с первым входом интегратора, второй выход источника напр жени  соединен с вторым входом интегратора через второй ключ блока коммутации , а также через нормировочный резистор и третий ключ блока коммутации, второй управл ющий вход которого подключен к второму выходу блока управлени , четвертый выход которого соединен с входом сброса счетчика импульсов.