SU851115A1 - Устройство преобразовани термо-СОпРОТиВлЕНи B чАСТОТу иМпульСОВ - Google Patents

Description

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может использоваться при разработке цифровых термометров и в системах телеконтро- , ля и автоматической стабилизации температуры.

Известно устройство преобразования сопротивления термометра в частоту переменного тока, содержащее блок управления, генератор, в частотно-зависимую цепь которого входЯт две пары идентичных термосопротивлений, два конденсатора, образцовые сопротивления и коммутирующие элементы. Процесс измерения осуществляется за три так- *5 та, по окончании их путем вычисления определяют величину термосопротивления с большой точностью, так как осуществляется компенсация аддитивной и мультипликационной составляющих погрешностей flj.

Недостатками устройства является большое число идентичных термосопротивлений и образцовых сопротивлений, ограничения на скорость изменения преобразуемого параметра, так как устройство является дискретным, при- . чем интервал дискретизации определяется временем измерения трех частот !

, Ц, выполнением операций вы10 читания, деления и коммутации образцовых сопротивлений.

Известно устройство преобразования параметра в частоту, содержащее интегратор, схему сравнения, переключатель биполярных напряжений, буферный усилитель, модулирующее звено(2] .

Недостатком данного преобразователя является значительная величина' мультипликативной погрешности, что препятствует использованию его в системах, работающих длительное время при значительных изменениях внешних условий.

Наиболее близким по технической сущности и.достигаемому результату к предлагаемому является преобразователь сопротивленя в частоту, содержащий циклически соединенные гистерезисный элемент, интегратор, дифференциальный усилитель постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистивный делитель напряжения, содержащий термосопротивление, образцовое сопротивление ГЗД.

Недостатком' преобразователя является изменение чувствительности из-за изменения параметров схемы, вызванных влиянием внешних условий, а также временным фактором. Указанный недостаток препятствует использованию преобразователя в системах телеизмерений и автоматической стабилизации температуры.

Цель изобретения повышение точ- ности за счет снижения мультиплика- ⁵ тивной погрешности измерения температуры .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены коммутирующий элемент, формирователь временных интервалов, реверсивный счетчик, регистр, управляемый делитель частоты и две логические схемы И, первые входы которых соединены с выходом гистерезисного элемента, второй вход 15 первой схемы И подключен к первому выходу формирователя временных интервалов, который также соединен с К-входом реверсивного счетчика и коммутирующим элементом, соединен- 20 ным параллельно образцовому резистору и последовательно терморезистору, выход первой схемы И подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, его вычитающий вход соединен с выходом другой схемы И, второй вход ** которой подключен ко второму выходу формирователя временных интервалов, выходы реверсивного счетчика соединены с D-входами регистра, синхровизирующий вход которого подключен 30 ко второму выходу формирователя временных интервалов, выходы регистра соединены со входами управляемого делителя частоты, счетный вход котоpbro соединен с выходом гистеризис- 35 ного элемента.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит делитель 1 напряжения, образцовый резистор 2, ком- до мутирующий элемент 3, дифференциальный усилитель 4 постоянного тока, гистерезисный элемент 5, интегратор 6, формирователь .7 временных интервалов (таймер), логические схемы И 8 и 9, реверсивный счетчик 10, ре- ⁴³ гистр 11, управляемый делитель 12 частоты.

Устройство работает следующим об-, разом.

Циклическое соединение гистерезисного элемента, интегратора, дифференциального усилителя, в цепи отрицательной обратной связи которого используется резистивный делитель, образует генератор импульсов, частота 55 которых определяется для установившегося режима выражением

U₀-bt (1 4-

(1)

- резисторы гистерезисного элемента;

— напряжение на выходе гистерезисного элемента;

Т “ %· С_э — постоянная времени интегратора ;

R_fc,R_o — элементы резистивного делителя;

At - длительность полупериода импульсной последовательности .

Из выражения (1) определяют частоту импульйов

2kt

2Т' (1 + Ь)

- κ(ι +-&) которая в случае R_o“const определяется значением термореэистора.

При длительной эксплуатации величина К изменяется в результате действий внешних условий и старения аналоговых элементов схемы.

Скорость измерения чувствительности преобразования значительно меньше, чем у измеряемого параметра температуры. Поэтому через определенные промежутки времени формирователь временных интервалов выдает два импульса равной длительности at*, следующих один за другим. В течение первого размыкается шунтирующий контакт коммутирующего элемента и последовательно терморезистору включается образцовое сопротивление R_Qg,.что приводит к увеличению f. Одновременно с включением коммутирующего элемента реверсивный счетчик устанавливается в ноль передним фронтом первого импульса и на его сумиирующий вход поступает . По окончании первого импульса в реверсивном счетчике хранится код N₄ « i t_K· f_ni . За время действия второго импульса, дри котором R_o£ з.ашунтировано, из N вычитается число Ν_α « at* · , пропорциональное f_na , и в реверсивном счетчике формируется код разности = Ц,-Н_г=К(1+ - К(1 - )_AtK. Ro

Задним фронтом второго импульса это число записывается в регистр 9, после чего поступает на управляющие входы делителя 10 частоты. Коэффициент деления управляемого делителя обратно пропорционален коду, поданному на его входы. Частота на выходе делителя, которая и является выходной частотой преобразователя, определяется выражением при R_o » Rgg временной интервал, кратный at_K, получают код, соответствующий f_t ,

Ч - V n . at* 5

В выражение для не входит основной источник мультипликативной погрешности — коэффициент К. Требование стабильности номинального значения предъявляется только к двум элементам схемы R_og и R_o.

Такое выполнение устройства позволяет повысить точность измерения температуры при длительной непрерывной эксплуатации преобразователя и значительных изменениях внешних условий, устранить возникающую нелинейность, вызванную уходом режимов операционных усилителей, обеспечивает надежную передачу информации по каналам связи за счет ЧИМ, может быть легко реализовано на интегральных схемах, например, К155 и К133.

to

Claims (3)

1. (54) УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕРМОСОПРОТИВЛБНИЯ Изобретение относитс  к контрольн измерительной технике и может исполь зоватьс  при разработке цифровых термометров и в системах телеконтрол  и автоматической стабилизации тем пературы. Известно устройство -преобразовани сопротивлени  термометра в частоту переменного тока, содержащее блок уп равлени , генератор, в частотно-зависимую цепь которого входит две пары идентичных термосопротивлений, дв конденсатора, образцовые сопротивлени  и коммутирующие элементы. Процесс измерени  осуществл етс  за три такта , по окончании их путем вычислени  определ ют величину термосопротивлени  с большой точностью, так как осу ществл етс  компенсаци  аддитивной и мультипликационной составл ющих погрешностей Недостатками устройства  вл етс  большое число идентичных термосощютивлений и Образцовых сопротивлеиий, ограничени  на скорость изменени  преобразуекюго параметра, так как устройство  вл етс  дискретным, причем интервал дискретизации определ етс  временем измерени  трех частот fi fa ъ выполнением опергщий В ЧАСТОТУ ИМПУЛЬСОВ читани , делени  и коммутации образцовых сопротивлений. Известно устройство преобразовани  параметра в частоту, содержащее интегратор, схему сравнени , переключатель бипол рных напр жений, буферный усилитель, модулиругацее звеноГ2. Недостатком данного преобразовател   вл етс  значительна  величина мультипликативной погрешности, что преп тствует использованию его в системах , работающих длительное врем  щж значительных изменени х внешних условий. Наиболее близким по технической сущности и.достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  преобразователь сопротивлен  в частоту, содержащий циклически соединенные гистерезисный элемент, интегратор, дифференциальный усилитель посто нного тока, в цепь отрицательной обратной св зи которого включен резистивный делитель напр жени , содержащий термосопротивление , образцовое сопротивление Г31. Недостатком преобразовател   вл етс  изменение чувствительности из-за изменени  параметров схемы, ш званных вли нием внешних условий. а также временным фактором. Указанный недостаток преп тствует использованию преобразрвател  в системах телеизмерений и автоматической стабилизации температуры. Цель изобретени  повышение точности за счет снижени  мультипликативной погрешности измерени  температуры . Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство введены коммутирую щий элемент, формирователь временных интервалов, реверсивный счетчик, ре гистр, управл емый делитель частоты и две логические схемы И, первые вх ды которых соединены с выходом гистерезисного элемента, второй вход первой схемы И подключен к первому выходу формировател  временных -интервгшов , который также соединен с К-входом реверсивного счетчика и коммутирующим элементом, соединенным параллельно образцовому резисто ру и последовательно терморезистору выход первой схемы И подключен к суммирующему входу реверсивного сче чика, его вычитак ций вход соединем выходом другой схемы И, второй вход которой подключен ко второму выходу формировател  временных интервалов, выходы реверсивного счетчика соединены с О-входами регистра, синхронизирующий вход которого подключен ко второму выходу формировател  вре менных интервалов, выходы регистра соединены со входами управл емого делител  частоты, счетный вход кото рЬго -соединен с выходом гистеризисного элемента. На чертеже представлена функциональна  схема устройства. Устройство содержит делитель 1 н пр жени , образцовый резистор 2, ко мутирующий элемент 3, дифференциёшь ный усилитель 4 посто нного тока, гистерезисный элемент 5, интегратор 6, формирователь«7 временных ин тервалов (таймер), логические И 8 и 9, реверсивный счетчик 10, ре гистр 11, управл емый делитель 12 частоты. Устройство работает следук цим об разом. Циклическое соединение гистерези ного элемента, интегратора, диффере циального усилител , в цепи отрицательной обратной св зи которого используетс  резистивный делитель, об разует генератор импульсов, частота которых определ етс  дл  установившегос  режима выражением yoLM (, Rb) JJ R R, RO где R, и R, - резисторы гистервзис ного элемента j o-Ultl - напр жение на выходе гистерезисного элемента; Т RMCj - посто нна  времени интегратора ; R,RQ - элементы резистивного делител ; At - длительность полупериода импульсной последовательности . Из выражени  (1) определ ют частоу импульйов f в L .(i.4) nxuti „ и 2iit 2Т R, RO - К(1 +-) котора  в случае RQ-const определ етс  значением терморезистора. При длительной эксплуатации величина К измен етс  в результате действий внешних условий и старени  аналоговых элементов схемы. Скорость измерени  чувствительности преобразовани  значительно меньше, чем у измер емого параметра температуры . Поэтому через определенные промежутки времени формирователь временных интервалов выдает два импульса равной длительности ut, следующих один за другим. В течение первого размыкаетс  шунтирующий контакт коммутирующего элемента и последовательно терморезистору включаетс  образцовое сопротивление ,.что приводит к увеличению f, Одновременно с включением коммутирующего элемента реверсивный счетчик устанавливаетс  в ноль передним фронтом первого импульса и на его сумиирующий вход поступает f . По окончании первого импульса в реверсивном счетчике хранитс  код N - л t За врем  действи  второго импульса, рри. котором R{,5 з.ашунтировано, из N вычитаетс  число N,j « ы f , пропорциональное ff , и в реверсивном счетчике формируетс  код разности N, -N,i-K(1- )м - К{1 - |)utK. Кр Задним фронтом второго импульса это число записываетс  в регистр 9, после чего поступает на управл ющие входы делител  10 частоты. Коэффициент делени  управл емого делител  обратно пропорционален коду, поданному на его входы. Частота на выходе делител , котора  и  вл етс  выходной частотой преобразовател у определ етс  выражением RO Ftt. « Выбира  при измерении частоты f временной интервал, кратный &t получают код, соответствующий fi ( В выражение дл  N не входит основной источник мультипликативной погрешности - коэффициент К. Требование стабильности номинального значени  предъ вл етс  только к двум элементам схемы и Rg. Такое выполнение устройства позво л ет повысить точность измерени  тем пературы при длительной непрерывной эксплуатации преобразовател  и эна- чительных изменени х внешних условий устранить возникающую нелинейность, вызванную уходом режимов операционны усилителей, обеспечивает надежную пе редачу информации по каналам св зи за счет ЧИМ, может быть легко реализовано на интегральных схемах, например , К155 и К133. Формула изобретени  Устройство преобразовани  термосопротивлени  в частоту импульсов, содержащее, циклически соединенные гистерезисный элемент, интегратор, дифференцисшьный усилитель посто нного тока,, в цепь отрицательной обратной св зи которого включен резистивный делитель напр жени , содержащий термосопротивление, образцовое сопротивление, отличающеес   тем, что с целью повышени  точности за счет уменьшени  мультипликативной погрешности измерени  температуры , в устройство введены коммутирующий элемент, формирователь временных интервалов, реверсивный счетчик, регистр, управл емый делитель частоты и две логические схемы И, первые входы которых соединены с выходом гистерезисного элемента, второй вход первой cxei«i И подключен к первому выходу формировател  временных интервалов, который также соединен с К-входом реверсивного счетчика и коммутирующим элементом, соединенным параллельно образцовому резистору и последовательно терморезистору , выход первой схемы И подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, его вычитающий вход соединен с выходом другой схемы И, второй вход которой подключен ко второму выходу формировател  временных интервалов, выходы реверсивного счетчика соединены с D-входами регистра, синхронизирующий вход которого подключен ко второму выходу формировател  временных интервалов, выходы регистра соединены со входами управл емого делител  частоты, счетный вход которого соединен с выходом гистерезисного элемента. Источники информации; прин тые iso внимание при экспертизе 1.Бромберг Э.М. и др. Тестовые методы повьвиени  точности измерений. М., Энерги , 1978, с. 131.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 332570, кл. Н 03 К 13/20.
3. 3.Март шина А.И. и др. Преобразователи электрических паргинетррв л  систем контрол  и измерени . М. , Энерги , 1976, с. 295 (прототип).