SU855412A1 - Аналого-цифровой преобразователь температуры - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для прямого цифрового отсчета температуры, отклонения температуры или напряжения в телеметрии.

Известен цифровой термометр, содержащий последовательно включенные дополнительное и термозависимое сопротивления, балансный стабилизатор тока, аналоговые ключи, усилитель постоянного тока, блок сравнения, генератор линейно-нарастающего напряжения, переключатель, генератор квантующих импульсов, временной селектор.и ц цифровой счетчик [1].

Это устройство критично к нестабильности частоты квантующих импульсов, к дрейфу балансировки стабилизатора тока, подвержено влиянию нестабильности постоянной времени генератора линейно-нарастаю- 1 щего напряжения на коэффициент преобразования-устройства. Кроме того, устройство не обеспечивает прямого отсчета температуры (при 0°С в счетчике зафиксировано ненулевое значение кода), не выдает знак отклонения. ²

Целью изобретения является повышение точности преобразования и обеспечения воз можности изменения коэффициента преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь температуры, содержащий реверсивный счетчик, нуль-орган генератор импульсов, источник тока, выходы которого соединены с последовательно включенными эталонным и термозависимым резисторами и с первым и вторым входами аналогового коммутатора, введены регистр кода, анализатор нулевого состояния, цифровой компаратор, распределитель, элемент ИЛИ, блок выделения заднего фронта, триггер знака отклонения, элемент И, интегратор, первый вход которого соединен с переключающим выходом аналогового коммутатора, второй вход подключен к объе5 диненным выводам эталонного и термозависимого резисторов, а выход через нуль-орган соединен со входом блока выделения заднего фронта и с первым входом элемента И, второй вход которого соединен-с выходом генератора импульсов, а выход соединен к тактирующему входу реверсивного счетчика, вход управления которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а нулевой вход под соединен с шиной запуска, с первым, вторым и третьим входами распределителя и с нулевым входом триггера знака отклонения, единичный вход которого соединен с четвертым входом распределителя и с выходом анализатора нулевого состояния, входы которого соединены с первыми входами цифрового компаратора с Ъ-входами регистра кода и с выходами реверсивного счетчика, при этом вторые входы цифрового компаратора соединены с шинами кода уставки, а выход подключен к пятому входу распределителя, шестой вход которого соединен с импульсным входом регистра кода и с выходом блока выделения заднего фронта, а первый выход соединен с первым управляющим входом аналогового коммутатора и с первым 1 входом элемента ИЛИ, второй выход соединен со вторым управляющим входом аналогового коммутатора, третий выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ.

На чертеже представлена структурная, схема аналого-цифрового преобразователя ² температуры.

Схема содержит источник тока 1, последовательно включенные термозависимые 2 и эталонные 3 резисторы, аналоговый коммутатор 4, интегратор 5, нуль-орган 6, ге- 2 нератор имнульсов 7, элемент И 8, распределитель 9, реверсивный счетчик 10, цифровой компаратор 11, анализатор нулевого состояния 12, блок выделения заднего фронта 13, регистр кода 14, элемент ИЛИ 15 и триггер знака отклонения 16, первый,второй ³ и третий выходы распределителя 9, 17, 18 и 19, шина запуска 20, шины кода уставки 21. Перед началом преобразования распределитель 9 находится .в нулевом состоянии, аналоговый коммутатор — в среднем поло- ₃ жении на выходе нуль-органа 6 — низкий уровень, импульсы с генератора 7 не проходят через элемент И 8 на счетчик 10.

При подаче импульса запуска ЬЧлп. осуществляется установка счетчика 10 в нулевое состояние, а распределитель 9 в первое 4 состояние, с выхода 17 распределителя 9 осуществляется переключение аналогового коммутатора 4 в верхнее положение — напряжение на выходе интегратора 5 возрастает, срабатывает нуль-орган 6, разрешая ₄ прохождение счетных импульсов на вход реверсивного счетчика 10 через элемент И 8. Реверсивный счетчик 10 включен в режим прямого счета через элемент ИЛИ 15 сигналом с выхода 17 распределителя 9.

«

В интервале времени ta?—й осуществляется интегрирование напряжения на термозависимом резисторе 2, величина интегрируемого напряжения.

U=3-Rt° где 3 - выходной ток стабилизатора 1; ⁵ значение термозависимого резистора 2 в момент интегрирования.

Напряжение на выходе интегратора растет по закону 2 u=-kcj

В момент равенства кода на выходах реверсивного счетчика 10 и кода уставки на выходе цифрового компаратора 11 появляется импульс, переключающий распределитель 9 в состояние, коммутатор 4 переключается в нижнее положение, в результате прекращается интегрирование напряжения — U, начинается интегрирование напряжения -Шт ^а 3-Rsr· .

Одновременно с началом интегрирования напряжения Ust. осуществляется переключение реверсивного счетчика 10 в режим обратного счета. В момент равенства кодов на входах цифрового компаратора 11 напряжение на выходе интегратора 5 имеет величину. , , , где Νκτ, ~ значение кода уставки на вторых входах компаратора;

fген-частота генератора импульсов 7.

Поэтому в режиме обратного счета напряжение U изменяется по закону

Интегрирование идт.продолжается до момента срабатывания нуль-органа 6 в момент времени t3, когда напряжение Un достигнет начального (исходного) уровня.

С момента t j прекращается подача счетных импульсов на вход реерсивного счетчика 10, с выхода блока выделения заднего фронта 13 подается импульс переписи кода с выходов реверсивного счетчика 10 в регистр кода 14. Следует различать два случая в зависимости от соотношения величин U и и_э~.

В этом случае Urv > и_эт срабатывание нуль-органа 6 происходит до перехода реверсивного счетчика 10 в нулевое состояние и поэтому в регистр кода перепишется код ΝΗϊΜ=Ν·^ατ—Νκ, величина которого пропорциональна разнице R_3T—RE, а с выхода триггера знака 16 выдается знак «минус» (Rt«>R3_T).

В случае URf-oUyr до срабатывания нульоргана 6 происходит переключение распределителя 9 в состояние 19 за счет анализатора. нулевого кода 12 (при нулевом состоянии счетчика 10) и отрезок времени ta—t^l счетчик накапливает код — 1Чизм = — Ν_κ—Nycr , величина которого пропорциональна разнице Rt_o— R_3T; с выхода триггера знака 16 выдается знак «плюс» (Ri°< < Rst) ·

С момента времени t₃ с блока выделения заднего фронта 13 Осуществляется переключение распределителя 9 в исходное состояние, аналоговый коммутатор 4 устанавливается в среднее положение,, в результате прекращается интегрирование напряжения Uyr855412

Разрешающая способность и коэффициент преобразования устройства могут быть выбраны требуемой величины зменением кода уставки — Nycr.

Действительно, Кп₽.= _ (NK-NycT.yRaT, _ Νκ- Nvct _ δΝ ,

Яэт.(1 ⁺ «^^Т)-Кэт. ~ Д.Т IT где Κηρ-коэффициент преобразования, <JL - температурный коэффициент сопротивления Rt°;

Т- абсолютная температура, °C (подразумевается, что при 0°С R^= Rt}.

Таким образом, на точность преобразования не оказывают влияния нестабильности: частоты генератора импульсов 7, постоянной интегрирования интегратора 5, выходного тока У. Источник тока 1, смещение нуля интегратора 5 и нуль-органа 6.

Устройство обеспечирает прямой отсчет температуры в диапазоне температур (-232-+ 232) °C.

Устройство может использоваться для прямого отсчета других ' параметров, приводимых к изменению сопротивления, а также для прямого отсчета отклонения сопротивления при соответствующем выборе коэффициента преобразования с помощью кода уставки.

Claims (1)

1. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относитс  к измерительной технике и может использоватьс  дл  пр мого цифрового отсчета температуры, отклонени  температуры или напр жени  в телеметрии. Известен цифровой термометр, содержащий последовательно включенные дополнительное и термозависимое сопротивлени , балансный стабилизатор тока, аналоговые ключи, усилитель посто нного тока, блок сравнени , генератор линейно-нарастающего напр жени , переключатель, генератор квантующих импульсов, временной селектор . и цифровой счетчик 1. Это устройство критично к нестабильности частоты квантующих импульсов, к дрейфу балансировки стабилизатора тока, подвержено вли нию нестабильности посто нной времени генератора линейно-нарастающего напр жени  на коэффициент преобразовани -устройства . Кроме того, устройство не обеспечивает пр мого отсчета температуры (при 0°С в счетчике зафиксировано ненулевое значение кода), не выдает знак отклонени . Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  и обеспечени  возможности изменени  коэффициента преобразовани . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в аналого-цифровой преобразователь температуры , содержащий реверсивный счетчик, нуль-орган генератор импульсов, источник тока, выходы которого соединены с последовательно включенными эталонным и термозависимым резисторами и с первым и вторым входами аналогового коммутатора, введены регистр кода, анализатор нулевого состо ни , цифровой компаратор, распределитель , элемент ИЛИ, блок выделени  заднего фронта, триггер знака отклонени , элемент И, интегратор, первый вход которого соединен с переключающим выходом аналогового коммутатора, второй вход подключен к объединенным выводам эталонного и термозависимого резисторов, а выход через нуль-орган соединен со входом блока выделени  заднего фронта и с первым входом элемента И, второй вход которого соединен-с выходом генератора импульсов, а выход соединен к тактирующему входу реверсивного счетчика , вход управлени  которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а нулевой вход подсоединен с шиной запуска, с первым, вторым и третьим входами распределител  и с нулевым входом триггера знака отклонени , единичный вход которого соединен с четвертым входом распределител  и с выходом анализатора нулевого состо ни , входы которого соединены с первыми входами цифрового компаратора с Ъ-входами регистра кода и с выходами реверсивного счетчика, при этом вторые входы цифрового компаратора соединены с шинами кода уставки, а выход подключен к п тому входу распределител , шестой вход которого соединен с импульсным входом регистра кода и с выходом блока выделени  заднего фронта, а первый выход соединен с первым управл юшим входом аналогового коммутатора и с первым входом элемента ИЛИ, второй выход соединен со вторым управл ющим входом аналогового коммутатора, третий выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ. На чертеже представлена структурна  схема аналого-цифрового преобразовател  температуры. Схема содержит источник тока , последовательно включенные термозависимые 2 и эталонные 3 резисторы, аналоговый коммутатор 4, интегратор 5, нуль-орган 6, генератор имнульсов 7, элемент И 8, распределитель 9, реверсивный счетчик 10, цифровой компаратор 11, анализатор нулевого состо ни  12, блок выделени  заднего фронта 13, регистр кода 14, элемент ИЛИ 15 и триггер знака отклонени  16, первый, второй и третий выходы распределител  9, 17, 18 и 19, шина запуска 20, шины кода уставки 21. Перед началом преобразовани  распределитель 9 находитс  .в нулевом состо нии, аналоговый коммутатор - в среднем положении на выходе нуль-органа 6 - низкий уровень, импульсы с генератора 7 не проход т через элемент И 8 на счетчик 10. При подаче импульса запуска . осуществл етс  установка счетчика 10 в нулевое состо ние, а распределитель 9 в первое состо ние, с выхода 17 распределител  9 осуществл етс  переключение аналогового коммутатора 4 в верхнее положение - напр жение на выходе интегратора 5 возрастает , срабатывает нуль-орган 6, разреша  прохождение счетных импульсов на вход реверсивного счетчика 10 через элемент И 8. Реверсивный счетчик 10 включен в режим пр мого счета через элемент ИЛИ 15 сигналом с выхода 17 распределител  9. В интервале времени ta.-ti осушествл етс  интегрирование напр жени  на термозависимом резисторе 2, величина интегрируемого напр жени . U 0-Rt° где 1 - выходной ток стабилизатора 1; значение термозависимого резистора 2 в момент интегрировани . Напр жение на выходе интегратора растет по закону 4 .. В момент равенства кода на выходах реверсивного счетчика 10 и кода уставки на выходе цифрового компаратора 11 по вл етс  импульс, переключающий распределитель 9 в состо ние, коммутатор 4 переключаетс  в нижнее положение, в результате прекращаетс  интегрирование напр жени  - и, начинаетс  интегрирование напр жени  -UsT 3-R5T- . Одновременно с началом интегрировани  напр жени  Уэт. осуществл етс  переключение реверсивного счетчика 10 в режим обратного счета. В момент равенства кодов на входах цифрового компаратора 11 напр жение на выходе интегратора 5 имеет вели (.j.u....(-i -fe «-iSгде fVjtT, значение кода уставки на вторых входах компаратора; f ГЕН-частота генератора импульсов 7. Поэтому в режиме обратного счета напр жение и измен етс  по закону l;t -т- Интeгpиpoвaниe иэт.продолжаетс  до момента срабатывани  нуль-органа 6 в момент времени ta, когда напр жение Un достигнет начального (исходного) уровн . С момента t j прекрап аетс  подача счетных импульсов на вход реерсивного счетчика 10, с выхода блока выделени  заднего фронта 13 подаетс  импульс переписи кода с выходов реверсивного счетчика 10 в регистр кода 14. Следует различать два случа  в зависимости от соотношени  величин и и иэт. В этом случае Uar срабатывание нуль-органа 6 происходит до перехода реверсивного счетчика 10 в нулевое состо ние и поэтому в регистр кода перепишетс  код Ыиги Ыуйт-NK, величина которого пропорциональна разнице RJT-Rt°, а с выхода триггера знака 16 выдаетс  знак «минус (). В случае UftY-i-UsT до срабатывани  нульоргана 6 происходит переключение распределител  9 в состо ние 19 за счет анализатора , нулевого кода 12 (при нулевом состо нии счетчика 10) и отрезок времени ta-t счетчик накапливает код - Nmn - NH-Nyc-T , величина .которого пропорциональна разнице RtQ- с выхода триггера знака 16 выдаетс  знак «плюс ( Нэт)С момента времени t с блока выделени  заднего фронта 13 Осуществл етс  переключение распределител  9 в исходное состо ние, аналоговый коммутатор 4 устанавливаетс  в среднее положение,, в результате прекращаетс  интегрирование напр жени  UJTРазрешающа  способность и коэффициент преобразовани  устройства могут быть выбраны требуемой величины зменением кода уставки - NycT. Действительно, Кпр.. :|щ (NK-NycT R3T. NK- МУСТ R3T.(1 + CT}-R3T. оСТ где Кпр-коэффициент преобразовани , () Л - температурный коэффициент с противлени  Rt°; Т-абсолютна  температура, °С (подразумеваетс , что при 0°С R,, Rt. Такил образом, на точность преобразовани  не оказывают вли ни  нестабильности: частоты генератора импульсов 7, посто нной интегрировани  интегратора 5, выходного тока 3. Источник тока 1, смещение нул  интегратора 5 и нуль-органа 6. Устройство обеспечивает пр мой отсчет температуры в диапазоне температур (-232-4-232 )°С. Устройство может использоватьс  дл  пр мого отсчета других параметров, приводимых к изменению сопротивлени , а также дл  пр мого отсчета отклонени  сопротивлени  при соответствующем выборе коэффициента преобразовани  с помощью кода уставки. Формула изобретени  Аналого-цифровой преобразователь температуры , содержащий реверсивный счетчик , нуль-орган, генератор импульсов, источник тока, выходы которого соединены с последовательно включенными эталонным и термозависимым резисторами и первым и вторым входами аналогового коммутатора, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности преобразовани  и обеспечени  возможности изменени  коэффициента преобразовани , в преобразователь введены регистр кода, анализатор нулевого состо ни , цифровой компаратор, распределитель, элемент ИЛИ, блок выделени  заднего фронта, триггер знака отклонени , элемент И, интегратор , первый вход которого соединен с переключающим выходом аналогового коммутатора , второй вход подключен к объединенным выводам эталонного и термозависимого резисторов, а выход через нуль-орган соединен со входом блока выделени  заднего фронта и с первым входом элемента И, второй вход которого .соединен с выходом генератора импульсов, а выход подсоединен -к тактирующему входу реверсивного счетчика, вход управлени  которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а нулевой вход подсоединен с шиной запуска, с первым, вторым и третьим входами распределител  и с нулевым входом триггера знака отклонени , единичный вход которого соединен с четвертым входом распределител  и с выходом анализатора нулевого состо ни , входы коTopofo соединены с первыми входами цифрового компаратора с D-входами регистра кода и с выходами реверсивного счетчика, при этом вторые входы цифрового компаратора соединены с шинами кода уставки, а выход подключен- к п тому входу распределител , шестой вход которого соединен с импульсным входом регистра кода и с выходом блока выделени  заднего фронта, а первый выход соединен с первым управл ющим входом аналогового коммутатора и с первым входом элемента ИЛИ, второй выход соединен со вторым управл ющим входом аналогового коммутатора, третий выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 556351, кл. G 01 К 7/00, 02.12.75.

   fllin температуры