Преобразователь температуры в код

Преобразователь температуры в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение касается контактных измерений температуры с использованием термоэлектрических преобразователей с нелинейной зависимостью термо- ЭДС от температуры рабочего спая. Цель изобретения - повьппение точности измерения и сокращение аппаратурных затрат. В памяти постоянного запоминающего устройства 5 хранятся значения коэффициентов, определяющих каждую из прямых действительной корректирующей функции и коды границ отдельных участков аппроксимации. Текущее значение функции циклически вычисляется устройством 13 перемножения и сумматором 3 на основании да нных, хранимых в памяти постоянного запоминающего устройства 5, и текущего значения кода термоЭДС. Рабочий диапазон устройства разбит на m неперекрывающихся и примыканицих друг к другу участков так, что каждому участку соответствует определенный интервал измеряемого параметра температуры и кода на выходе аналого-цифрового преобразователя 2 (АЦП). Каждому из участков аппроксимации соответствует группа последовательных возможных состояний АЦП 2. 1 з,п.ф-лы, 3 ил. Q S с кэ сл ts3 оо

сОюз сонетсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 К 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А ST0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ госудА ственный HGMHTET cccp по делАм изов чтений и отн1 ытий (21) 3915284/24-10 (22) 18.06.85 (46) 07.03,87, Бюл. ¹- 9 (71) Тернопольский финансово-экономический институт и Физико-механический институт им, Г,В,Карпенко (72) А,А.Саченко, Ю,В.Поздняков, А.В.Позднякова, Ю,П.Троценко и А.И.Золотарев (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1118871, кл. С 01 К 7/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1037086, кл. G Oi К 7/22, 1980. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕИПЕРАТУРЫ В

КОД (57) Изобретение касается контактных измерений температуры с использованием термоэлектрических преобразователей с нелинейной зависимостью термоЭДС от температуры рабочего спая, Цель изобретения — повьппение точноSU 1295237 А 1 сти измерения и сокращение аппаратурных затрат. В памяти постоянного saпоминающего устройства 5 хранятся значения коэффициентов, определяющих каждую иэ прямых действительной корректирующей функции и коды границ отдельных участков аппроксимации.

Текущее значение функции циклически вычисляется устройством 13 перемножения и сумматором 3 на основании данных, хранимых в памяти постоянного запоминающего устройства 5, и текущего значения кода термоЭДС. Рабочий диапазон устройства разбит на m неперекрывающихся и примыкающих друг к другу участков так, что каждому учас- ф тку соответствует определенный интервал измеряемого параметра температуры и кода на выходе аналого-цифрового преобразователя 2 (АЦП), Каждому из участков аппроксимации соответствует группа последовательных возможных состояний АЦП 2. 1 s.ï.ô-лы, 3 ил.! 1295237 2

Изобретение относится к контактным измерениям температуры с использованием термоэлектрических преобразователей (ТЭП) с нелинейной зависимостью термоЭДС от температуры рабочего 5 спая (РС) .

Целью изобретения является повышение точности измерения и сокращение аппаратурных затрат эа счет уменьшения необходимой емкости памяти постоянного запоминающего устройства.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 — схема компаратора, на фиг.3 — графики номинальной и действительной корректирующих функций, Устройство содержит термоэлектрический преобразователь (ТЭП) 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 20

2, сумматор 3, первый двоичный счетчик 4, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 5, блок 6 индикации, второй двоичный счетчик 7, дешифратор

8, компаратор 9, схему 10 начальной 25 установки (СНУ), первый двухвходовый

11, второй 12 трехвходовый логические элементы ИЛИ и устройство 13 перемножения.

Компаратор содержит М = 1 И/4 (че- 30 тырехразрядных узлов сравнения (где

N — число разрядов сравниваемых ко- дов) первый логический элемент ИЛИ

14, второй логический элемент ИЛИ 15. причем каждый из узлов сравнения содержит четыре логических элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-19, четыре логических элемента НЕ 20-23, первый, 24, второй 25 трехвходовые, третий 26, четвертый 27 четырехвходовые, пятый д0

28, шестой 29, седьмой.30 пятивходовые, восьмой 31, девятый 32 шестивходовые логические элементы И, третий 33, четвертый 34 четырехвходовые логические элементы ИЛИ. 45

Устройство работает следующим образом.

При включении питания схема 10 начальной установки через первый логический элемент ИЛИ 11 устанавливает первый 4 и второй 7 счетчики в нулевое состояние. На первой группе выходов ПЗУ 5 появляется код первой границы, поступающий на первую группу входов компаратора 9. Единичный сигнал с первого выхода дешифратора 8 поступает на вход "Разрешение преобразования" АЦП 2, к первому и второму входам которого подключен термоэлектрический преобразователь 1, а группа выходов АЦП 2 соединена с второй группой входов компаратора 9. Сигна" лом АЦП 2 "Преобразование завершено поступающим на третий вход второго логического элемента ИЛИ 12, состояние второго счетчика 7 увеличивается на единицу и единичным сигналом с второго выхоца дешифратора 8 разрешается операция сравнения компарато-. ра 9. Если результат сравнения "больше — равно, то единичный сигнал с первого выхоца "больше — равно" компаратора 9 поступает на счетный вход первого счетчика 4 и состояние первого счетчика 4 увеличивается на единицу. Соответственно, на первой группе выходов ПЗУ 5 появляется код второй границы, поступающий на первую группу входов компаратора 9, и вновь производится сравнение.

Если результат сравнения "меньше", то единичным сигналом с выхода 2

"меньше" компаратора 9, поступающим на второй вход второго логического элемента ИЛИ 12, состояние второго счетчика 7 увеличивается на единицу и единичный сигнал с третьего выхода дешифратора 8 подается на вход "Разрешение умножения" устройства 13 умножения, первая и вторая группы входов которого соединены соответственно с группой выходов АЦП 2 и третьей группой выходов ПЗУ 5 ° Сигналом готовности "Умножение завершено", поступающим на первый вход второго логического элемента ИЛИ 12, состояние второго счетчика 7 увеличивается на единицу, и единичный сигнал с четвертого выхода дешифратора 8 подается на вход "Разрешение суммирования" сумматора 3, первая и вторая группы входов которого соединены соответственно с второй группой выходов ПЗУ 5 и группой выходов устройства 13 умножения. Сигналом "Суммирование завершено", поступающим на второй вход первого логического элемента ИЛИ 11, первый 4 и второй 7 счетчики переводятся в нулевое состояние и процесс преобразования начинается вновь.

Блок 6 цифровой индикации 6 индицирует на промежутке между завершениями двух циклов преобразования результат, соответствующий значению кода на выходах сумматора 3. Ниже показано, что этот результат соответствует значению измеряемой температуры в градусах, 12952

ТермоЭДС Е(Т) ТЭП 1, нелинейно зависящая от температуры Т его рабочего спая, поступает на вход AUII 2, которым на каждом цикле преобразования формируется код термоЭДС N,(Е), про- 5 порциональный значению ЭДС Е(Т):

N, (Е) = КЕ(Т), (1) где К вЂ” постоянный коэффициент.

Поскольку ЭДС Е(Т) отличается от линейно зависящего от температуры напряжения U,(Ò), имеет место, абсолютная погрешность линейности

4U Ä(T) = Е(Т) — UÄ (т) . (2)

Из уравнения (2) может быть определена номинальная корректирующая функция VÄÄ (T) (3) U„„ (T) = -ьП„(Т), Е(Т) + U„„(T) = U„(T), (4} поскольку, как следует из выражения (1):

30 (5) aU „(T) = Пл(Т) ° суммирование которой с измерительным сигналом Е(Т) обеспечивает нулевую остаточную погрешность линейности полученного измерительного сигнала

37

Определенная укаэанным образом номинальная корректирующая функция

U„„ (E) для серийных ТЭП имеет нелинейный характер, Как видно из фиг.3 значения

U„ (T,Å) в рабочем диапазоне (Т„,„„, Т„„ ) или fF. „, E„„) положительны (U,„(Ò,Å) ) О), а первая проиэводd(U. (Е)1 ная функции U (Е) = — — — — — мекн dE няет знак внутри рабочего диапазона, При этом функция П„„ (Е) имеет точку перегиба, в которой вторая производная функции U (Å), U (Å) (ЕН

= ----- — — равна нулю.

dE

В предложенном устройстве идеальная номинальная корректирующая функция аппроксимирована кусочно-линейной действительной корректирующей функцией П„(Е), Таким образом, погрешность аппроксимации в данном случае определяет остаточную погрешность линейности и в любой точке рабочего диапазона не ,превышает значения предельно допускаемой абсолютной погрешности линейности Ю„р,„ . На фиг.3 приведены значения и графики верхней

Номинальная корректируюцая функция

U (Т) может быть также определена кн относительно переменных Е(Т) или

N,(E) в виде U„„ (E) или Б„„ (И), поскольку эти переменные связаны взаимно однозначными функциональными зависимостями

Е = f(T), N, = f(E).

Поскольку ТЭП характеризуется отличиями его действительной градуировочной характеристики Е(Т) от номинальной (гостированной) Е„ „ (Т), мо жет быть определена также и функция собственной погрешности ТЭП в зависимости, например, от параметра Т а Е (Т) = Е(Т) — Е„(Т) . (6)

Значения aE„ (T) также могут быть определены относительно переменной Е в виде аЕ„„ (Е). Благодаря этому уже в номинальной корректирующей функции

V,„ „(Е) может быть учтена поправка, компенсирующая собственную погрешность ТЭП от несоответствия его действительной характеристики преобразования номинальной. (E) = U,„„(E) + a U (7) и нижней

35 н (E) = U.„„(E) — аП.ао„в (8) ограничивающих функций, в промежутке между которыми могут лежать значения действительной корректирующей функции

U„ (E). При этом должно быть выполк нено условие

U„(E) с U„(E) с U (Е) ° (9)

Очевидно, что при выполнении это45

ro условия погрешность аппроксимации, и, соответственно, остаточная погреш-. ность преобразования устройства

aUÄ - l U„ (E) — П (Е)1 (1О)

50 во всем рабочем диапазоне не превысит допускаемого значения: (11)

В памяти ПЗУ 5 хранятся значения коэффициентов, однозначно определяющих каждую из прямых действительной корректирующей функции, и коды границ отдельных участков аппроксимации, а

5 !295237 6

3 з

М12 i

1приN,iN, ? при Н„ М, (16) j(N,) =

° ° ° ь. при N, <

m при N,< >

1 = 0 ш, Ne< N

1 - 11

Ы1 с N, (13) 50

55 текущее значение функции циклически вычисляется устройством 13 перемножения и сумматором 3 на основании данных, хранимых в памяти ПЗУ 5 и текущего значения кода N, (Е). Действи- 5 тельная корректирующая функция, таким образом, фактически реализована в виде цифрового кода М„ (31,) и может быть представлена в виде

N, (N) =аN, +Ь.; j =1,...,m, (12) где а., b, — коэффициенты, однозначно определяющие каждую из

m прямых, реализующих кусочно-линейную аппроксимирующую функцию, m — число участков аппроксимации — номер участка аппрокси20 мации, зависящий от значения кода N- = f(N,) . О )1 12,, 1„° < граничные значения кода N,(Е), соответствующие границам участков аппроксимации.

В конце каждого цикла преобразования АЦП 2 его выходной код Nq(E) одновременно поступает на входы ком- 35 паратора 9 и устройства 13 перемножения. При этом компаратор 9, сравнивая поступившее на его вход значение кода с кодами границ участков аппроксимации, записанными в ПЗУ 5, опреде- 40 ляет .при помощи счетчика 4 принадлежность текущего значения кода N (Е}

1 к одному из участков аппроксимации, счетчик 4 выдает признак этого участка на адресный вход ПЗУ 5 в виде кода 45 адреса, который устанавливает на второй и третьей группах выходов ПЗУ 5 соответствующие коэффициентом а, Ь.

J 4 коды И э Ь4 °

Таким образом, компаратор ПЗУ 5 и счетчик 4 реализуют функцию распознавания принадлежности поступающего на вход компаратора 9 кода к одному из участков, на которые разбит весь диапазон всех возможных состояний

АЦП 2. Таким образом, рабочий диапазон устройства разбит на ш неперекрывающихся и непосредственно примыкающих друг к другу участков так, что каждому участку соответствует определенный интервал измеряемого параметра

Т, и, соответственно, кода на выходе АЦП 2 N1(F). Это означает, что каждому из участков аппроксимации соответствует группа последовательных возможных состояний АЦП 2.

Значения а ., Ь кодов N, N „

3 3J коэффициентов подаются на первые группы вхоцов перемножителя 13 и сумматора 3, где и вычисляется значение функции по формуле (12), На выходе сумматора 3 формируется скорректированное значение кода

N,„(N = 3,(E) + N„(N) (14)

N,Ä (N,) = N,(Е) + aÄNÄ + Ь„° (15) Фактически в устройстве реализуется вычитание по формуле

N,„(N ) = N,(a;+ 1) + b„, которая легко может быть получена из выражения (15), а в памяти ПЗУ хранятся, соответственно, коды коэффициентов (а; + 1), Ь„ вместо а. и Ь„.

Компаратор 9 работает следующим образом.

Если на вход разрешения сравнения компаратора 9 подается сигнал "единичного уровня, то происходит сравнение кодов Х(Х1,Х,... „Х „) и

Y(Y Y У ) поступающих соответственно на первую и вторую группы входов компаратора 9, причем поразрядное сравнение кодов Х,; и Y:;(i

1,2.. .,N) осуществляется в соответствуюших элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 16-19 и элементах НЕ 20-23 каждого узла сравнения.

В случае равенства поступающих кодов Х и У на выходах элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-19 появляется сигнал нулевого уровня, а на выходах элементов НЕ. 20-23 — единичного уровня, На выходах седьмых элементов И

30 всех узлов сравнения появляется сигнал единичного уровня, т.е. на третьих выходах всех узлов сравнения появляется единичный уровень и с тре,тьего выхода И-го узла сравнения этот единичный уровень поступит на (И+1)-й вход второго логического элемента

ИЛИ 15, т.е. на втором выходе "больше-равно" компаратора 9 появится сигнал единичного уровня.

В с Дунае неравенства к11лов Х и У хотя бы н ОДном из разрядов X u

Y;(i. = 1,,111) на Выходе соответствующего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ появится сигнал единичного уровня, а на выходе соответствующего элемента

НŠ— нулевого уровня. В результате на первом ипи втором выходах соотнет— стнующего узла сравнения (н зависимости от того, X . (У. или X > У со- 1р

1 1 1 ответственно), н котором выявится признак неравенства, появится сигнал единичного уровня, который поступит на вход первого ипи второго логических элементов ИЛИ 14 и 15 соответстненно.

Таким образом, н зависимости от того X < У или X . 0 У. соответстнен1 i i

1 1 но на выходах 1 "меньше" или 2 "боль-2р ше-равно" компаратора 9 появится сигнал единичного уровня. изобретения

Формула

1. Преобразователь температуры в код, содержащий термоэлектрический преобразователь, подключенный к входу аналого-цифрового преобразователя, дна счетчика, выход первого из кото- 39 рых соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства, блок цифровой индикации и компаратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, сокращения аппаратурных затрат за счет уменьшения необходимой емкбсти блока памяти, в преобразователь дополнительно введены дешифратор, схема начальной установки, первый двухвхо- 4р доной и второй трехнходовой логические элементы ИЛИ, устройство перемножения и сумматор, причем выходы аналого-цифрового преобразователя подключены к первой группе входов ком- 45 паратора, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов постоянного запоминающего устройства, а первый выход подключен к счетному входу первого двоичного счетчика, второй выход компаратора соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход схемы начальной установки соединен с первым входом первого логического элемента 55

ИЛИ, вь>ход которого подключен к установочным входам первого и второго двоичных счетчиков, причем вторая группа выходов постоянного эапоминаю1295?37 8 щего устрс йствл с Оепинена с IIppB< 11 группой ВхОдОВ с умма тора 1 я тре7 ья группа нь1ходов подключена к г1ерной группе входов устройства перемножения, вторая группа входов которого соединена с выходами аналого-цифрового преобразователя, а выходы — с второй группой входов сумматора, выход которого соединен с блоком цифровой индикации, при этом выход гторого логического элемента ИЛИ соеди— нен со счетным входом второго двоичного счетчика, выход которого соединен с. адресным входом дешифратора, первый выход которого соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, второй выход подключен к входу разрешения выполнения операции сравнения компаратора, третий и четвертый выходы соединены соответственно с входами разрешения выполнения операций устройства перемножения и сумматора, а выходы готовности результата устройства перемножения и аналого †цифрово преобразователя соединены соответственно с вторым и третьим входами второго логического элемента ИЛИ, причем выход готовности результата сумматора подключен к второму входу первого логического элемента ИЛИ, 2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что компаратор содержит М = ) N/4(четырехразрядных узлов сравнения, где N — число разрядов сравниваемых кодов, М-входовый и (М+t)-входовый логические элементы ИЛИ, причем первая группа входов компаратора является первыми группами нходон всех узлов сравнения, вторая группа входов компаратора является второй группой входов всех узлов сравнения, первые выходы всех узлов сравнения подключены к входам M-входового перного логического элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом компаратора, вторые выходы всех узлов сравнения подключены к входам (М+1 )-входового второго логического элемента ИЛИ, выход которого является вторым выходом ком:паратора, причем каждый из узлов сравнения содержит четыре логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четыре логических элемента НЕ, первый, второй

1трехвходовые, третий, четвертый четырехвходовые, пятый, шестой, седьмой пятивходовые, восьмой, девятый шестивходовые логические элементы И, тре1295237 тий, четвертый четырехвходовые логические элементы ИЛИ, первые входы всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ соединены с первой группой входов каждого узла сравнения и с вторы- 5 ми входами первого, третьего, третьим входом пятого и четвертым входом восьмого логических элементов И соответственно, вторые входы всех логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с второй группой входов каждого узла сравнения, а также с вторыми входами второго, четвертого, третьим входом шестого и четвертым входом девятого логических элементов И соответственно, при этом выходы первого и второго логических элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены соответственно к третьим входам первого и второго и третьего, четвертого логических элементов И и входам первого и второго логических элементов НЕ соответственно, выходы третьего и четвертого логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключены соответст25 венно к четвертым входам пятого, шестого и пятым входам восьмого и девятого логических элементов И и соответственно к входам третьего и чет.вертого логических элементов НЕ, а выход первого логического элемента HE соединен с первыми входами третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого логических элементов И, выход второго логическо- 35

ro элемента НЕ соединен с вторыми входами пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого логических элементов И, выход третьего логического элемента НЕ соединен с третьими вхо- дами седьмого, восьмого, девятого логических элементов И, выход четвертого логического элемента НЕ соединен с четвертым входом седьмого логического элемента И, первый, второй, третий, четвертый входы третьего логического элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами второго, четвертого, шестого, девятого логических элементов И, а первый, второй, тре-, тий, четвертый входы четвертого логического элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами первого, третьего, пятого, восьмого логических элементов И, вход разрешения выполнения операции каждого узла сравне ния соединен с первыми входами первого, второго, четвертыми входами третьего, четвертого, пятыми входами пятого, шестого, седьмого и шестыми входами восьмого, девятого логических элементов И, причем выход седьмого логического элемента И является третьим выходом каждого из узлов сравнения, вход разрешения выполнения операции первого узла сравнения является входом разрешения выполнения операции компаратора, а вход разрешения операции i-ro узла сравнения соединен с третьим выходом t,i-1) — го узла сравнения, где i = 2...М, а третий выход

N-го узла сравнения подключен к (И+1)-му входу второго логического элемента ИЛИ, 1295?37

Разрешени 5ы1295237

Составитель Е.Зыков

Техред В. Кадар

Корректор Т.Колб

Редактор А.Шандор

Заказ б09/47

Подписное

Тираж 777

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35„ Раутская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4