Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения. Для использования только однополярного выходного напряжения цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 15 напряжение UQ,, установленное на выходе задатчика 16, выбирается противоположным по знаку ЦАП 15 и величиной, превышающей ожидаемое максимальное значение напряжения смещения нуля преобразовательного канала с учетом его температурного дрейфа и действия термо-ЭДС. Перед тактом измерения на входе канала преобразования будет зафиксирована величина .напряжения смещения, учитывающая смещение и дрейф нуля, а также термо-ЭДС, действующую в канале преобразования. Реализация такта измерения заключается в том, что напряжение сигнала преобразователя 3.1 через коммутатор 4 и нормирующий преобразователь 5, просуммированное с выходным напряжением сумматора 6, будет преобразовано в соответствующее значение выходной частоты преобразователя 7 напр яжение-код, которое через демультиплексор 8 поступит для фиксирования на измерительный прибор 10. 1 ил. (Л Од оо to О5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕа1УБЛИН иО 4 а 01 К 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3993373/24-10 (22) 24.12 ° 85 (46) 23.08.87. Бюл. Ф 31 (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) В.П.Кручинин, Л.Б.Розенбаум, Т.В.Щетинина и В.И.Клепов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 953470, кл. G 01 К 7/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Р 993043, кл. С 01 К 7/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к температурным измерениям. Цель иэобретения— повышение точности измерения. Для использования только однополярного выходного напряжения цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 15 напряжение

U0,, установленное на выходе задатчика 16, выбирается противоположным по

ЯО,» 1332160 А1 знаку ЦАП 15 и величиной, превьппающей ожидаемое максимальное значение напряжения смещения нуля преобразова" тельного канала с учетом его темпера" турного дрейфа и действия термо-ЭДС.

Перед тактом измерения на входе канала преобразования будет зафиксирована величина .напряжения смещения, учитывающая смещение и дрейф нуля, а также термо-ЗДС, действующую в канале преобразования. Реализация такта измерения заключается в том, что напряжение сигнала преобразователя 3.1 через коммутатор 4 и нормирующий преобразователь 5, просуммированное с выходным напряжением сумматора 6, бу- Я дет преобразовано в соответствующее значение выходной частоты преобразователя 7 напряжение-код, которое через демультиплексор 8 поступит для фиксирования на измерительный прибор

10, 1 ил.

1 13321

Изобретение относится к темпера" турным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с автоматической коррекцией аддитивных .Э погрешностей узлов измерительного канала, и может быть использовано при создании цифровых устройств для дистанционного измерения различных фи-. зических величин. 10

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит иэ аналоговой части 1, которая располагается в непосредственной близости от объекта

1 или на самом объекте, и цифровой час ти 2, удаленной от объекта контроля.

Аноговая часть 1 устройства содер- 20 жит преобразователи температуры в напряжение с калибраторами 3.1,..., Э.п, имеющйми по два выхода (калибровочные а и рабочие 6 ), коммутатор 4, входы которого соединены с êà- 25 либровочными и рабочими выходами преобразователей 3.1,...,3.п„ а выход подключен к второму входу нормирующего преобразователя 5, первый вход zoторога соединен с выходом сумматора З0

6, преобразователь 7 напряжение— частота, вход которого соединен с вь1ходом норьырующего преобразователя

5, а выход подключен к входу демуль типлексора 8, у которого выход а, 35 соединен с первым входом блока 9 цифровых фильтров, а второй и послецующие выходы в,...,в„, на которые коммутируются измерительные каналы, соединены соответственно с первым и последующим входами многоканального .измерительного прибора. 1О, реализуемого, например, на основе частотомера.

Работу узлов устройства синхронизирует генератор !1 тактов, выходом

"соединенный с входом счетчика 12 вы.< бора каналов. Первый информационный выход счетчика 12 каналов соединен с управляющими входами коммутатора 4 и демультиплексора 8 а его второй ин9

50 формационный выход соединен с входом формирователя 13 сброса и управляющим входом 9 блока цифровых фильтров.

Выходы блока 9 цифровых фильтров и формирователя 13 сброса соединены соответственно с первым и установочным входами двоичного счетчика 1ч, который своим выходом соединен с входом цифроаналогового преобразователя

2

15, Выход цифроангпогового преобразователя 15 соединен с первым входом сумматора 6, у которого второй вход соединен с выходом задатчика 16 начального смещения, В качестве преобразователей температуры в напряжение в устройстве могут быть.использованы как термоэлектрические преобразователи, так и термопреобразователи сопротивления, включенные в схему„ формирующую сигнал, пропорциональный сопротивлению термообразователч. В первом случае в качестве калибраторов могут быть использованы источники напряжения с определенным значением напряжения, во втором — эталонные т рмостабильные резисторы, включенные также как и термопреобраэо.натали сопротивления.

Блок 9 цифровых фильтров выполнен в виде перестраиваемого фильтра верхних частот. формирователь 13 сброса представляет собой схему преобразования кодового сигнала в короткий импульс, ис пользуемый для сброса счетчика в нуль.

Устройство работает следующим образом.

При включении IB t BI»Iÿ и подаче стартового сигнала .а первые входы генератора 11 тактов и эадатчмка 16 начального смещения генератор начинает вырабатывать последовательность тактовых импульсов с периодом, равным периоду следсвания калибровочных и измерительных тактов устройства, а на выходе задатчика 16 устанавливается фиксированное значение напряжения

U, . Для испольэованич только однополярного выходного напряжения цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 15 напряжение Ц, выбирается противополОжным по знаку пОследнего и Величиной, превьплающей ожидаемое максимальное значение напряжения смещения нуля преобразовательного канала с у етом его температурного дрейфа и действия термо-ЭДС.

При приходе первого импульса с генератора 11 тактов на счетчик 12 выбора каналов последний сигналом с первого информационного выхода, воэдействующего на управлчющие входыкоммутатора 4 и демул. типлексора 8, подготавливает канал преобразования к калибровке путем подключения на его вход калибровочного вь1>:ода с» первого

1332l6n где К с ! ном

3 ном

50

55 преобразователя 3.1 и выхода а, демультиплексора 8 к входу блока 9 цифровых фильтров. Одновременно сигналом с его второго информационного вы5 хода производится включение блока 9 цифровых фильтров с настройкой на первое установочное значение частоты

f, соответствующее калибровочно HDM му значению сигнала первого преобразователя 3.1 (например, соответствующее величине сопротивления R„ в случае использования термопреобраэователей сопротивления), и через формирователь 13 сброса — установка двоично- !5 го счетчика 14 в состояние с нулевым кодом. При выходном нулевом коде счетчика 14 сигнал на выходе ЦАП 15 равен нулю, а величина выходного напряжения сумматора 6 равна U,„. При этом выходное напряжение U1 нормирующего преобразователя определяется ых (kq с U01) Ц нох (1) 25 — коэффициент передачи нормирующего преобразователя 5; — напряжение смещения в цепи прохождения сигнала, обусловленное смещением нуля и его Зп дрейфом, а также действием термо-ЭДС; — номинальное значение напряжения на выходе преобразователя 7 напряжение — частота, соответствующее установочному значению частоты и „ выходного сигнала.

В силу справедливости неравенства (1) частота выходного сигнала f

1 HOM так как с 8ык f k1 с о f(How (2) где fe, f u fo — значение частот, соответствующие величинам Uk< U H

U „ соответственно, и сигналы этой частоты через блок 9 цифровых фильтров в виде импульсов начинают поступать на вход двоичного счетчика 14, При этом первый импульс, зафиксированный счетчиком 14, устанавливает выходное напряжение ЦАП 15, равное ,И!, что влечет за собой уменьшение выходного напряжения сумматора 6 на эту же величину. В этом случае выражения (1) и (2) принимают вид 1ком (3) 1Вьх f f k1 - fc o1 Ном где d f — приращение выходной частоты преобразователя 7 напряжение — частота при изменении входного корректирующего напряжения на величину dU.

Если блок 9 цифровых фильтров пропускает второй импульс выходной частоты на двоичный счетчик 14, а последний через ЦАП 15 и сумматор 6 изменяет входное корректирующее напряжение на входе канала преобразования на величину 23U, то это говорит о том, что условие выбранного соответствия между !1„ „х и f<„,„,, остаетсяне выполненным. При этом .выражения (3), принимают вид!

1 ых .K(Uk - 1!с 11 о1 + !11ном 1 (4) Циклы прохождения импульсов через блок 9 цифровых фильтров при соответствующих изменениях величины корректирующего напряжения, определенного разностью U „ — пЬЦ и выходной частотой преобразователя напряжение — частота, повторяются до тех пор, пока не выполняется очевидное условие

Unsex K(Uk 2 Ue Ue + ndU)

11 нам (5) f

s нее значения входного сигнала; — установочное значение частоты выходного сигнала; и — число итераций, за которое реализуется такт коррекции.

На этом такт калибровки заканчивается и обобщенная функция f „, — f(+g ) учитывает все аддитивные соЬЧ ставляющие погрешности канала преобразования. Таким образом, перед тактом измерения на входе канала преобразования зафиксирована величина напряжения смещения, учитывающая смеще1332 ние и дрейф нуля, а также термо-ЭДС, действующую в канале преобразования.

По окончании такта калибровки вторым тактовым импульсом с выхода. генератора 11 счетчик 12 выбора каналов

5 действием своего сигнала с первого информационного выхода на управляющие .входы коммутатора 4 и демультиплексора 8 производит отключение ка.либровочного выхода е и подключение измерительного выхода первого преобразователя 3.1, отключение выхода а, демультиплексора 8 и подключение его выхода Ь,на первый вход измерительного прибора 10, что соответствует условиям начала такта измерения.

Реализация такта измерения заключается в том, что напряжение. сигнала преобразователя 3.1 через коммутатор 4 и нормирующий преобразователь 5, про-. суммированное с выходным напряжением . сумматора 6, преобразовано в соответствующее значение выходной часFQTbl преобразователя 7 напряжение-частота, которое через демультиплексор.8 поступает для фиксирования на измерительный прибор 10.

Далее третий импульс с выхода генератора 1! тактов поступает на вход счетчика 11 выбора каналов и последний сигналом с первого информационного выходачерез коммутатор 4 подключает калибровочный выход ц второго преобразователя 3.2 к входу, а выход Ь,, де- . мультиплексора 8 — к выходу канала

35 преобразования для реализации нового калибровочного такта. Одновременнс7 сигналом с второго информационного выхода счетчика 12 выборов канала производится переключение элементов

40 блока 9 цифровых фильтров для его настройки на новое значение установочной частоты 1 „,„, и через формирователь 13 сброса — установка счетчика 14 в нулевое состояние. Лри

45 этом, как и в предыдущем калибровоч ном такте, выходное напряжение на выходе сумматора 6 оказывается рав11 о1 °

Калибровочный такт начинается при

50 подключении калибровочного напряже-.. ния И, пропорционального сопротивлению К второго эталонного сопротивления преобразователя 3.2, к вхо"

55 ду канала преобразования и блока 9 цифровых фильтров, верхняя граничная частота которого равна установочному значению и „В„°

1Ю 6

Выходное напряжение 4 нормиЙ Вых рующего преобразователя и выходная частота канала преобразования определяются условиями

U< В цс K(U << - Uc Цо1 ) (U< цощ 1 (6) и Вих " k2 -t- о 2 нам

Данный такт коррекции по реализации аналогичен предыдущему такту коррекции и может отличаться числом итераций и. Новый такт измерения, результат которого фиксируется при коммутации на второй вход измерительного прибора 10, также аналогичен в реализации предыдущему измерительному такту.

Двойные такты в работе устройства повторяются до тех пор, пока не завершится такт измерения последним преобразователем З.п, после чего счетчик 12 выбора каналов сигналом с третьего выхода одновременно заблокирует прохождение с генератора 10 тактовых импульсов и выключает задатчик начального смещения.

Формула из о.бретения

Устройство для измерения температуры, содержащее преобразователи температуры в напряжение с калибраторами, подключенные к входам коммутатора, цифроаналоговый преобразователь, нормирующий преобразователь, первый вход которого соединен с выходом сумматора, счетчик выбора каналов, вход которого соединен с выходом генератора тактов, а первый информационный выход подключен к управляющему входу коммутатора, и измерительный прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при ди":ч станционных Измерениях, в него введены задатчик начального смещения, блок цифровых фильтров, демультиплексор, двоичный счетчик, формирователь сброса и преобразователь напряжение— частота, вход которого соединен с выходом нормирующего преобразователя, а выход соединен с входом демультиплексора, один из выходов которого соединен с входом блока цифровых фильтров, остальные выходы подключены к измерительному прибору, а управ" ляющий вход подключен к первому информаю онному выходу счетчика выбора

Составитель В. Куликов

Редактор Г. Волкова Техред К.Ходанич Корректор И. Муска

Заказ 3823/37

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

7 13321 каналов, второй информационный выход которого соединен с управляющим вхоФ дом блока цифровых фильтров и через формирователь сброса подключен к установочному входу двоичного счетчика, вход которого соединен с выходом блока цифровых фильтров, а выходы подключены к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого сое" 1О динен с первым входом сумматора, вто60 8 рой вход сумматора соединен с выхо-. дом задатчика начального смешения, первый вход которого соединен с входом запуска генератора тактов, а второй вход подключен к третьему выходу счетчика выбора каналов, соединенному с управляющим входом генератора тактов, при этом выход коммутатора подключен к второму входу нормирующего преобразователя.