Многоточечный цифровой термометр

Многоточечный цифровой термометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 01 К 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21). 4279749/24-10 (22) 10.07.87 (46) 07. 03. 89. Бюл. й- 9 (72) А.В.Заборня, В.Н.Камышев, Н.П.Кохан, Н.В.Матвеев и Г.П.Шандурин (53) 536.532 (088.8) (56) Патент США У 4114442, кл. 73/341, опублик. 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 932777, кл. G 01 К 7/02, 1978.

:(54) МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР (57) Изобретение относится к области ,,температурных измерений. Целью изоб ретения является повышение точности

1 измерения температуры путем уменьшения погрешностей измерения, вызванных

:нестабильностью параметров элементов .термометра и индивидуальным отклоне.нием градуировочных характеристик термопреобразователей от стандартных.

По командам с блока управления 14 с комощью преобразователя напряжения. в частоту б счетчика 7 коммчтато„„80„, 3464048 А1 ров 1,4 и усилителя 2 в блок памяти .(БП) 8 записываются, коды, пропорциональные выходным сигналам термоэлектрических преобразователей (ТЭП), термопреобразователя 5 температуры свободных концов ТЭП и блока опорных напряжений 3 ° Сигналы с выхода БП 8 через бпок нормирования 9, функциональный преобразователь 11 и регистр

12 поступают на вход первого сумматора 10, на выходе которого формируется код температуры каждого ТЭП с учетам температуры его свободных концов. Первый и второй блоки интерполяции 13, 16, второй сумматор 17, блок делений 15 осуществляют коррек- а цию выходного сигнала сумматора 10.

Измеряемая температура и номер измерительного канала отображаются блоком индикации 18. Блок нормирования С

9 содержит три регистра, два блока вычитания, блок деления. Блок интерполяции 13 (16) содержит два регист-,е ра, счетчик, блок памяти, сумматор, р блок вычитания, элемент задержки, . ау умножитель з и ф — лы 4 ил

1464048

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно цифровым измерителям температуры с компенсацией нелинейности характеристики термопреобразователя.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем уменьшения погрешностей измерения вызванных нестабильностью 10, параметров элементов термометра и индивидуальным отклонением градуировочных характеристик термопреобраэователей от стандартньи.

На фиг.1 представлена блок-схема многоточечного цифрового термометра; на фиг,2 — функциональная схема блока нормирования; на фиг.3 — функциональная схема блока интерполяции; на фиг.4 — блок управления и временные 20 диаграммы его работы.

Многоточечный цифровой термометр (фиг. 1) содержит кодоуправляемый коммутатор 1, к входу которого подключаются термоэлектрические преоб- 25 разователи (ТЭП) (не показаны), усилитель 2, блок 3 опорных напряжений (ВОН), второй кодоуправляемый коммутатор 4, термопреобразователь 5 температуры свободных концов ТЭП„ 3р формирующий сигнал, пропорциональный температуре свободных концов ТЭП., преобразователь 6 напряжения в частоту (ПНЧ), счетчик 7, блок 8 памяти, блок 9 нормирования, первый сумматор

10, функциональный преобразователь

11, регистр 12, первый блок 13 интерполяции., блок 14 управления (БУ),, блок 15 деления, второй блок 16 интерполяции, второй сумматор 17 и 40 блок 18 индикации.

Блок нормирования (фиг.2) содержит первый 19, второй 20 и третий .

21 регистры, первый блок 22 вычитания, блок 23 деления и второй блок 45

24 вычитания.

Блок 13 интерполяции (фиг.3) идентичен блоку 16 интерполяции и содержит первый регистр 25, счетчик 26, ; блок 27 памяти, второй регистр 28, сумматор 29, элемент 30 задержки, блок 31 вычитания и умножитель 32.

Цифровой термометр работает спедующим образом, По. командам с БУ 14, подаваемым на кодоуправляемые коммутаторы 1 и

4, к входу ПНЧ б через коммутаторы

1 и 4 и усилитель 2 поочередно подключаются ТЭП, выходы БОН 3, а также выход термопреобраэователя 5 температуры свободных концов ТЭП.

Импульсы с ПНЧ 6 суммируются в счетчике 7 и после окончания счета записываются в блок 8 памяти по соответствующим адресам, устанавливаемым

БУ 14 на своем шестнадцатом выходе.

При этом в блоке 8 памяти образуются код N при подаче с БОН 3 напряже.ния U„, соответствующего нижнему значению измеряемой температуры; коды

N,„...,N сигналов с подключаемых

ТЭП; код N „, при подаче с БОН 3 напряжения U >, соответствующего верхнему значению диапазона измерения температуры; код N <+ при подаче с

БОН 3 напряжения 0 „, соответствующего нижнему значению диапазона измерения температуры свободных концов термопреобразователя 5; код И к,> при подключении термопреобразователя

5; код N,< при подключении с БОН 3 напряжения U ц, соответствующего верхнему значению диапазона измерения температуры свободных концов термопреобразователя 5.

При этом для повышения точности преобразования сигнал с третьего выхода БУ 14 запрещения счета снимается.через время dT const которое выбирается большим времени установления коммутаторов 1 и 4 и усилителя

2. Запись в блок 8 памяти чисел N; производится импульсом с четвертого выхода блока 14 управления, поступающим перед импульоом запрещения счета счетчиком 7. В промежутках между импульсами записи чисел N; в блок

8 памяти устройство выполняет сле-. дующие действия: устанавливая на шестнадцатом выходе БУ 14 соответствующие адреса, из блока 8 памяти извлекается тройка чисел N „, N „, N<+<, которые последов:.тельно подаются в регистры 19-21 блока 9 нормирования, который определяет код нормированного входного сигнала с термопреобраэователя 5

N к+э — Na+a

nñ к+б Б k 1

Код n преобразуется преобразователем 11 в код и, = аоп + а„п, + а й„(2) (6) 1464048

4 где а, а,, а — постоянные коэффи- в„ циенты определяемые по номинальной

В

49 статической характеристике термоэлектрических преобразователей

5 где ло = const — величина отрезка подключаемых коммутатором 1. коррекции отклонения реальной ГХ от

Запись кодов N +z, N„+, N „в идеальной. регистры 19-21. блока 9 нормирования Код Р, подается на блок 16 интеросуществляется по сигналам с пятого, поляции, который определяет поправку шестого и седьмого выходов БУ t4. 10 по температуре

По сигналу с восьмого выхода БУ 14. код и записывается в регистр 12. йб,=а„(1)+ fa (l+t) — (1)1 (P - 1)

После этого из блока 8 памяти по сигналам с пятого, шестого и седьмого (7) выходов БУ 14 в блок 9 нормирования 15 где 1 — целая часть числа. ;"Р „ Л,(1) выдается тройка чисел No N„, N „, . I отклонение реальной ГХ ТЭП от идеальС выхода блока 9 нормирования код ной при. температуре 1 Лв.

IV п„нормированного сигнала по входу Числа 6, и 86 подаются на сумматор

1, соответствующий напряжению с вь-. t7 на выходе которого появляется код хода первого ТЭП, значения температуры

N, — N, (3)

Ng+g No

1 подается в сумматор 10, на выходе ко- 25 торого будет код напряжения входного сигнала первого ТЭП, приведенный к температуре свободных 8 0 (4) n„=n>+n (с1

Этот код подается на блок 13 интерполяции, который преобразует его в код 8, температуры в точке измерения первого ТЭП для случая идеального соответствия градуировочной харак- 35, теристики используемого ТЭП номинальной статической характеристике по

ГОСТ 3044-84:

6,=.8ц,+ (6(„) - 0(,,). (n,- 2 -)), 40 (5) где j (и 2 ) - q6aaa часть числа

1 — 45 и 2 ; 2 — количество отрезков интерполяции номинальной статической характеристики ТЭП; 8 ;t = const †.значение температуры на конце j-го отрезка интерполяции номинальной статической градуировочной характеристики (ГХ). Значения 8 >t получают исходя из соответствующей градуировки на ТЭП по ГОСТ 3044-84 путем разбиения ее на 2 » равных отрезка по напряжению. Значение 6(tlзаранее заносится в блок 27 памяти. Код поступает в блок 15 масштабирования, на выходе которого появляется код (8) B,=8, +дО,, На фиг.2 приведен пример реализации блока 9 нормирования. Тройка чисел Nw+z "к з N к+а или No Nis

И„„подается в регистры 19-21, для чего они стробируются импульсами с выходов 6-8 БУ 14. Блоки 22 и 24 вычитания формируют коды числителя и знаменателя в еоответствии с выражением (1) или (3), а блок 23 деления определявт частное. В результате на выходе блока 9 нормирования появляется код п или и,. Блоки

13 и 16 интерполяции могут быть выполнены в соответствии с фиг.3.

Для определенности рассмотрим работу интерполятора 13. В регистр 25 по импульсу, поступающему с девятого выхода БУ .14, записывается число й,.

Код j старших разрядов й, поступает. .на адресные входы блока 27 памяти, по сигналу с выхода 10 БУ 14. Поэтому на выходе блока памяти появляется число 8<;1. Этот код записывается в регистр 28. После этого импульсом с одиннадцатого выхода БУ 14 содержимое счетчика 26 увеличивается на единииндицируемый блоком 18 индикации.

В дальнейшем преобразования (4)-(8)

Ф повторяются для других ТЭП, в резуль:тате на блоке 18 индикации появляют»

;ся значения температуры 8, О,..., 8„ и номера канала. После

;обновления массива чисел Я0,... ° N < преобразования (1)-(8) повторяются снова и т.д.

048 6 соединен с выходом первого кодоуправляемого коммутатора, второй и третий входы — с первым и вторым выходами блока опорных напряжений, четвертый вход — с выходом термопреобразователя температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей, выход подключен к входу преобразователя напряжения в частоту, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом первого кодоуправляемого коммутатора адресными входами блоков интерполяции и управляющим входом. блока индикации, третий выход подключен к входу сброса счетчика, а четвертый выход соединен с входом записи блока памяти, вход которого подключен к выходу счетчика,. а выход — к блоку нормирования, син.хронизирующие входы которого соединены соответственно с пятым, шестым и седьмым выходами блока управления, а выход соединен с первым, входом. первого сумматора и через функциональный преобразователь подключен к входу регистра, вход записи которого соединен с восьмым выходом блока управления, а выход подключен к второму. входу первого сумматора, выход которого соединен через первый блок интерполяции с входом блока, деления и первым входом второго сум.матора,выход которого подключен к блоку индикации, а второй вход через второй блок интерполяции соединен с выходом блока деления, при этом девятый, десятый и одиннадцатый выходы блока уйравления,подключены к первому и второму синхронизирующим и счетному входам первого блока инможет быть выполнен согласно фиг.4. Он включает в себя генератор 33, .счетчик 34 и постоянное запоминающее устройство 35. БУ 14 выполняет функцию синхрогенератора и обеспечивает 0 выдачу управляк цих импульсов на другие блоки устройства в соответствую(. щие моменты времени. Кроме того, БУ 14 перед выдачей управляющих им —пульсов обеспечивает установку соот35 ветствующего адреса на шестнадцатом выходе.

Ф о р м у л а

5 1464 цу, а на выходе блока 27 памяти появляется число 8<;ii,1 . B результате на выходе сумматора 31 будет число

8 (р1) — 8(;) на выходе умножителя

32 — число $8< .,у-8(,1),(п 2" -j), а на выходе сумматора 29 будет число в соответствии с выражением (5). На вторые адресные входы блока 27 памя. ти блока 13 интерполяции из БУ 14 по-1О дается код адреса, определяющий область памяти, соответствующую нахож" дению ГХ ТЭП соответствующего типа, например ХК, ХА, ТПР и т.д. Блок 16 интерполяции выполнен и работает ана- 15 логично блоку 13 и отличается толь ко тем, что на адресные. вторые входы ! ,, блока 27 памяти подается код адреса подключенного канала для определения

;области памяти, соответствующей инди- 20 видуальному разбросу ГХ ТЭП этого канала от номинальной статической

ГХ по ГОСТ 3044-84.

Устройство реализуется на стандарт .ных микросхемах. Блок 14 управления 25 и з обретения 40

1. Многоточечный цифровой термометр, содержащий термоэлектрические преобразователи, подключенные к входам первого кодоуправляемого коммутатора, термопреобразователь температуры свободных концов термоэлектрических преобразователей, блок памяти, счетчик, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, и блок индикации, о т л,ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены блок опорных напряжений, усилитель, блок нормирования, функциональный преобразователь, два сумматора, регистр, два блока интерполяции, блок деления, блок управления и второй кодоуправляемый коммутатор, первый вход которого через. усилитель терполяции соответственно, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый выходы блока управления подключены к первому и второму синхронизирующим и счетному входам второго блока интерполяции соответственно, пятнадцатый выход — к входу записи блока индикации, шестнадцатьп выход — к адресным входам блока памяти, а третий и четвертый выходы блока опорных напряжений подключены к входам первого кодоуправляемого коммутатора.

2. Термометр по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок нормирования содержит три регистра, два блока вычитания и блок деления,.вы7 14640 ход которого является выходом блока . нормирования, а входы подключены к выходам блоков вычитания, при этом входы регистров объединены и являют5 ся входами блока нормирования, выход первого регистра подключен к первому входу первого блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу вто рого регистра и первому входу второ- 1О

;го блока вычитания, второй вход кото рого подключен к выходу третьего регистра, а синхронизирующие входы регистров являются синхронизирующимн входами блока нормирования. 35

3. Термометр по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем,что каждый блок интерполяции содержит два регистра, счетчик, блок памяти, элемент эадерж- 2р ки, блок вычитания, умножитель и сумматор, выход которого является выходом блока интерполяции, входом которого является вход первого регистра, 48 8 выходы старших разрядов которого подключены к установочному входу счетчика, а выходы младших разрядовк первому входу умножителя, второй вход которого подключен к выходу блока вычитания, а выход — к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго регистра и первым входом блока вычитания, второй вход которого подключен к вхо" ду регистра и выходу блока памяти, адресный вход которого является ад ресным входом блока интерполяции, а вход подключен к выходу счетчика, при этом первым и вторым синхрониэи рующими входами блока интерполяции являются синхронизирующие входы первого регистра и счетчика, счетный вход которого является .счетным входом блока интерполяции, а синхрони-: зирующий вход первого регистра через элемент задержки соединен с синхро;низирующим входом второго регистра.

1464048 ммух

y3(z ) дл uW с

Og

)л 3 дыу3

Ф (е и

7 Ве, В

9 ф

И

11

12

Составитель В Куликов

Редактор H.Ëàçàðåíêî Тенред ц.дидык

Корректор Л. Пилипе нк о

Заказ 81á/46 Тираж 573 Подписное

ВНИКПК Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )K-З5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101