Цифровой термометр

Цифровой термометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить надежность цифрового термометра. Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя 3 усиливается дифференциальным усилителем 4 и поступает на опорный вход блока 9 компараторов и входы первого и второго масштабных преобразователей 5 и 11. Напряжение источника 1 опорного напряжения через третий масштабный преобразователь поступает на входы блока 9 компаратора. При превышении сигналом с выхода дифференциального усилителя некоторого порогового уровня срабатывает часть компараторов, в результате чего на выходах дешифратора 10 появляется двоичный код, управляющий работой первого и второго многополюсных переключателей, через которые аналоговый сигнал подключается к входу аналого-цифрового преобразователя 13. В результат преобразования вносится поправка, извлекаемая из ПЗУ 14, конечный результат измерения высвечивается на цифровом отсчетном устройстве 16. 1 ил.

ЯЯ 1,, 1

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪЬЛИК (У1) G 01 К 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OÒ PÛÒ M

flPH ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " ;":, ::;"„- ::;.,„„,, «;, (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР (57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить надежность цифрового термометра. Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя 3 усиливается дифференциальным усилителем 4 и поступает

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4450994/24-10 (22) 04 ° 07.88 (46) 30..04.90. Бюл.. №- 16 (72) И.И. Грибок, В.И. Зорий, С.Г. Романюк, С.А. Савенко и Ю.В. Сасин (53) 536.6 (088.8) (56) Полищук Е.С., Грибок Н.И.

Зорий В.И. Цифровой измеритель высо° ких температур. — Измерительная техника, 1983, №- 1, с. 39-41.

Авторское свидетельство СССР

¹ 847069, кл. С 01 К 7/16, 1981.

„„Я0„„1560990 А 1

2 на опорный вход блока 9 компараторов и входы первого и второго масштабных преобразователей 5 и 11. Напряжение источника 1 опорного напряжения через третий масштабный преобразователь поступает на входы блока

9 компараторов. При превышении сигналом с выхода дифференциального усилителя некоторого порогового уровня срабатывает часть компараторов, в результате чего на выходах дешифратора 10 появляется двоичный код, управляющий работой первого и второго многополюсных переключателей, через которые измеряемый аналоговый сигнал подключается к входу аналого-циф- с е рового преобразователя 13. В результат преобразования вносится поправка, извлекаемая из ПЗУ 14, конечный результат измерения высвечивается на ( цифровом отсчетном устройстве 16.

1 иле

1560990

Изобретение относится к термометрии и может быть применено при измерении температуры с помощью цифровых термометров.

Цель изобретения — повышение надежности.

На чертеже представлена функциональная схема цифрового термометра, Цифровой термометр содержит ис, точник 1 опорного напряжения, сумма-! тор 2, термоэлектрический преобразователь 3, дифференциальный усили тель 4, первый масштабный преобразователь 5, первый многополюсный пере-15, I ключатель 6, двухполюсный ключ 7, третий масштабный преобразователь 8,,1 блок 9 компараторов; дешифратор 10; второй масштабный преобразователь 11, второй многополюсный переключатель 12 интегрирующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 13, постоянное запоминающее устройство 14, вычитающее устройство 15 и цифровое от, счетное устройство 16, 25

Выходные зажимы термоэлектричес кого преобразователя 3 соединены с входами дифференциального усилителя 4, выход которого связан с входами первого 5 и второго 11 масштаб- 30 ных преобразователей и входами компараторов 9, другие входы которых подключены к выходам третьего масштабного преобразователя 8, вход последнего соединен с выходом источника опорного напряжения 1 и одним из входов ! сумматора 2, второй вход .которого связан с одним из выходов двухполюсного ключа 7. Другой выход двухполюсного ключа 7 подключен к инвертирующему опорному входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя

13, неинвертирующий опорный вход ко— торого соединен с выходом сумматора ч

2, неинвертирующий информационный g5 вход интегрирующего АЦП 13 связан с выходом второго многополюсного переключателя 12, а инвертирующий информационный вход подключен к общей шине.

Входы первого 6 и второго 12 многополюсных переключателей соответственно связаны с выходами первого 5 и второго 11 масштабных преобразователей, выход первого многополюсного переключателя 6 подключен к одному из входов двухполюсного ключа 7, второй вход которого связан с общей шиной. Выходы компараторов 9 соединены с входами дешифратора 10, выход которого подключен к управляющим входам первого 6 и второго 12 многополюсных переключателей, ключа f и постоянного запоминающего устройства 14. Выходы последнего соединены с одними информационными входами нычитающего устройства 15, другие входы которого связаны с выходом интегрирующего АЦП

13, а выходы вычитающего устройства

15 связаны с цифровым отсчетным устройством 16.

Цифровой термометр работает следующим образом, Градуировочная характеристика термоэлектрического преобразователя

3 разбивается на участки, для которых выбором значений коэффициентов преобразования дифференциального усилителя 4, первого 5 и второго 11 масштабных преобразователей можно обеспечить заданную допустимую остаточную погрешность нелинейности преобразования измеряемой температуры 9 в цифровой код N на каждом из участков аппроксимации.

Обозначим коэффициент преобразования дифференциального усилителя 4 через К, а коэффициенты преобразования первого 5, второго 11 и третьего 8 масштабных преобразователей в i-м участке аппроксимации .— через K», K,; и К ;. Интегрирующий АЦП 13 имеет функцию преобразования

Пх

KI3 LI оп где К вЂ” коэффициент преобразова13 ния интегрирующего АЦП 13;

Б — входное напряжение, поступающее на информационный вход АЦП 13; опорное напряжение, поступающее на опорный вход

АЦП 13.

Напряжение U íà i-м участке

М аппроксимации формируется следующим образом.

ВыходнаЯ теРмо-ЭДС Е = F(9хуу0 0) термоэлектрического преобразователя

3 (компенсации влияния изменений температуры его свободных концов осуществляются любым известным методом) усиливается дифференциальным усилителем 4, выходное напряжение которого

1560990 (2) % х (6) рп р+ 4 Ех (3) 20

25 (4) 30

40

51 Uo 1<4 I< 5 Е х

50 (5) U on Uc Uo

Это напряжение подается на вход второго масштабного преобразователя

11 и после масштабирования через второй многополюсный переключатель 12 на неинвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 13.

Выходное напряжение второго масштабного преобразователя 11 на i-м участке аппроксимации

Поскольку инвертирующий информационный вход интегрирующего АЦП 13 соединен с общей шиной, выходное напряжение U второго масштабного преобразователя 11 равно входному напряжению Пх, поступающему на 1-м участке на информационный вход интегрирующего AIUI 13, Таким образом

Ux 11 K4 Klieg ЕК

Опорное напряжение U „ íà i-м участке аппроксимации формируется следующим образом.

Если первая производная от функции преобразования E „,= F (бх, 0 С) термоэлектрического преобразователя 3 на i-м участке аппроксимации положительна, то выходное напряжение U дифференциального усилителя 4 после преобразования первым масштабным преобразователем 5 через первый много1 полюсный переключатель 6 и двухполюсный ключ 7 подается на один из входов сумматора 2. При этом посредством двухполюсного ключа 7 инвертирующий опорный вход интегрирующего

АЦП 13 соединяется с общей шиной.

Поскольку на второй вход сумматора 2 поступает выходное напряжение Uo источника опорного напряжения 1, то в этом случае опорное напряжение Uo„ на i-м участке аппроксимации, поступающее на опорный вход интегрирующего АЦП 13, равно выходному напряжению U . сумматора 2, т,е.

Ci де U >; = K< K 5 х выходное напря 55 жение первого масштабного преобразователя 5.

Таким образом, опорное напряжение.

Uonr> поступающее на опорный вход интегрирующего AIQI 13, íà i-м участке аппроксимации при положительном значении первой производной от функции преобразования термоэлектрического преобразователя 3

Если первая производная от функции преобразования термоэлектрического преобразователя 3 на i-и участке апйроксимации отрицательна, то выходное напряжение U< дифференциального усилителя 4 после преобразования первым масштабным преобразователем 5 через первый многополюсный переключатель 6 и двухполюсный ключ 7 поступает на инвертирующнй опорный вход интегрирующего АЦП 13. При этом посредством двухполюсного ключа 7 соответствующий вход сумматора 2 соединяется с общей шиной, В этом случае выходное напряжение Uc; сумматора 2 равно выходному напряжению Uð источника 1 опорного напряжения и подается на неинвертирующий опорный вход интегрирующего АЦП 13, Поскольку на инвертирующий опорный вход интегрирующего АЦП 13 подается выходное напряжение U>, первого масштабного преобразователя 5, то в этом случае на i-м участке аппроксимации при отрицательной первой производной от функции преобразования термоэлектрического преобразователя 3 опорное напряжение подаваемое на опорный вход интегрирующего АЦП 13:

Таким образом, выходной код N интегрирующего АЦП 13, поступающий на один из информационных входов вычитающего устройства 15 на i-м участке аппроксимации, с учетом (1), (4), (5) и (7) выражается как

Ка Кц Ек (8)

Пр+ K 1. 5, -Ех причем в знаменателе на -м участке знак "+ в случае положительной пер,вой производной от функции преобразования термоэлектрического преобразователя З,то есть при ) и

dEx

< х

1560990 знак "-" в случае отрицательной первой производной, т.е. при <0.

dEx

d õ

Выбором значений Кд и К, при заданных К, и К+ согласно выражению (8) обеспечивается с допустимой заданной погрешностью линейность преобразования на i-м участке измеряемой температуры О в выходной код N х (О поступающий на одни информационные . входи вычитающего устройства 15,т.е.

N = К, e „ (где К, — коэффициент преобразования, обеспечивающий линейность преобразования в 1-м участке) .

Дискретное изменение коэффициентов

15 преобразования К . и К, при nepeSi 1 1 .ходе с (i-1)-ro участка аппроксимации на i-й приводит к аддитивному смещению результата преобразования

N в точке 8 (,,1по сравнению с

20 точкой 8 о;, т, е.

8 к (-t) Оо

25 — +gN (9)

Значения dN. рассчитываются предварительно при выборе значений К и

3!

К, Поскольку отличаются значения

Ф на каждом участке аппроксимации, от- личаются и значения эквивалентного 35 аддитивного смещения d М с ù, результата измерения при 8 0 С, т,е„. результат Измерения с учетом dN ; выражается как (10) 40

Nx N- см

Значения Лксм; записываются со своим знаком в постоянное запоминающее устройство 14 по i-му адресу и с выхода постоянного запоминающего 45 устройства 14 поступают на другие информационные входы вычитающего устройства 15, После операции вычитания результат измерения N„, пропорциональный измеряемой температуре 9„, поступает на информационные входы цифрового отсчетного устройства 16 и высвечивается на его цифровом табло.

Формула и э о б р е т е н и я

Цифровой термометр, содержащий термоэлектрический преобразователь, источник опорного напряжения, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и цифровое отсчетное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены дифференциальный усилитель, первый„ второй и третий масштабные преобразователи, первый и второй многополюсные переключатели, блок компараторов, дешифратор, сумматор, двухполюсный ключ, постоянное запоминающее устройство и вычитающее устройство, причем выходные зажимы термоэлектрического преобразователя соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого связан с входами первого и второго масштабных преобразователей и с входами сравнения блока компараторов, опорные входы которого подключены к выходам третьего масштабного преобразователя, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения и первым входом сумматора

У второй вход которого соединен с первым выходом двухполюсного ключа, второй выход которого подключен к инвер— тирующему опорному входу интегрирующего аналого-цифрового преобразователя, неинвертирующий опорный вход которого соединен с выходом сумматора, неинвертирующий информационный вход подключен к выходу второго многополюсного переключателя, а инвертирующий информационный вход — к общей шине, входы первого и второго многополюсных переключателей соответственно связаны с выходами первого и второго масштабных преобразователей

3 выход первого многополюсного переключателя подключен к первому входу двухполюсного ключа, второй вход которого связан с общей шиной, выходы блока компараторов соединены с входами дешифратора, выход которого подключен к управляющим вхсдам первого и второго многополюсных переключателей, двухполюсного ключа и постоянного запоминающего устройства, выходы кбторого соединены с первым и вторым входами вычитающего устройства, третий вход которого соединен с выходом интегрирующего аналого-ии:Ьрового преобразователя, а выходы— с цифровым отсчетным устройством,