Цифровой термометр

Цифровой термометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение касается температурных измерений и позволяет повысить точность измерения. Сигнал с термопреобразователя 1 сопротивления, подключенного к стабилизатору 12 тока, поступает через аналоговый переключатель 14, повторитель 15 напряжения на вход интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени. С выхода преобразователя 16 сигнал через блок 6 формирования весовой функции поступает в блок 7 реверсивных счетчиков. Блок 8 вычисления вычисляет значение измеряемой температуры , которое отображается блоком 9 индикации. Работой всех элементов управляет блок 11 управления/ на вход которого подается сигнал генератора 10. 5 ил. и

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

И9) (!1) (51) 5 С 01 К 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) С.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И .3ТНРЫТИЙМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4602872/10 (22) 05.11.88 (46) 07.01.91. Бюл. Р 1 (71) Азербайжданское научно-производственное объединение "Нефтегазавтомат" (72) А.Г.Григорян, A.È.Áóõìàí, В.П.Бушель. P.Ê.Âåëèåâ и И.М.Данилевич (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1296859, кл. G 01 К 7/16, 1987.

Авторское свидетельство СССР

11 - 1275228, кл. G 01 К 7/16, 1985. (54 ) ЦИФРОВОЙ :EPMOMETP (57) Изобретение касается темпера2 турных измерений и позволяет повысить точность измерения. Сигнал с термопреобразователя 1 сопротивления, подключенного к стабилизатору 12 тока, поступает через аналоговый переключатель 14, повторитель 15 напряжения на вход интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени, С выхода преобразователя 16 сигнал через блок 6 формирования весовой функции поступает в блок 7 реверсивных счетчиков. Блок 8 вычисления вычисляет значение измеряемой температуры, которое отображается блоком

9 индикации. Работой всех элементов управляет блок 11 управления, на вход которого подается сигнал генератора 10. 5 ил.1619069

Ввод информации с блока 7 реверсивных счетчиков и вывод ее после обработки на блок 9 индикации осуществляется в блоке 8 вычислений при помощи схем расширения ввода-вывода с использованием интерфейсных БИС.

Блок 6 формирования весовой функции предназначен для глубокого подавления помех с частотой сети, наводящихся по линиям .связи с термопреобразователем сопротивления, в том числе и при вариации этой частоты в пределах (50+1) Гц. Он может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг,2, Такая схема обеспечивает формирование ступенчатой весовой

55

Изобретение относится к области температурных. измерений и может быть Использовано для дистанционного измерения температуры с помощью ,термопреобразователей сопротивления.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена функциональная схема цифрового термометра; на фиг.2 — схема блока весовой функции; на фиг.З вЂ” схема блока управления; на фиг.4, 5 — графики, поясняющие работу цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термо- 15 преобразователь 1 сопротивления, включенный по четырехпроводной схеме с помощью четырех линий 2 — 5 связи с сопротивлением Rht, Rpg, Rp>, R!!j, блок б формирования весовой функции, блок 7 реверсивных счетчиков, блок 8 вычислений, блок 9 индикации, генератор 10, блок 11 управления, первый стабилизатор 12 тока, второй стабилизатор 13 тока, аналоговый переключатель 14, повторитель 15 напряжения с высоким входным сопротивлением и интегрирующий преобразователь 16 напряжения в интервал времени.

Блок 7 реверсивных счетчиков служит для получения импульсов, число которых пропорционально результату измерений. На счетный вход блока 7 реверсивных счетчиков импульсы поступают с выхода блока 6, Блок 8 вычислений предназначен 35 для приема информации иэ блока 7 реверсивных счетчиков, вычисления сопротивления R+ преобразователя сопротивления .и расчета измеряемой температуры, Он может быть реализбван на основе серийной однокристальной ЭВМ. функции 1-2-1 с длительностью ступе ни Т, равной половине номинального периода помехи (при номинальной частоте помех 50 Гц, Т с1- = 10 мс).

Блок 6 формирования весовой функции содержит D-триггер 17, работающий в режиме делителя на, два, двоичный счетчик 18 и восьмивходовый мультиплексор 19. Он работает следующим образом. В исходном состоянии счетчик 18 удерживается в нулевом состоянии по входу R сигналом, поступающим от блока 11 управления. На вход триггера 17, а также на входы

Х, Х мультиплексора 19 поступает частота с выхода генератора 10 импульсов. После деления на два триггером 17 на входы Х, Х, Х6, Х8 мультиплексора 19 поступает частота ,f/2. Входы X < и Х у свободны. На управляющий вход V мультиплексора 19 поступает разрешающий сигнал с выхода интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени, длил тельность ь которого пропорциональна преобразуемому напряжению U<. Вы- ходы 2 — 2 двоичного счетчика 18 о соединены соответственно с входами

АΠ— А2 дешифратора мультиплексора

19. Таким образом, в исходном состоянии к выходу Х мультиплексора 19 подключен его незадействованный вход Х .

После прихода сигнала "Пуск" блок

11 управления снимает блокирующий сигнал с входа. R счетчика 18 и через промежуток времени Т „ (время ступени весовой функции) на счетный вход

СЕ счетчика 18 поступают импульсы (рабочий перепад 1/О) с периодом следования Т сг

Таким образом, за время измерения

Т дважды формируется весовая функция 1-2-1 (по одному в каждом тексте преобразования) за счет заполнения информативных интервалов времени частотой f/2, f f/2. При использовании другой весовой функции соответственно изменяется схема для ее реализации.

Блок 11 управления может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.3. Он содержит делители 20 - 22 частоты, два 9-триггера 23, 24, инвертор 25 и одновибратор 26. Он работает следующим образом. На вход делителя 20 поступает частота с выхода генератора 10 импульсов. С выходе делителя 20 на третий вход

1619069 интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени поступают импульсы с периодом Т, задающим цикл преобразования напряжения в интервал времени. До прихода сигнала "Пуск" триггеры 23 и 24 находятся в состоянии логического нуля.

При этом блокируется работа делителей

20 и 21. Сигнал с инверсного выхода триггера 23 поступает также на блок

6 формирования весовой функции (на

R-вход двоичного счетчика 18).

При поступлении импульса Пуск сигнал с выхода триггера 23 разрешает работу делителя 21 и запускает одновибратор 26, который выдает импульс сброса на блок 7 реверсивных счетчиков. С выхода делителя 21 импульсы с периодом Т поступают на второй вход. блока 6 формирования весовой функции (на вход СЕ двоичного счетчика 18). При использовании весовой функции 1-2-1 делитель 22 является делителем на восемь ° Сигнал с выхода этого делителя поступает на управляющий вход аналогового переключателя 14 и на вход управления реверсом блока 7 реверсивных счетчиков и имеет уровень логического нуля в первом такте и уровень логической единицы во втором такте измет, Рения Т., = -2--, где Т вЂ” время измерения, Т вЂ” время так га измерения.

По заднему фронту импульса на выходе делителя 22 триггер 23 возвращается в исходное состояние и одновременно взводится триггер 24. Сигнал с выхода триггера 24, поступающий на блок 8 вычислений, свидетельствует о том, что в блоке 7 реверсивных счетчиков находится результат измерения (установка флага готовности).

Триггер 24 возвращается в исходное состояние сигналом с второго выхода блока 8 вычислений (сброс флага готовности).

6 в — импульсы длительностью сд и л периодом следоваш я Г1„, поступающие с выхода интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени на первый в>;од блока 6 формирования весовой функции; г — импульсы, поступающие с выхода блока 6 формирования весовой функции на счетный вход блока

7 реверсивных счетчиков.

На фиг.5 обозначено а — импульс Пуск, поступающий на первый вход блока 1! управления; б — импульс "Сброс", поступающий с пятого выхода блока 11 управления на третий вход блока 7 реверсивных счетчиков; в — импульсы цикла преобразования

Т на первом выходе блока 11 управления; г — сигнал, поступающий с третьего выхода блока 11 управления на управляюший вход аналогового переключателя 14 и второй вход (управления реверсам) блока 7 реверсивных счетчиков, состояние которого опреде -.яет длительность Т такта преобразования; д — сигнал на четвертом выходе блока 11 управления, поступающий на четвертый вход блока 6 формирования весовой функции, длительность которого равна времени преобразования Т е — сигнал на выходе блока 7 реверсивных счетчиков; ж — сигнал на шестом выходе блока

11 управления (флаг готовности), поступающий на второй вход блока 8 вычислений; и — сигнал на втором выходе блока

8 вычислений, поступающий на третий вход блока 11 управления (сброс флага готовности).

На фиг.4 обозначено: а — импульсы-частотой f на выходе генератора t0 импульсов; б — импульсы цикла преобразования с периодом Т,, поступающие с первого выхода блока 11 управления на третий вход интегрирующего преобразователя 5 напряжения в интервал времени;

Цифровой термометр производит преобразование входного сигнала в два такта. В первом такте вход аналогового переключателя 14 сигналом блока 11 управления подключен к линии 3 связи с сопротивлением К . С первого выхода блока 11 управления на управляющий вход преобразователя 16 напряжения в интервал времени поступают импульсы с периодом Тц, задаю1619069 щие цикл преобразования. С поступлением импульса "Пуск" осуществляется сброс блока 7 реверсивных счетчиков импульсом с пятого выхода блока 11 управления и деблокируется работа

1блока б формирования весовой функции. сигналом с второго выхода блока 11 управления. С четвертого выхода блока

11 управления на четвертый вход блока б формирования весовой функции начинают поступать импульсы, с периодом

Т . В пределах интервала времени, равного Т, с блока 6 начинают поступать импульсы на счетный вход блока 7. реверсивных счетчиков в течение информативных промежутков времени .1,gy .А задаваемых сигналом на выходе интегрирующего преобразователя 16 и поступающих на вход блока б. На второй вход последнего поступает частота f с выхода генератора 10 импульсов.

После прихода сигнала "Пуск" с выхода блока 6 формирования весовой функции в первом такте Т, на счетный вход 25 блока 7 реверсивных счетчиков в первый промежуток времени Т С, (фиг.5) импульсы не поступают; во втором промежутке времени Т т поступают импульсы частотой f/2, заполняющие л информативные интервалы 1,, в третьем промежутке Т импульсы с частотой f в четвертом промежутке

Т вновь импульсы,с частотой f/2, причем Тст1= Тстав = ТСТЗ = Тст+ =

Т 35 с.т

При этом реверсивные счетчики бло ка 7 работают в режиме прямого счета, что задается уровнем сигнала, поступающего с третьего выхода блока 11 управления на вход управления реверсом блока 7 реверсивных счетчиков. В процессе заполнения счетчиков в цифровом виде реализуется ступенчатая весовая Функция 1-2-1, позволяющая эффективно подавлять сетевые помехй. Первый промежуток времени длительностью Т, перед началом заполнения счетчиков вызван необхо димостью установления переходного процесса преобразователя напряжения 50 в интервал времени. Длительность пе реходного процесса определяется числом циклов преобразования.

Экспериментальные исследования показали, ччто достаточно осуЬествить

10 циклов. Поэтому имеет место соотношение Тст-1 = 10T>. Итак, в течение первого такта. преобразования за время

Тт, = 4Т к входу интегрирующего преобразователя 16 напряжения в интервал времени Ь „„ подключено напряже/\ ние

"х1 = ст, R t; ст1 Rha см! (1) гДе U — IIeI1H HH BPPHTHBHol o напРЯсм жения смещения элементов схемы повторителя 4 и преобразователя 16 напряжения в интервал времени, приве\ денная к его входу;

R — сопротивление термообразователя;

I — ток первого стабилизатора

12 тока.

Следовательно, число импульсов N, полученных в результате первого такта преобразования, с учетом (1) равно:

f h, л

N = 10 — c I„> + 102 1, и < + 10 --х

2 2

Л InI Rt + Тст 1 Rh4 Псм х (иу(=. 20 fT — — — — —и и, ст где Т вЂ” ток второго стабилизатора

12 тока;

R 1 — сопротивление на входе це" пи разряда интегратора преобразователя напряжения в интервал времени.

К

Учитывая что Т = — — где

9 4. f э

К вЂ” коэффициент деления делителя 20, входящего в состав блока 11 управления (фиг.3), получим число импульсов в первом такте преобразования

IeI 2 R< (2)

Через промежуток времени Тт = Тч изменением потенциала сигнала на третьем выходе блока 11 управления начинается второй такт преобразования.

При этом аналоговый переключатель 14 подключает к входу повторителя 15 напряжения линию связи с сопротивлением R<>, а блок 7 реверсивных счетчиков переключается в режим обратного счета сигналом с блока 11 управления.

Во втором такте преобразования к входу интегрирующего преобразователя 16 подключается напряжение

"Х2 = Тет,4 Вл + "см (3)

При этом во втором такте на вход счетчиков блока 7 аналогично описанному поступает число импульсов

16 19069

10 ст.2. откуда получим

20

N = 20К - (-4) erg. R<

Следовательно, код результата преобразования, находящийся в реверсивных счетчиках блока 7, определится как разность (2) и (4) N = 20К вЂ” - — — - Rq

R ст.a (6) ст, Отметим, что коэффициент "20", входящий в (б), получен в данном частном случае. В общем случае он определяется соотношением длительностей ступени весовой функции и цикла интегрирования Т /Тп, а также видом весовой функции. Обозначив этот коэффициент через 0(, получим результат преобразования сопротивления термопреобразователя в код в общем виде

N = 11(К ---- — -R

R сто. (7) R ст.

Указанный код результата преобразования:находится в счетчиках блока 7 в конце промежутка времени Т . При этом сигнал с четвертого выхода блока 11 управления вновь блокирует работу блока 6 формирования весовой функции; сигнал с третьего выхода блока

11 управления возвращает аналоговый переключатель 14 в исходное состояние и переводит блок 7 реверсивных счетчиков в режим прямого счета,подготавливая, тем самым, цифровой термометр к новому циклу измерения;. сигнал с шестого выхода блока 11 управления поступает на вход блока 8 вычислений и свидетельствует о готовности результата измерения (установлен флаг готовности). Блок 8 вычислений принимает код результата N и сигналом со своего второго выхода на третий вход блока 11 управления возвращает в исходное состояние (сбра;сывает) флаг готовности.

Значение коэффициента О(К - - т.2 ст R t из -(1) записывается в память блока 8 в качестве константы, где вычисляется значение R< и в соответствии с полиномом, аппроксимирующим градуировочную характеристику термопреобразователя сопротивления R, рассчитывается величина температуры, визуальный отсчет которой производится в блоке 9 индикации.

Как следует из (7), результат измерения не зависит от значений

R л+ ст, 1- ст. " "см Величины сопротивлении линии связи R < и R 3 также не оказывает влияния на результат, поскольку они включены последовательно с высоким входным сопротивлением повторителя 4 напряжения.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь сопротивления, первый токовый вывод которого соединен через первую линию связи с обцей шиной цифрового термометра и подключен к первому выводу первого стабилизатора тока, а потенциальные выводы термопреобразователя сопротивления подключены через вторую и третью линии связи к входам аналогового переключателя, блок индикации, блок вычислений, блок реверсивных счетчиков и, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам аналогового переключателя, блока реверсивных счетчиков и блока вычисления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй стабилизатор тока, интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, генератор импульсов, блок формирования весовой функции и повторитель напряжения, вход которого соединен с выходом аналогового переключателя, а выход — с первым входом интегрирующего преобразователя напряжения в интервале времени, второй вход которого соединен с выходом второго стабилизатора тока, управляющий вход соединен с блоком управления, а выход подключен к первому входу блока формирования весовой функции, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, соединенному с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с вторым выходом блока вычисления, первый выход которого соединен с входом блока индикации, а вход подключен к выходу блока реверсивных счетчиков, вход которого соединен с выходом блок» формирования весовой функции, упрапляю1619069 .

12 подключен через четвертую линию свя- зи к второму токовому выводу термопреобразователя сопротивлени».

С Вы ада интеерирцющега преоаразабо пеля напрямения 8о Врйменнаи ингпербал и

oira 1

11 щие входы которого подключены к выходам блока управления, при этом второй вывод первого стабилизатора тока

Юа8! би репа Ю

8„ ений епе 8 жж

1619069

Составитель В. Куликов

Редактор В.Данко Техред Л. Сердюкова . Корректор H.Mycxa

Тираж V

Заказ 38

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

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