RU1788446C - Многоканальный измеритель температуры - Google Patents

Description

вход и выход запуска формировател  адреса  вл ютс  соответственно входом готовности и выходом запуска блока управлени , первый, второй, третей, четвертый и п тый выходы, а также вход задатчика команд  вл ютс  соответственно выходами измерение , установка режима грубо-точно, выбор номера канала, запись кода нул , и запись данных, а также входом конец коррекцйи блока управлени , а входы и выход цифрового компаратора  вл ютс  соответственно входом данных, входом установки нул  и выходом разрешени  блока управлени .

В данном устройстве в результате введени  блоков и новых св зей осуществл етс  измерение температуры с помощью датчиков, имеющих различные температурные характеристики, а также коррекци  дрейфа параметров аналогового тракта, в результате чего -увеличиваетс  точность аналого-цифрового преобразовани .

На фиг. 1 представлена функциональна  схема многоканального измерител  температуры; на фиг. 2 - функциональна  схема блока б управлени ; на фиг. 3, 4, 5 - временные диаграммы работы устройства.

Согласно фиг. 1 устройство содержит N датчиков 1 температуры, N управл емых генераторов 2 тока, N программируемых измерителей-сумматоров 3, аналоговый коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, блок 6 управлени , преобразователь . 7 код-напр жение, буферное запоминающее устройство (БЗУ) 8, N нормирующих регистров 9, взаимосв занные шину 10 данных, вычислитель 11 и панель 12 управлени . Блоки 10, 11 и 12 образуют, вычислительную систему 13. Устройство со- дерхоггтакже индикатор 14 и блок 15 хранени  температурных характеристик.

Согласно фиг. 2 блок 6 управлени  содержит генератор 16 тактовых импульсов, формирователь 17 адреса, задатчик 18 команд и цифровой компаратор 19. Датчики 1 температуры подключены к соотве-гствую- щим управл емым генераторам 2 тока и к первым и вторым входам соответствующих программируемых усилителей-сумматоров 3. Выходы программируемых усилителей- сумматоров 3 через аналоговый коммутатор 4 соединены с аналоговым входом аналого- цифрового преобразовател  5, вход запуска и выход готовности которого соединены соответственно с выходом запуска и входом готовности блока б управлени , а цифровой выход - с входом данных БЗУ 8 и входом данных блока 6 управлени . Выход разрешени  блока 6 управлени  соединен со входом преобразовател  7 код-напр жение,

выход конец коррекции которого соединен с соответствующим входом блока 6 уп- рав-лени .Аналоговый выход преобразовател  7 код-напр жение через 5 аналоговый коммутатор 4 соединен с третьими входами программируемых усилителей- сумматоров 3, входы управлени  режимами которых соединены через аналоговый коммутатор 4 с выходом установка режима гру- 10 бо-точно блока б управлени , а входы коэффициента усилени  программируемых усилителей-сумматоров 3 соединены с выходами нормирующих регистров 9. С выходами нормирующих регистров 9 соединены

5 и входы управлени  управл емых: генераторов 2 тока, входы отключени  которых через аналоговый коммутатор 4 соединены с выходами измерение блока 6 управлени . Выход выбор номера канала блока 6 уп0 равлени  соединен с управл ющим входом аналогового коммутатора 4 и входом записи адреса БЗУ 8. Выходы запись кода нул  и запись данных блока б управлени  соединены с соответствующими входами БЗУ 8.

5 Выход данных БЗУ 8 подключен к шине 10 данных вычислительной системы 13, к которой также подключены выход блока 15 хранени  температурных характеристик, входы данных и входы записи нормирующих реги0 стров 9 и входы управл ющих сигналов БЗУ 8 и вход индикатора 14.

В блоке 6 управлени  выход генератора 16 тактовых импульсов соединен с тактовым входом формировател  17 адреса. Вход за5 пуска формировател  17 адреса  вл етс  входом готовности блока б управлени , выход запуска формировател  17 адреса - выходом запуска блока 6 управлени . Выход формировател  17 адреса соединен со вхо0 дом задатчика 18 команд, первый выход которого  вл етс  выходом измерение блока 6 управлени , второй выход - выходом установка режима грубо-точно блока 6 управлени , третий выход - выходом вы5 бор номера канала блока 6 управлени , четвертый - выходом запись кода нул , п тый выход - выходом запись данных блока 6 управлени , а вход задатчика 18 команд  вл етс  входом конец коррекции

0 блока 6 управлени . Первый вход цифрового компаратора 19  вл етс  входом данных блока б управлени , второй вход  вл етс  входом установки нул , а выход  вл етс  выходом разрешени  блока 6 управлени .

5

Преобразователь 7 код-напр жение вы-, полнен на схеме КР 572 ПВ и кроме нее включает в себ  источник опорного напр жени  и операционный усилитель дл  пре- образовани  выходного тока в напр жение.

Блок 15 хранени  температурных характеристик представл ет собой перепрограммируемое посто нное запоминающее устройство, а буферное запоминающее устройство 8 представл ет собой пам ть с не- зависимым чтением-записью, разделенную на область значени  кода нул  и область данных.

Перед началом работы в блок 15 хранени  температурных характеристик необхо- димо занести информациюо характеристиках используемых датчиков 1 температуры.

Многоканальный измеритель температуры работает следующим образом. При включении устройства вычислитель 11 вычислительной системы 13 устанавливает все узлы в исходное состо ние. Далее устройство работает по программе, задаваемой бло ком.6 управлени  и вычислителем-11. Устройство может работать в одном из двух режимов - режиме грубого и режиме точного измерени . Выбор необходимого режима осуществл етс  вычислителем 11 и зависит от того, к какому участку температурной ха- рактеристики датчика 1 температуры принадлежит измеренна  температура и от заданной с панели 12 управлени  погрешности измерени . На фиг. 3 приведен пример возможной температурной характеристики датчика 1. температуры и выбор режима измерени . На аналого-циф- ровой преобразователь 5 приходит напр жение пропорциональное.сопротивление датчика 1 температуры, поэтому погреш- ность аналого-цифровога преобразовани , определ ема  количеством разр дов аналого-цифрового преобразовател  5, будет определ ть и погрешность измерени  температуры. Если температура среды, в ко- торой находитс  датчик 1 температуры - ti, что соответствует точке 1 на температурной характеристике датчика, то при данной допустимой погрешности измерени  температуры At погрешность аналого-цифрового преобразовател  должна быть не более AUl, причем . I A RI, где Ку - коэффициент усилени  аналогового тракта, I - ток, задаваемый управл емым генератором 2 тока, а A RI - погрешность измере- ни  сопротивлени . Если же температура среды-t2, что соответствует точке 2 на температурной характеристике датчика 1, то дл  той же погрешности At погрешность аналого-цифрового преобразовани  должна быть не больше A Da I AR2, причем на фиг. 3  сно видно, что Ra ARi .Поскольку погрешность аналого-циф- ройого преобразовани  зависит от количества разр дов аналого-цифрового преобразовател  5, ее можно оценить по формуле A U Uon/2N, где Uon - опорное напр жение, а N - количество разр дов аналого-цифрового преобразовател  5. Дл  того чтобы выполнить условие A. Ri, необходимо чтобы AUa A Ui или , т. е. дл  измерени  второй температуры необходимо более точное аналого-цифровое преобразование дл  получени  той же погрешности измерени , что оправдывает использование режимов грубо и точно.

На фиг.4 приведена качественна  временна  диаграмма измерени  температуры в режиме грубо. Измерение проходит за 26 циклов аналого-цифроврго преобразовани , Первые 24 цикла отведены на коррекцию аналогового тракта, а последние два - на измерение и запись в БЗУ 8 кода нул  и кода измеренного напр жени , и на подготовку к проведению измерени  по следующему каналу. Коррекци  аналогового тракта происходит при отключении управл емых генераторов 2 тока и заключаетс  в формировании преобразователем 7 код-напр жение напр жени , компенсирующего напр жение смещени  аналогового тракта, включа  и смещение аналого-цифрового преобразовател  5. Напр жение на выходе преобразовател  7 код-напр жение формируетс  по алгоритму поразр дного уравновешивани . После проведени  коррекции к датчику 1 температуры подключаетс  управл емый генератор 2 тока и после завершени  в аналоговом тракте переходных процессов (врем  tycr. на фиг. 4) проводитс  непосредственное измерение напр жени . После проведени  коррекции в БЗУ 8 записываетс  значение напр жени  при отключенном управл емом генераторе 2 тока (оно должно быть равно нулю), а после измерени  в БЗУ 8 записываетс  значение измеренного напр жени  при включенном управл емом генераторе 2 тока, после чего блок 6 управлени  подключает к аналого- цифровому преобразователю 5 следующий датчик 1 температуры, БЗУ 8 представл ет собой двухпортовое запоминающее устройство с независимым чтением и записью информации , что позвол ет работать по двум независимым циклам: l-ый цикл - перебор каналов, аналого-цифровое преобразование и запись в БЗУ 8, 2-й цикл - чтение БЗУ 8, поиск на температурной характеристике полученной температуры, анализ и вывод информации на экран.

Вычислитель 11 читает на БЗУ 8 код преобразованного аналого-цифровым преобразователем 5 напр жени  нул  и напр жени , соответствующего измеренной температуре . По коду измеренного напр жени  вычисл етс  сопротивление датчика 1 температуры и по температурной характеристике датчика находитс  значение измеренной температуры. Проанализировав участок кривой температурной характеристики , которой принадлежит измеренна  температура, вычислитель 11 определ ет, нужно ли перейти к режиму точного измерени  дл  данного датчика. Если перейти к режиму точного измерени  нужно, то в нормирующем регистре 9 данного канала вычислитель 11 устанавливает признак точного измерени .

. На фиг. 5 приведена временна  диаграмма измерени  температуры в режиме точно. Измерение занимает в два раза больше времени, чем в режиме грубо. За первые 24 цикла аналого-цифрового преобразовани  осуществл етс  коррекци  аналогового тракта при коэффициенте усилени  программируемого усилител - сумматора 3, соответствующем режиму, грубо, после чего коэффициент усилени  увеличиваетс , что соответствует режиму точно и в БЗУ 8 записываетс  погрешность аналого-цифрового преобразовани  нул , соответствующего режиму точно. Затем коэффициент усилени  программируемого усилител -сумматора 3 вновь устанавливаетс  в режим грубо, подключаетс  управл емый генератор 2 тока и в базу 8 записываетс  значение грубо измер емого напр жени , что соответствует старшим разр дам числа. Следующие 24 цикла аналого-цифрового преобразовани  система коррекции вырабатывает на программируемый усилитель-сумматор 3 такое напр жение , которое бы.компенсировало с точностью, соответствующей точности в режиме грубо, напр жение, снимаемое с датчика 1 температуры, т. е. получить на выходе аналого-цифрового преобразовател  5 код нул . Затем Коэффициент усилени  программируемого усилител -сумматора 3 вновь устанавливаетс  в режим точно и в БЗУ 8 записываетс  информаци  с аналого- цифрового преобразовател  5 о младших разр дах числа. При этом искомое значение напр жени  можно найти по формуле:

U Urpy60/Krpy6O+UTO4HO/KTO4HO UoTO4HO

где ифубо, UTOMHO - значени  напр жений, измеренные в режиме грубо и точно ;

Кгрубо, Кточно-значени  коэффициентов усилени  режимов грубо и точно11;

UOTOHHO - значение погрешности.

Таким образом, один и тот же преобразователь 7 код-напр жение с обратной св зью, охватывающей практически весь

аналоговый тракт, позвол ет проводить коррекцию напр жени  смещени  аналогового тракта и формировать компенсирующее напр жение дл  более точного 5 измерени .

Нормирующие регистры 9 служат дл  хранени  коэффициентов усилени  программируемых усилителей-сумматоров. 3 и значений токов управл емых генераторов 2

0 тока, задаваемых с панели 12 управлени  и вычисл емых вычислителем 11. Коэффици: енты завис т, в основном, от типа используемых датчиков 1 температуры.

Таким образом, благодар  введению

5 коррекции смещени  аналогового тракта и формированию компенсирующего напр жени  дл  более точного аналогр-цифрово- го преобразовани  достигаетс  эффект точного-измерени  температуры в широком

0 диапазоне.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Многоканальный измеритель температуры , содержащий N датчиков температуры, управл емый генератор тока, аналоговый

   5 коммутатор, преобразователь код-напр жение , аналого-цифровой преобразователь, программируемый усилитель-сумматор, блок управлени , вычислительную систему с взаимосв занными панелью управлени ,

   0 вычислителем и шиной данных, а также индикатор , вход которого подключен к шине . данных, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измер емых температур и увеличени  точности измере5 ни , в него введены N управл емых генераторов тока, N программируемых усилителей-сумматоров, буферное запоминающее устройство, N нормирующих регистров и блок хранени  температурных

   0 характеристик, электрические входы N датчиков температуры соединены соответст- . венно с выходами N управл емых генераторов тока, также соответственно со- . единенных с первыми входами N програм5 мируемых усилителей-сумматоров, вторые входы которых подключены соответственно к выходам N датчиков температуры, выходы программируемых усилителей-сумматоров через аналоговый коммутатор св заны с

   0 аналоговым входом аналого-цифрового преобразовател , вход запуска и выход готовности которого соединены соответственно с выходом запуска и входом готовности блока управлени , а цифровой выход - с входом

   5 данных буферного запоминающего устрой- ства и входом данных блока управлени , выход разрешени  которого св зан с входом преобразовател  код - напр жение, а вход конец коррекции -с соответствую- чЦим выходом преобразовател  код - напр жение , аналоговый выход которого через аналоговый коммутатор соединен с третьими входами программируемых усилителей- сумматоров, подсоединенных входами управлени  режимами через аналоговый коммутатор к выходу установка режима грубо - точно блока управлени , а входы коэффициента усилени  усилителей-сумматоров соединены соответственно с выходами нормирующих регистров, которые также подключены к соответствующим входам управлени  N управл емых генераторов тока, входы отключени  которых через аналоговый коммутатор св заны с выходами измерение блока управлени , подключенного выходом 11выбор номера канала к управл ющему входу аналогового коммутатора и входу записи адреса буферного запоминающего устройства, выходы запись кода нул  и запись данных блока управлени  св за- ны с соответствующими входами буферного запоминающего устройства, подключ енно- го выходом данных к шине данных вычисли- тельной системы, к которой также подключены выход блока хранени  темпе-

   ратурных характеристик, входы данных и входы записи N нормирующих регистров и входы управл ющих сигналов буферного запоминающего устройства, блок управлени  выполнен состо щим из цифрового компаратора , генератора тактовых импульсов, формировател  адреса и задатчика команд, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом формировател , адреса выход которого св зан с входом за- датчйка команд, при этом вход и выход запуска формировател  адреса  вл ютс  соответственно входом готовности и выходом запуска блока управлени , первый, второй , третий, четвертый и п тый выходы, а также вход задатчика команд  вл ютс  соответственно выходами измерение, установка режима грубо-точно, выбор номера канала, запись кода нул , и запись данных , а также входом конец коррекции блока управлени , а. входы и выход цифрового компаратора  вл ютс  соответственно входом данных, входом установки нул  и выходом разрешени  блока управлени ,

   конец коррекции & канала О - код нул 

   запись далккх

   Јн- нижний темшратуршй предел датчика Ј$- верхний -т ературннй продол датчика А ± - погрешность измерени  тешератури

   ФИГ.З

   kcSp- врег.   сйороса

   1цп- вро:.-л шюлого-ш рового преобразовани 

   - .-  установюг олалогосого тракта

   запись кода нул  D БЗУ

   jflS- зшигсг. ;;змсрснного напр жени