где k - коэффициент преобразования АЦП; [/др - приведенное ко входу напряжение дрейфа АЦП. Количество импульсов записывается в реверсивном счетчике импульсов (РСИ).

Во втором такте работы количество импульсов на выходе АЦП

W, = fe[/ (Й1+?л2+ лз)+дрЬ

где Ri - сопротивление образцового резистора.

Поскольку, например, для медных ТС сопротивление Rt = R,){\ + at), то при выполнении соотношений Ri - Ro, Rj,i = др - const за время двух тактов в результате вычитания получаем

W = /Vi - 2 = kIR at.

Количество импульсов пропорционально измеряемой температуре и не зависит от сопротивлений проводов, линии связи, дрейфов напряжений АЦП.

В цифровых приборах с ПТ значительные погрешности вносят удлинительные провода и устройства компенсации изменения температуры свободных концов. Погрешность стандартных удлинительных проводов для ПТ

Рис. 14.18. Схема цифрового прибора с коррекцией влияния трехпроводной линии связи ТС

градуировок ПП (S), Хк(Ю, ХК (L) при = 100 -Спревышает ±3 К. Серийно выпускаемые компенсационные устройства на базе термочувствительного моста имеют погрешность измерения того же порядка в диапазоне изменения температуры свободных концов 0...50 °С. Снижения этой погрешности можно достичь с помощью моста с двумя термочувствительными медными или никелевыми термометрами, более полно воспроизводящими функцию, аналогичную градуировочной кривой ПТ в широком диапазоне температур. Поскольку не предвидится в ближайшем будущем решение проблемы снижения погрешностей, вносимых удлинительными проводами, путем создания новых материалов для проводов, то целесообразно в цифровых приборах использовать алгоритм коррекции изменений температуры свободных концов с применением термочувствительных элементов, размещенных непосредственно в головке ПТ [1084]. В этом случае отпадает необходимость в удлинительных проводах, то расширяет возможности унификации схем ВП и соединительных линий для различных типов ПТ.

Включение устройств компенсации на вход ВП приводит к появлению асимметрии входного устройства, чем снижаетсн помехоустойчивость измерений. В этом смысле в цифровых приборах корректирующий сигнал необходимо вводить не на Вход прибора, а в тракт последующего преобразования, в том числе и в цифровую часть прибора.

При построении цифровых термометров с представлением результатов измерения в единицах температуры значительную погрешность вносит нелинейность функции преобразования ПТиТС, Зависимости погрешностей от

нелинейности соответственно ПТ н ТС стандартных градуировок (рис. 14.19, <г б) иллюстрируют необходимость применения специальных мер по линеаризации общего уравнения измерения прибора. Для этого в структуру прибор* необходимо ввести специальные функциональные преобразователи, которые могут .включаться в различные каналы преобразования измерительного сигнала. В зависимости от вида входных и выходных сигналов функциональные преобразователи разделяются на аналоговые аналого-цифровые, цифро-аналоговые или цифровые 169, 220, 221, 331,

Аналоговые функциональные преобразователи просты в построении, однако погрешности этих преобразователей не всегда позволяют применять их в измерительных устройствах высокого класса точности. Они нуждаются в настройке и регулировке, что снижает их технологичность. Применение

Рис. 14.19. Зависимости приведенных погрешностей нелинейности от температуры:

а - ПТ; б - платиновых ТС

аналоговой линеаризации ограничено в цифровых приборах с автоматической коррекцией погрешностей. Коэффициент преобразования АЦП должен быть постоянным на протяжении всего цикла измерения. Если в таком устройстве производится линеаризация, то при измерении сигнала ИПТ функция преобразования прибора должна соответствовать требованиям, удовлетворяющим условиям линейности между показаниями и измеряемой температурой. При измерении образцового сигнала функция преобразования должна описываться линейной зависимостью между показанием и информативным параметром образцового сигнала. Поскольку эти функции различны, то в приборах с аналоговой линеаризацией осуществление инвариантности преобразования по отношению к неинформативным параметрам затруднительно. Кроме того, нелинейное аналого-цифровое -преобразование снижает помехоустойчивость приборов [156, 332]. Цифровые методы линеаризации в этом случае лее предпочтительны. Функциональные зависимости формируются с помощью сравнительно небольшого типа счетчиков и логических схем [220, 221]. Дополнительным преимуществом цифровой линеаризации является ее универсальность, что обеспечивает возможность построения многоканальных устройств измерения температуры с различными типами ИПТ. Коррекция аддитивных и мультипликативных погрешностей тракта аналого-цифрового преобразования производится до включения функционального преобразователя в структурной схеме прибора, и ограничения на методы ее применения не накладываются.

Поскольку условия эксплуатации первичных преобразователей намного жестче, чем ВП, то не всегда удается обеспечить стабильность их характеристик конструктивным путем. Поэтому целесообразно в структурах ВП предусмотреть наличие устройств, обеспечивающих возможность производить подстройку параметров измерительной цепи под действительные коэффициенты функции преобразования первичных преобразователей. Такая подстройка может производиться как по результатам метрологических аттестаций первичных преобразователей, так и по статистическим данным с использованием теории прогнозирования [219, 648] и может увеличить точность и срок службы преобразователей.

Типы и характеристики отечественных цифровых приборов. Отечественной промышленностью выпускается ряд моделей цифровых приборов и систем (табл. 14.32) для промышленных и исследовательских целей. Имеются приборы стационарного исполнения и переносные (малогабаритные) с автономным питанием от батарей и аккумуляторов. Приборы работают с различными типами термопреобразователей и охватывают диапазон измеряемых температур, определяемый возможностями использования первичных преобразователей. Однако заводы-изготовители цифровых приборов (за исключением прибора ТТЦ-1) не поставляют в комплекте с ними первичных преобразователей разнообразного конструктивного исполнения, что создает определенные трудности для решения конкретных практических задач.

Приборы имеют ряд функций, таких, как выдача сигналов регулирования, сигнализация об отклонениях измеряемых температур от заданного значения, выход на цифропечатающее устройство, связь с ЭВМ, усреднение результатов измерения, выдача сигналов коррекции, автоматический выбор предела измерения и др. Использование микроэлементной базы снизило по сравнению с аналоговыми приборами массу, габариты и потребляемую мощность, а специальных алгоритмов измерения - долговременную стабильность характеристик.

Большинство цифровых приборов снабжено встроенным устройством компенсации температуры свободных концов ПТ, схемами коррекции влияния сопротивлений линий связи ТС. Наличие устройств линеаризации обеспечивает индикацию результатов измерения в единицах температуры. В приборах используются аналоговые, цифровые либо цифро-аналоговые методы линеаризации характеристик преобразователей. Так, в приборе типа Ф266 линеаризация осуществляется в цифровой форме с помощью запо-минаюСцего устройства, в котором записаны количество и длины участков аппроксимации для каждого используемого типа первичного преобразователя.

Функциональная схема прибора А565, выпускаемого заводом Мука-чевприбор , представлена на рис. 14.20. Основан прибор на методе преобразования термоЭДС ПТ двухтактным интегрированием. Коррекция аддитивной составляющей погрешности достигается вычитанием результатов двух преобразований. Применение цифровой схемы линеаризации характеристик позволило осуществлять функциональное преобразование результатов измерения при любой полярности входного сигнала и корректировать погрешности АЦП.

Во всех модификациях приборов преобразование аналогового сигнала в цифровой код производится в два цикла. В первом цикле ключ Sj разомкнут, ключ Sj замкнут и ко входу преобразователя напряжения (ПН) приложено напряжение источника напряжения смещения (ИНС). Во втором цикле ключ Sl замкнут, а ключ S2 разомкнут, преобразователь напряжения преобразует в код сумму напряжений U и ЭДС Я/ ПТ. Результат измерения

kEt U

<

7йп\

ljrui

I------1 Больше

меньше

Рис. 14.20. Функциональная схема цифрового прибора типа А565

где А - коэффициент усилении входного усилителя (ВУ); Т - длительность -аервого такта иитегрироваиня; fe - напряжение источника опорного напряжения; /о - частота следования импульсов с генератора опорной частоты (ГОЧ). Число импульсов Nt передается в блок линеаризации (БЛ), а с его выхода скорректированное значение N\ = FNt (F - функция преобразования БЛ) поступает в счетчик (Сч). £лок уставок (БУС) и исполнительные реле Р1 и Р2 позволяют проводить трехпозиционное регулирование температурных режимов. Приборы типа А565 могут работать в комплекте с первичными преобразователями различных типов, а также с преобразователями с унифицированными выходными сигналами. Блок линеаризации выполнен в виде функционально завершенного узла с возможностью простого изменения его функции преобразования. Конструктивное исполнение

jg Таблица 14.32. Технические характеристики цифровых приборов и систем

СТК-400

0...150

±2,5 К

50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 в зависимости от модификации

Трехпроводная

1740X 2250 X 780; 1050

К738

9060ПИМ

ТТЦ-1

Щ455

ТЭМЦ-2

ХА ПП

50П. ЮОП

ЮОП ЮОМ

Термисторы

-50...+500 0...800

-50...+1200 0...1600

-260...+750 -120...+ 120 -200...+200

-50...+100

-200...+750 -50...+200 -200...+200

-50...-

-50...+ 1300

0...1600 300...1800

0...100 0...200 0...600

-50...+150 -50...+500

34...42

±1,0 К ±2,0 К ±1,5 К ±4,0 К

±(1,0+0,00150 ±(1,0+0,00150 t - измеряемая температура, °С

±0,15 %

±0,25 %

±0,5 %

0,15/0,1

±0,1 К

От 100 до

1000 до 1000 в зависимости от модификации

Четырехпроводная

2080Х 580Х: 150

Четырехпроводная 480X 200X 515; 715 23

Есть

Четырехпроводная

Двухпроводная

180Х 100X 45; 1

(портативные, питание автономное

165X 20X 40; 0,6

(портативные, питание автономное)

145X 83X 20; 0,6

(портативные, питание автономное)