Цифровой измеритель температуры

 

.ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ , содержащий термопреобраэователь напряжение-код, блок памяти , блок индикации, включающий в себя дешифратор и индикатор, последовательно соединенные сумматор и регистр, выход которого соединен с входом сумматора, блок управления, соединенный с преобразователем напряжение - код, с лматором, регистратором и блоком памяти, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при снижении требований к преобразователю напряжение - код, в него введены интегратор, разделительный конденсатор и аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом тер1 }опреобразователя, второй вход через резделительный конденсатор подключён к выходу интегратора , соединенному с блоком управления , а выход подключен к входу преобразователя напряжение - код, вы- i ход которого подключен к второму (Л -входу сумматора, при этом вход блока памяти соединен с выходом с регистра, а выход подключен к бло .ку индикации.

Ц9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5g с 01 К 7 00.!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.ф

* !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3531649/18-10 (22) 29.11.82 (46) 07.04.84. .Бюл. Ф 13 (72) A.È.Вухштаб A.A.Васильев, A.Ã.ÃîðÔèHêåëü, В.Д.Остудин .и Л.М.Хохлов (53) 536.53(088.8) (56) 1. Заявка ФРГ Р 2817498, кл. G 01 К 7/00, опублик. 1978 °

2. Патент Швейцарии 9 615508, кл. G 01 К 7/16, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

9 838408 кл. G 01 К 7/00, 1979 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий термопреобраэователь напряжение-код, блок памя- . ти, блок индикации, включающий в себя дещифратор и индикатор, последовательно соединенные сумматор и регистр, выход которого соединен с входом сумматора, блок управления, соединенный с преобразователем напряжение - код, сумматором, регистратором и блоком памяти, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения при снижении требований к преобразователю напряжение — код, в него введены интегратор, разделительный конденсатор и аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом термопреобраэователя, второй вход через резделительный конденсатор подключен к выходу интегратора, соединенному с блоком управления, а выход подключен к входу преобразователя напряжение - код, вы- а ход которого подключен к второму

Щ входу сумматора, при этом вход блока памяти соединен с выходом регистра, а выход подключен к бло» ,ку индикации.

Ф \

1084б24

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно цифровым измерителям температуры, к может быть использовано, например, в качестве медицинского термометра для применения s стационарных клини- .5 ках, поликлиниках к в быту.

Известны электронные медицинские цифровые термометры, содержащие по" следовательно соединенные термопре,обраэователь, преобразователь напря- 10 жения код, блок памяти, оптоэлектрон" ный индикатор и схему управления. .Характерным для указанных медицинских термометров является использование преобразователя напряженке — код 15 в виде интегральной схемы с большой степенью интеграции (БИС), которая включает в себя блок памяти и дешифратор .для управления цифровым .индикатором (1) и (2) . 20

Недостаток термометров — низкая помехозащищенность обусловленная тем, что результаты измерения значений температуры за малое вре- мя измерения подвержены флуктуациям 25 из-эа помех в выносных термодатчиках и дрейфа термопреобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой измеритель температуры, со- 30 держащий термопреобразователь, ггреобраэователь напряжение-код, блок памяти, блок индикации, включающий в себя дешифратор и индикатор, последовательно соединенные сумматор и регистр, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, соединенный с преобразовате« ,лем напряжение-код, сумматором регистратором и блоком памяти (3

Недостатком известного термомет- 40 ра является необходимость использования достаточно точного преобразователя напряжение-код, чтобы обеспечить требуемую дискретность и точность в заданном для медицинского термометра 45 диапазоне температур 34,0-42,0 С, что ведет к увеличению габаритов термометра и повышению его стоимости.

Действительно, для преобраэовате- 50 лей напряжение-код, выполненных в виде интегральной схемы, характерно:

Рj что максимальное значение его шкалы в десятичном представлении на индикаторе равно в г

2 ..2

Р

11 где и - количество двоичных разрядов преобразователя напряженке-код.

Чтобы выделить на шкале преобра"с1 60 зователя участок температуру от 34 до 42 С с дискретностью 0,1 С, неО обходимо и иметь равным 10. Тогда максимальное значение шкалы будет равно 1023 единицам. Используя часть 65 диапазона преобразователя от значений шкалы 340 до 420 и три младших разряда индикатора, можно обеспечить измерение температуры с дискретнос". тью в 0 1 С.

Однако наличие инструментальной погрешности преобразователя напряжение-код, равной как правило нескольким единицам младшего разряда, приводит к недопустимой ошибке из мерения, которая установлена в фо,g C.

Для устранения этой ошибки используют преобраэо.ватель с большей .разрядностью, например 11-12 разрядов о предельным значением шкалы в 2043 или 4095 единиц. В этом случае значение старшего десятичного разряда индикатора сдвигают пере.кодированием на 3 или 1 единицу соответственно, а в термометре индицируют четыре или три старших разряда индикатора.

Цель изобретения - повышение точности измерения при снижении требований к преобразователю напряжениекод и уменьшение raбаритов прибора.

ПоставЛенная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь, преобразователь напряжение-код,, блок памяти, блок индикации, включающий в себя дешифратор и индикатор, последовательно соединенные сумматор и регистр, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, соединенный с преобразователем напряжение-код, сумматором, регистратором и блоком памяти, введены интегратор, разделительный конденсатор и аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом термопреобраэователя, второй вход через разделительный конденсатор подключен к выходу интегратора, соединенному с блоком управления, а выход подключен к входу преобразователя напряжение-код, выход которого подключен к вто-: рому входу сумматора, при этом вход блока памяти соединен с выходом регистра, а выход подключен к блоку индикации.

На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя температуры.

Устройство содержит термопреобразователь 1, аналоговый сумматор 2, интегратор 3, конденсатор 4, преобразователь напряжение-код 5, сумматор б, регистр 7, блок 8 памяти, блок индикации, включающий в себя. дешифратор 9 и индикатор 10 и блок управления 11я

Цифровой измеритель температуры работает следующим обраэом.

Сигнал в виде напряжения, пропбрционального температуре, с выхода термопреобразователя 1 посту1084624

ВНИИПИ Заказ 1984/35

Подписное

Тирал823

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 пает на вход аналогового сумматора 2 и через него — на вход преобразователя напряжение-код 5. Последний по команде с блока 11 управления производит преобразование входного напряжения в соответствую5 щий код, который поступает на вход цифрового сумматора 6, где складывается с кодом, поступающим с выхода регистра 7 ° Перед началом цикла„,накопления код в регистре 7 соответствует напряжению, равному нулю. После этого цикл преобразования повторяется несколько раз и в регистре 7 накапливается сумма результатов измерений. 15

Одновременно с началом первого цикла преобразования на выходе 12 блока 11 управления появляется импульс, который начинает интегрироваться интегратором 3. На выходе 20 последнего появляется пилообразное напряжение. Период следования импульсов на выходе 12 точно совпадает с длительностью цикла накопления, а скважность равна двум. Поэтому, до-75 стигнув максимума к середине цикла накопления, напряжение на выходе интегратора 3 начинает уменьшаться и становится равным нулю к концу цикла накопления. ЗО

Постоянная составляющая пилообразного напряжения на выходе интегратора 3 отфильтровывается разделительным конденсатором 4. Переменная составляющая поступает на вто-З5 рой вход аналогового сумматора 2 и складывается с напряжением термопреобразователя 1.

Чаким образом, в процессе повторяющихся циклов преобразования напряжение на входе преобразователя уве- 40 личивается с минимального в пределах половины цикла накопления, а затем уменьшается с максимального до минимального значения в пределах второй половины цикла накопления ° 45

Медленно меняющееся напряжейие на входе преобразователя напряжениекод 5 смещает напряжение термопреобраэователя 1 в различные симметрично

Расположенные точки характеристики 5р преобразования, величина и знак ПО-, грешности преобразования в которых также различны.

После суммирования в цифровом сумматоре 6 и накопления в регистре 7 результатов 2 циклов преобразования (где m равно числу младших разрядов регистра 7), не связанных с блоком 9 памяти, двоичный код с и старших разрядов регистра 7 поступает в блок

8 памяти, где хранится до завершения сЛедующего цикла накопления.

Сумматор б и регистр 7, таким образом, вычисляют среднее значение кодов, поступивших эа 2> циклов преобразования. В результате усредняются как значения напряжения на входе преобразователя напряжение-код 5, так и ошибки преобразования.

В силу симметричности напряжения, поступающего на второй вход аналогового сумматора 2 через разделительный конденсатор 4, его среднее значение равно нулю. В результате случайного характера знака и величины инструментальной ошибки в различных точках характеристйки преобразования получающееся среднее значение этой ошибки также может быть получено

Весьма близким к нулю.

Полученное значение кода, более точно соответствующее значению напряжения на выходе термопреобразователя, иэ блока 8 памяти поступает на дешифратор 9, где преобразуется в сигналы семисегментного кода для управления индикатором 10.

Получаемый дополнительный выигрыш в точности позволяет снизить требование к точности и разрядности преобразователя напряжение-код 5.

Это делает возможность упростить схемотехнику интегрального преобразователя, освободить дополнительное место на кристалле микросхемы и разместить в микросхеме блоки цифрового сумматора б и регистра 7.

При испытаниях экспериментального образца термометра, в котором использовался 8-ми разрядный преобразователь напряжение-код с инструментальной погрешностью 3 единицы младшего разряда, погрешность измерения температуры составила + 0,07 С что соответствует инструментальной . погрешности н +0,02 С или 0,2 единицы младшего разряда. В известных устройствах указанная инструментальная погрешность при дискретности шкалы в 0,10С может быть получена при использовании 11-ти разрядного преобразователя напряжение-код с инструментальной погрешностью + 2 единицы младшего разряда.

Наличие в цифровом термометре новых элементов - аналогового сумматора, интегратора и новые связи между элементами устройства выгодно отличают его от прототипа, так как позволяют повысить точность измерения температуры при снижении требований к преобразователю напряжение-код, а также снизить габариты термометра и его стоимость.