Цифровой термометр

 

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты , счетчик, выходы которого через первый коглмутируюадий элемент подключены к схеме совпадения, выход . которой соединен с первым входом -,-..г схемы управления, реверсивную систему индикации, тактирующий вход которой соединен с первым выходом с . схемы управления, а входы сЬединены с выходами триггера знака и счетчика результатаf счетный вход которого соединен с выходом схемы И, установочные входы соединены с выходами второго коммутирующего элемента , а выход цераноса подключен к первому входу Tptjrrepa, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующего элемента и вторым выходом схемы управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия термометра, выход термопреобразователя подключен к счетному входу счетчика, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам cxeN-na управления, «третий выход соединен с установочным входом счетчика, а четвертый подключен к первому вхо .ду схемы И, второй вход которой сое- 3 динен с выходом генератора опорной частоты.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 С 01 К 7 32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(ГОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3629866/24-10 (22) 29.07, 83 (46) 07.10 «84. Бюл . Р 37 (72) В.Л.Котляров и К.Циммерман (ГДР) (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им.Ленинского комсомола (53) 536 . 53 (0 88. 8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

Р 495556, кл. G 01 К 7/32, 1973.

2, Голембо В.А., Котляров В.Л., Швецкий Б.И. Пьез окварцевые аналогоцифровые преобразователи температуры, Львов, Вища школа (изд-во при Львовском ун-те), 1977, с ° 147, рНс.7.1 {прототип) . (54)(57) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик, выходы которого через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, реверсивную систЕ„„SU„„117463 А му индикации, тактирующий вход которой соединен с первым выходом с схемы управления, а входы сьединены с выходами триггера знака и счетчика результата, счетный вход которого соединен с выходом схемы И, установочные входы соединены r. выходами второго коммутирующего элемента, а выход переноса подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующего элемента и вторым выходом схемы управления, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия термометра, .выход термойреобразователя подключен к счетному входу счетчика, первый

С2 и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам схемы управления, .третий выход соединен с установочным входом счетчика, а ( четвертый подключен к первому входу схемы И, второй вход которой сое- Я динен с выходом генератора опорной частоты.

1117463

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых термометров, работающих в составе с датчиками, имеющими частотный выход, например пьезокварцевыми дат- 5 чиками температуры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь с частотным выходом и эталонный генератор, подклю- 10 ,ченные через формирователи импульсо к входам импульсно-фазового детектора, ключ, к выходу которого подключены соединенные последовательно счетчик импульсов, дешифратор и циф- I5 ровой индикатор, а к управляющему входу ключа подсоединены последовательно соединенные Формирователь временных интервалов и перестраиваемый генератор 13 2О

Однако это устройство обладает низким быстродействием, обусловленным его структурой построения.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемомуявляется цифровой термометр, содержащий термопреобраэователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик, выходы которого через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, реверсивную систему индикации, тактирующий вход которой соединен с первым входом схемы управления, а входы соединены с выходами триггера знака и счетчика результата, счетный вход которого соединен с выходом схемы И, установочные входы соединены: с выходами второго коммутирующего элемента, а выход 40 переноса подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующего элемента и вторым выходом схемы управления (2 3.

Однако известный цифровой термометр также обладает низким быстродействием, обусловленным его струк" турой построения.

Цель изобретения — повышение быстродействия цифрового термометра ° .", 50

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом термометре, содержащем термопреобраэователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик, выходы которого через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, реверсивную систему индикации, тактирующий вход которой 60 соединен с первым выходом схемы управления, а входы соединены с выходами триггера знака и счетчика результата, счетный вход которого соединен с выходом схемы И, устано- 65 вочные входы соединены с выходами второго коммутирующего элемента, в выход переноса подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующего элемента .и вторым выходом схемы управления, выход термопреобразо=..-:.. вателя подключен к счетному входу счетчика, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам схемы управления, третий выход соединен с установочным входом счетчика, а четвертый. подключен к первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом генератора опорной частоты„

На фиг.1 представлена блок-схема цифрового термометра на фиг.2 схема управления на Фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термопреобразователь (датчик температуры)

1 с частотным выходом, счетчик 2, первый коммутирующий элемент 3, схему 4 совпадения, схему 5 управления, генератор 6 опорной частоты, схему

И 7, второй коммутирующий элемент 8, счетчик 9 результата, триггер 10 знака, реверсивную систему 11 индикации.

Входы 12-14 схемы 5 управления соответственно соединены с первым и вторым выходом счетчика 2 и выходом схемы 4 совпадения, а выходы 15-18 соответственно соеднненЫ с входом установки в нуль счетчика 2, вторым входом схемы 7 совпадения, входом второго коммутирующего элемента 8 и тактирующим входом реверсивной системы индикации.

Схема 5 управления (фиг.2) содержит два инвертора 19 и 20, пять схем И 21-24 и 27 и два триггера 25 и 26, причем к входу 3 подключены первый вход схемы И 22, вторсй вход схемы И 23 л вход инв ртора 19, вы" ход которого соединен с вторыми входами схем И 24 и 21, к первому входу последней и к первому входу схемы

И 23 подсоединен вход 12, подключенный кроме того к входу инвентора 20, выход которого соединен с вторым входом схемы И. 22 и с первым входом схемы И 24, выход схемы И 23 подключен к входу установки в единицу триггера 25, к входу установки в нуль которого подсоединен вход 14„ а инверсные выходы триггеров 25 и 26, последний из которых своим тактирующим вхоцом поцключен к инверсному выходу триггера 25, через схему

И 27 соединены с третьимн входами схем И 21-23, выход схемы И 21 подключен к выходу 18, выход схемы И 22 к выходу 17ю выход триггера 2 к выходу 16, выход триггера 26 к выходу

15 и к третьему входу схемы И 24,вы1117463 ход которой соединен с входом установки в нуль триггера 26, Цифровой термометр работает следующим образом.

Импульсный сигнал с выхода термопреобраэователя, частота которого яв- э ляется информативным параметром измеряемой температуры 8, поступает на счетный вход счетчика 2, состояние которого после поступления каждого импульса увеличивается на единицу. 1()

Предполагая, что в определенный момент времени t триггеры 25 и 26 схемы 5 управления находятся в нулевом состоянии, а входы 12 и 13 схемы управления имеют соответственно по" тенциалы логической единицы и логического нуля, на выходе схемы И 21 возникает положительный импульс (фиг.За, момент времени t ), который через выход 18 схемы 5 управлениМ поступает на тактирующий вход реверсивной системы 11 индикации. При этом в нее записываются состояния счетчика 9 результата (фиг.Зд, момент времени t ) и инверсного выхода триггера 10 знака. После поступления очередного импульса с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 2 его состояние увеличивается на единицу, в результате чего к моменту времени на входах 12 и 13 схемы 5 управления устанавливаются соответственно потенциалы логического нуля и логической единицы, под воздействием которых на выходе схемы И 22 возникает положительный 35 импульс, поступающий через выход 17 схемы 5 управления на вход коммутирующего элемента 8 и на вход установки в единицу триггера 10 знака, устанавливающий счетчик 9 результата в 4() состояние, исключительно определяемое положением коммутирующего эле-! мента (фиг.30, момент времени t ).

При поступлении-следующего импульса с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 2 era состояние вновь увеличивается на единицу, в результате чего на входах

12 и 13 схемы 5 управленйя к моменту времени t устанавливаются потенциа3 лы логической единицы, приводящие к появлению положительного импульса на выходе схемы И 23, который, посту пая на 8 — вход триггера 25, устанавливает его в единичное состояние»

При этом с прямого выхода триггера 55

25 через выход 16 схемы 5 управления на второй вход схемы И 7 поступает сигнал, по которому импульсы с .выхода генератора 6 опорной частоты через второй вход схемы И 7 начинают 6() поступать на счетный вход счетчика результата 9. В момент переполнения счетчика 9 возникает импульс переноса, который переключает триггер

10 знака в противоположное состоя"

f ние, после чего начинается следующий цикл счета (фиг.3а, интервал времени — 1,).

Схемы Й 21-23 в течение интервала времени (t>- t ) закрыты сигналом, поступающим в выхода схемы И 27, на вход которой подается нулевой сигнал с инверсного выхода триггера ?5.

При дальнейшем поступлении импульсов с выхода термопреобразователя на счетный вход счетчика 2 его состояние увеличивается, а при достижении состояния, определяемого положением коммутирующего элемента 3, на выходе схемы совпадения 4, подключенном через вход 14 схемы 5 управления к входу установки в нуль триггера 25, возникает положительный импульс, устанавливающий триггер

25 в нулевое состояние (фиг,3s, мо,мент времени t ), в результате чего прекращается поступление импульсов с выхода генератора 6 опорной частоты на счетный вход счетчика 9 результата.

При установке триггера 25 в нулевое состояние о сигналу с его инверсного выхода триггер..26 устанавливается в единичное с стояние (фиг.3> момент времени 1-.,). По сиг налу с прямого выхода триггера 26 через выход 15 схемы 5 управления счетчик 2 переходит в нулевое состояние, после достижения которого на входах 12 и 13 схемы 5 управления устанавливают .я потенциалы логического нуля, приводящие к появлению положительного импульса на выходе схемы И 24, устанавливающего триггер 26 в нулевое состояние (фиг.3, момент времени t<). При установке триггера 26 в нулевое состояние при помощи схемы И 27 снимается потенциал логического нуля на третьих входах схем И 21-23. К моменту времени 1 начинается следующий цикл термометра.

Накопленное к моменту времени

t+ в счетчике 9 результата количество импульсов и состояние триггера 10 знака импульсов на выходе 18 схемы управления 5 (фиг.3о, момент времени t < ) передаются в ревесивную систему 11 индикации, обеспечивающую их запоминание и индикацию до появления следующего результата измерения тмпературы 0 причем при потенциале логической единицы на инверсном выходе триггера 10 знака содержимое счетчика 9 результата на индикацию выводится только после

его преобразования в обратный код, а в противном случае непосредственно, обеспечивая тем самым правильную индикацию в градусах Цельсия как отрицательных, так и положительных температур.

1117463

Таким Образамепрннцип работы цифровот 0 TBpMQметра заакл1очается в сл еду 1ощем.

Частoта следования импульсов на в>»22аде термапреобразователя 1 гри

r:;I.;»>щи»> ет -тика 2 коммутирующегo влe.".ентa 3, схемы 4 совпадения и схемь1 5 упр= âë. åíè.ÿ преобразуется

В Обратна пропорциональный частоте следования интервал времени t2 — t в т»=че>ние ка coрОгo импу льcы с выхОда

Ге11е-.->а тара 3 orle c>ной частОты пОсту и». »>2 ва- . »1етный вха>, счет хика 9 pB з».;:-и .>=-,та. ..::едвари",:.ельна установЛЕ -.".-»ОГО 1 ОПГ ЕДЕЛЕ11НСЕ ИСХОДНОЕ СОто,-:.:ч;е > o=. 01,0:.и:::а>сщее получение 15

0 r C: Е а;.;З11ЕРЯЕМай ТЕМПЕРатУРЫ В НЕ-«! >-.-;» >Е . ; -l ll 0 8 >а>иУ ак ЦЕЛЬС>1 и ,:.ОТОта следОвв>нля импульсОв f 6 на вы,.от:B термопреобразавателя . в

З -:11СИМ>ОСТИ QT ИЗМЕРЯЕМОИ .ЕМПЕРа,2

Ту1рь 9 ра iia

fe=> f,+ Б{9-9,} е (1) aQTОта датчика 1 темпераТУР»> >Р 1 Е>:>П» Ю».ТУPB

»pчT>Iзнa TC 0110чaQTGTHQй X рактеристе".кн 21ат 2нка 1 темпе. ратуры 1 температура калибровки, Беля через 1< Обозначить состояние сне.т -.и <а 2 „ IlpI> даст: )IIBI- .IIII IiсторОга на выходе схемы, со"T-laäBHèÿ воз3

ННКBB ПQÄ-*Q,"К21ТЕЛЬВи-.й ИМПУЛЬС, т0 — 2IkiTBPE» 2а . РЕ11Е>1И > — t

QI

1: (Р

-2 .,. е 1 г а: Jill >BiÑ т За;1МП ..::.Ь СОВ е ПОСТУПаЮ>ЩЕЕ

::;то! -::".",тсрвал вре1 IB:)ê с вь1хОца †..01-:еа..=.тс;-.>а б Опсрно:.. : частоты на счетя>. .: ее>л 0.-10: ЧИКа 9 рвэудьтата раВНО (=)

" ;3 г ".-

- - C>, ° >и: — .>в с, roт i с „ "BpaTQp»1 ОпОр е> .

j, 0.»:. ч». с с т >,-. ..- > » ". i i> .дварительнОЙ уста"" с т ::.кв > («з льтата в состОя

1В е "l „; агтрадЕЛЯ- " СЕ ПОЛОЖЕНИЕМ ка и"lу 1р>21 >.. !c! Пр 02. BìBÖTa 8, с учетОм заз -iii:ia-,e=„>:-.х за ин. Ср>зал времени

2: :.:-.;-.енасQ-:., соперж=:мае сче",. чика

u,:. -l, ë ь,. а» а,; с:: сн I у вре 1ени 2,>, нил;;ил-. .."-c >i р ез ул: TaTQ.: температуры > „

1 >»» >> 11 С и>,.=. (.2,+ >» „В1,1

>11 > ()

/ ц1 ел>: 11,:"1 — >з .1-;ость с-.-.ет чика 9 резуль.".=: =.а, апре»;;еляе1»1ая ат IQu B- "

11 "и, М

9 -8 (е>1 ;и» < и-.> и . д»1 i> — 1 >аксималькае значение и э 6() иl i ;еряемай температуры 9; .;.; ».;мальнае значение из;... ряемой температуры 8 . азре::1аю1>>а я способность аифpQHQã0 т ермометра, 65

Значение состояния N, равно

N„=N - L N, —,(II-1) N ), (б) (ее>1 1 <му1 с учетом которого уравнение (4) принимает вид

Ре В/e=O /

Значение V выбирается по формуле

1 91 82

82>9,„.и Е Гоч где f 9 f в - частота следования

1 2 импульсов на выходе датчика 1 температуры при температурах градуировки 01 и >е2 соответственно.

Разлагая выражение (3) в степен ной ряд и пренебрегая квадратичными членами более высокого порядка, допустимость чего утверждается неравенством fz » S8 „выражение (7) принимает .вид:

S и =-КЕ„29,,(Э} гоч ( свидетельствующий о том, что полученное к моменту времени состояние счетчика 9 результата действительно пропорциональна измеряемой температуре

9 (фиг З II j

Быстродействие гчфровога термометра Оценивается по длительности ин-Bpaa2Ia II pBI>IBHi2 (t - t 3), которая с учетом уравнения (8) равна

92 1 0 »(„) .>, Е

Зй9и„ гдч 9 19и>и гоч (f9 мало отличается от f ) в тo вре92 мя, как длительность цикла. измерения цифрового термометра, Описанного в

I2)>определяется выражением

)- f

9 9Ы, (11)sTc соответствует увеличению быстродействия в гоч (12)

1 \а е>

Без применения специальных серий интегральных микросхем f г ч может быть выбрана равной 1б мГц, что при использовании тремочувствительных пьезокварцевых датчиков с т,=5 мГц означает увеличение быстродействия в 3, " раза, Быстродействие цифрового термометра далее может быть увеличено путем применения более высокочастотных элементов,пля генератора б опорной частоты, схемы И 7 и входной части счетчика 9 результата.

Далее следует„ что при работе

1>ибрансга термометра по .предлагае1117463 мой структуре с реальными термоВ чувствительными пьеэокварцевыми датчиками, термочастотная характеристика которых описывается степенным рядом с положительным квадратным членом, ошибка от нелинейности во всем диапазоне измерения температуры в среднем на 303 ниже ошибки от нелинейности известного устройства

Таким образом, предлагаемый термометр является более простым и в

5 то же время более быстродействующим устройством, чем известное.

1117463 тт

ВНИИПИ Заказ 7184/24

ТиРаж 822 Подписное ма ю»е

Филиал ППП "Патент", r,Óàãîðîä, ул.Проектная, 4