Цифровой термометр

 

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержвВ (Ий термопреобразователь с частотньм выходом, подключенный к первому . входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход соединен с вы- . кодом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени, установочный вход которого соединен с первым выходом схемы управления , а выходы через перв коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соединен с вторым входом первой схемы И, третий выход - с входом установки в положение О счетчика результата измерения и входом установки в положение 1 триггера знака, счетньй вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения, а четвертьй выход схемы управления соединен с . тактирующим входом регистра индикации , входы которого соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходь через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, второй коммутирующий злемент и вторзгю схему И, отличающийся тем, что,с целью упрощения процесса градуировки, термометра , в него введены делитель частоты с перестраиваемым коэффициентом деления и дополнительный счетчик , выходы которого соединены с установочньми входами счетчика результата , вход установки в положение О соединен с пятым выходом йхемы управления, а вход подключен к выходу второй схемы И, входы которой соответственно соединены с вторым выходом схемы управления и выхо1 9 СП 4дом дeJШтeля с перестраиваемым коэффициентом деления, установочные входы которого соединены с выходом второго коммутирующего элемента, а вход подключен к генератору опорной частоты , npw этом три промежуточных выхода счетчика базы времени соединены с вторым, третьим и четвертым входами схемы управления, шестой выход которой соединен с установочнътм входом счетчика результата. .

С 01 К 7/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ 0ССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / .";(21) 3628001 /24-1 О ,(22) 25.07.83 (46) 2).11.84. Бюл. Р 43 (72) О.А.Губанов, В.Л.Котляров и Клаус Циммерман (ГДР) (71.) Львовский ордена Ленина политехнический. институт им. Ленинского комсомола (53) 536.53(088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 310131, кл. С 01 K 7/ОО, 1970.

2. Голембо В.А., Котляров В.Л. и йвецкий Б.И. Ньезокварцевые аналогоцифровые преобразователи температуры. Львов, "Вища школа", 1977, с. 147, рис. 71 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ТКРМОИЕТР, содер- жащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому .входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени, установочный вход которого соединен с первым выходом схемы управления, а выходы через первый ком.мутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соединен с вторьи входом первой схемы И, третий выход — с входом установки в положение "0" счетчика результата измерения и входом установки в положение "1"

„ЯО„„1125428 А

1 триггера знака, счетныи вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения, а четвертый выход схемы управления соединен с тактирующим входом регистра индикации, входы которого соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходы через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации Второй коммутирующий элемент и вторую схему И, о т л ич а ю шийся тем, что,с целью упрощения процесса градуировки термометра, в него введены делитель частоты с перестранваемым коэффициентом деления н дополнительный счетчик, выходы которого соединены с установочными входами счетчика результата, вход установки в положеll ll ние О соединен с пятым выходом схемы управления, а вход подключен к выходу второй схемы И, входы которой соответственно соединены с вторым выходом схемы управления и выхо1 дом делителя с перестраиваемым коэффициентом деления, установочные входы которого соединены с выходом второго коммутирующего элемента, а вход подключен к генератору опорной частоты, при этом три промежуточных выхода счетчика базы времени соединены с вторым, третьим и четвертым входами схемы управления, шестой выход которой соединен с установочным входом счетчика результата., 1125478

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров, работающих в составе с термопреобразователями, имеющими частотный, выход, например пьезокварцевыми датчиками температуры.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь с частотным выходом, соединенный с входом ключа, генератор опорной частоты, соециненный с делителем частоты, блок управления, вход. которого соединен с выходами старшего разряда делителя частоты, а выходы подключены к управляющему входу ключа, генератору опорной частоты и входу устан вки в"0" делителя частоты, блок индикации (1 1.

Однако это устройство характеризуется неудобством его градуировки, обусловленным его структурной схемой

Наиболее близким по технической 25 сущности к изобретению является цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а ( второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени„ установочный вход которого соединен с

35 первым выходом схемы .управления, а выходы через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соецинен с вторым входом первой схемы И, третий выход — с вхоцом установки в "0" счетчика результата измерения и входом установки в "1" триггера знака, счетный. вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения, а четвертый выход схемы управления — с тактирующим входом регистра индикации, входы которого сое50 динены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходы через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, второй коммутирующий элемент и вторую схему И (2j. ь5

Однако известный ц:1фровой термометр характеризуется неудобством его градуировки, обусловленным его структурой построения.

Цель изобретения — упрощение процесса градуировки цифрового термометра путем введения раздельной градуировки при 8 0 С и 8 100 С (например, В - 100 С).

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени, установочный вход которого соединен с первым выходом схемы управления, а выходы через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соединен с вторым входом первой схемы И, третий выход — с входом установки в "0" счетчика ре— зультата измерения и входом установки в "1" триггера знака, счетный вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения,. а четвертый выход схемы управления соединен с тактирующим входом регистра индикации, входы которого соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходы через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, второй коммутирующий элемент и вторую схему И, введены делитель частоты с перестраиваемым коэффициентом деления и дополнительный счетчик, выходы которого соединены с установочными входами счетчика результата, вход установки в "0" соединен с пятым выходом схемы управления, а вход подключен к выходу второй схемы И, входы которой соответственно соединены с вторым выходом схемы управления и выходом делителя с перестраиваемым коэффициентом деления, установочные входы которого соединены с выходом второго коммутирующего элемента, а вход подключен к генератору опорной частоты, при этом три промежуточных выхода счетчика базы времени соединены с вторым, третьим и четвертым входами схемы управления, шестой выход которой соединен с установочным входом счетчика результата.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового термометра; на фиг. 2 схема управления; на фиг. 3 — времен45

3 1 l 254 ные диаграммы, поясняющие работу цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, генератор 2 опорной частоты, смеситель 3, делитель 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления, коммутирующий элемент 5, две схемы И 6 и 7, схему 8 управления, схему 9 совпадения, коммутирующий элемент 10, счетчик 11 базы времени, дополнительный счетчик 12, счетчик 13 результата, триггер 14 знака, регистр 15 индикации, управляемый преобразователь 16 кода, блок 17 индикации, при этом входы 18-20 схемы управления соединены с промежуточными выходами счетчика базы времени, а вход 21 схемы управления—

I с выходом схемы совпадения.

Выход 22 схемы управления соединен с вторыми входами схем И 6 и 7, выход 23 — с входом установки в "0" дополнительного счетчика 12, выход 24 — с входом установки счетчи25 ка 13 результата, выход 25 — с входом установки в "0" счетчика 13 результата и входом установки в "1" триггера 14 знака, выход 26 — с тактирующим входом регистра 15 индика30 ции и выход 27 — с входом установки в "0" счетчика 11 базы времени.

Схема 8 управлении содержит три инвертора 28-30, шесть схем И 31-36 и триггер 37, причем к входу 18 подключены вход инвертора 28, выход которого соединен с первыми входами схем И 31, 33 и 35, и вторые входы схем 32 и 34.

Вход 19 соединен с вторым входом схемы И 33, третьим входом схемы И 34 и -входом инвертора 29, выход которого соединен с вторыми входами схем И 31 и 35 и первым входом схемы И 32.

Вход 20 подключен к входу инвертора 30, выход которого соединен с третьими входами схем И 31-33 и первым входом схемы И 34, и к третьему входу схемы И 35, подключенной своим выходом к входу установки в триггера 37.

Вход 21 схемы управления соединен с первым входом схемы И 36 и входом установки в "0" триггера 37, инверсный выход которого соединен с четвер-55 тыми входами схем И 31-35 и вторым входом схемы И 36, выход которой подключен к выходу 27.

78 i

Выходы 23-26 схемь управления соответственно соединены с выходамн схем И 34-31, а выход 22 — с прямым входом триггера 37.

Цифровой термометр работает сле— дующим образом.

Смеснтель 3 выделяет сигнал, частота которого равна разности частот датчика 1 температуры и генератора ? опорной частоты, последняя нз которых выбирается меньше минимального значения частоты термопреобразователя 1, в результате чего знак разности обеих частот во всем диапазоне измерения температуры остается

)неизменным. Частота генератора 2

I опорной частоты делителем 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления с использованием коммутирующего элемента 5 преобразуется в частоту, равную частоте выходного сигна— ла смесителя 3 при температуре датчика, равной 0 С. Поступающие также на счетный вход счетчика 11 базы времени импульсы генератора 2 опорной частоты при помощи коммутирующего элемента 10, схемы 9 совпадения и схемы 8 управления преобразуется в ряд сигналов, представленных на фиг. 3

Предполагая, что к моменту времеHH ", (фиг. 3 а триггер 37 схемы 8 управления и первые три выхода счетчика 11 базы времени, подключенные к входам 18-20 схемы управления 8 соответственно, находятся в нулевом состоянии, на выходе схемы И 31 образуется положительный импульс, поступающий через выход 26 схемы 8 управ— ления на тактирующий вход регистра 15 индикации, под воздействием которого в него записываются состояния счетчика 13 результата и триггера 14 знака.

Поступлением следующего импульса генератора 2 опорной частоты состояние счетчика 11 базы времени увеличивает— ся на единицу, в рeýóëü-ате чего на выходе схемы И 32 схемы 8 управления образуется положительный импульс (фиг. Зб, момент времени t„), поступающий через выход 25 схемы 8 управления на вход установки в "0 счетчика 13 результата и на вход установки в "1" триггера 14 знака.

Под воздействием следующего импульса генератора 2 опорной частоты состояние счетчика базы времени вновь увеличивается на единицу, н на выходе схемы И 33 схемы 8 управления

1125478 образуется положительный импульс (фиг. Зв, момент времени 1 ), поступающий через выход 24 схемы 8 управ.ления на вход установки счетчика 13 результата, в результате чего в него 5 записывается содержимое дополнительного счетчика 12 (фиг. 3а, и ). В следующем такте на выходе схем И 34 схемы 8 управления образуется положительный импульс(фиг. Зг.,момент вре- 10 мени 1 ), под воздействием которого через выход 23 схемы 8 управления дополнительный счетчик 12 устанавливается в состояние "Он .

Под воздействием возникающего в !5 следующем такте на выходе схемы И 35 схемы 8 управления положительного импульса на вход установки в "1" триггера 37 схемы 8 управ тания на его прямом выходе устанавливается положи- 20 тельный потенциал (фиг. 3 е, момент времени 1 ). Этот сигнал поступает через выход 22 схемы 8 управлений на вторые входы схем И 6 и 7 и тем самым разрешает счет импульсов с выхода смесителя 3 в счетчике 13 результата, работающем в режиме прямого счета, и счет импульсов с выхода делителя 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления в дополнитель- 30 ном счетчике 12, работающем в режиме обратного счета.

При достижении счетчиком 11 базы времени состояния „соответствующего установленному коммутирующим элемен- 3> том 10 значению, на выходе схемы 9 совпадения образуется положительный импульс (фиг. 3 д, момент времени 1 ), действующий через вхоц 21 схемы 8 управления, вход установки в "0" триггера 37 и второй вход схемы И 36 схемы 8 управления, в результате чего из-за нулевого потенциала на прямом выходе триггера 37, поступаю4c щего через выход 22 схемы управления на вторые входы схем И б и 7, прекращается счет импульсов как в счетчике !3 результата, так и во вспомогательном с летчике 12,. и из-за положительного потенциала на пнверсНоМ выходе триггера 37 на выходе схемы И 36 схемы 8 управления возникает положительный импульс (фиг. 3 к, момент времени t; ), действующий через выход 27 схемы 8 управления на вход установки в "0" счетчика 11 базы времени. Установкой счетчика l1 базы времепи в "0" начинается следующий цикл измерения (фиг. 3 д, момент времени ) .

Раздельная юстировка цифрового термометра заключается в том, что установкой коммутирующего элемента 5 реализуется такой коэффициент деления делителя 4 частоты, что его выходная частота точно соответствует частоте на выходе смесителя 3 при температуре датчика 1, равной 0 С.

В итоге поступающие в счетчик 13 результата и в дополнительный счетчик 12 количества импульсов при нулевой температуре датчика 1 одинаковы. Учитывая режим обратного счета доло.пнительного счетчика 12 после занесения его содержимого в счет-.

-»II; 13 результата (фиг. Зи, момент времени 12 ) и последующего счета импульсов с выхода смесителя 3 в течение интервала времени 1,1 — 1 в счетчике 13 результата, работающем в режиме прямого счета, накапливается число, равное его максимальной емкости, представляемое в виде переноса, устанавливающего триггер 14 знака в нулевое состояние, и нуле— ного состояния са,м.ого счетчика 13 результата. Полученное в этом случае нулевое показание на блоке 17 инди— ,кации цифрового термометра не зависит от случайно выставленной длительности интервала времени Ф -1 точное значение которой на данном этапе градуировки еще не известно.

Установкой коммутирующего элемента 10 определяется то состояние счетчика 11 базы времени, при достижении которого на выходе схемы 9 совпадения возникает положительный импульс (фиг. 33, момент времени .Е5 ), заканчивающий время счета как счетчика 13 результата, так и вспомогательного счетчика 12.

Обеспечивал на термопреобразователе 1 температуру второй реперной точки изменением установки коммутирующего элемента 10, реализуем длительность интервала времени t p † приводящую к показанко на блоке 17 индикации цифрового термометра температуры второй реперной точки, не изменяя

IIpH этом установку коммутирующего элемента 5.

Таким образом, раздельная юстировка. цифрового термометра производится в двух этапах. На первом этапе при помощи коммутирующего элемент» 5 устанавливается нулевое показание! 125478

7 цифрового термометра (в виде первой реперной точки используется тающий лед), а на втором этапе изменением установки коммутирующего элемента 10 добиваемся на блоке 17 индикации цифрового термометра температуры второй реперной точки.

Частота следования импульсов на выходе термопреобразователя 1 в зависИмости от измеряемой температу- 10 ры 9 равна =g., (e, (1) где — частота па выходе датчика 1 температуры;

5 — крутизна термочастотной характеристики термопреобразователя;

6 — температура калибровки.

Если интервал времени14 — h обоз— начить чере з Т t; z (базы време ни), то накопленное к моменту времени 1В в счетчике 13 результата число равно

Т

8 сч Рез (8 оч) БS сч вся где 1 — частота на выходе генерагоч тора 2 опорной частоты

" ч В д — содержимое дополнительного счетчика 12 к моменту вре- зп мени t (предыдущеro цик ла измерения) °

Причем знаком минус в формуле (2) учитывается режим обратного счета дополнительного счетчика 12, содержимое, которого определяется соотношением и =т Е-ч сч Всп Бя у, (3) где К вЂ” коэффициент деления делителя 4 частоты, определяемый 4 установкой коммутирующего элемента 5.

После первого этапа юстировки соб.людается следующее соотношение где Кю — значение коэффициента юстиг деления делителя 4 частоты после юстировки, с учетом которого содержимое дополнительного счетчика 12 равно

Тогда содержимое счетчика. 13 результата после проведения первого этапа юстировки равно

N сч ре3 юстир БВ

=5ЯТ и при 9 = 0 действительно обращается в нуль.

После второго этапа юстировки соблюдается следующее дополнительное соотношение а

58 Т

2 БВ юстир д9 где 02. — температура второй реперной точки, и,„;и — разрешающая способность цифрового термометра;

Т

5Ь юстиР— база времени после второй юстировки, с учетом которого соотношение (б) принимает вид в, (в)

СЧ РЕВ ЮСтИР 2 ДВ

П1 1 в

0 где, содержимое счетчика 13 ре. СЕРЕЕ ЮСтИрг зультата прй температуре 8 после второго этапа юстировки, свидетельствующий о том, что цифро— вой прибор после раздельной юстировки параметров К и Т действительно показывает значение измеряемой тем— пературы

Управляющий преобразователь 16 кода при единичном значении знакового разряда регистра 15 индикации производит преобразование входного кода в обратный, чем обеспечивается правильность показаний цифрового термометра при измерении отрицательных температур (8 (0 С), в противном случае управляеьый преобразователь 1б кода не влияет на передачу кода с. выходом регистра 15 индикации на входы блока 17 индикации.

Наличие в предлагаемом цифровом термометре делителя частоты с перестраиваемыми коэффициентам, а также новых связей между элементами выгодно отличает его от известното, так как позволяет упростить процесс

его градуировки и тем самым упростить его эксплуатацию.

1125478

1 I 25478

Составитель В.Куликов

Техред JI.Коцюбняк Корректор Е.Сирохман

Редактор В.Дайко

Заказ 8529/30 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4