Измеритель разности температур

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР , содержащий два пьезокварцевых термопреобразователя с частотным выходом , генератор опорной частоты, счетчик, две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управления , третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактируюгдам входом цифрового индикатора , реверсивньгй счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход переноса подключен к. установочному входу триггера знака, а информационный выход подключен к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, о т л ич ающнйс я тем, что, с целью повьшения быстродействия и упрощения измерителя, в него введены дополнительный счетчик, три коммутирующих элемента и две схемы совпадения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами схемы, управления, а входы соответственно подключены к выходам первого и второго коммутирующих элементов, при зтом выходы пьезокварцевых термео преобразователей подключены к входам;® Счетчиков, выходы которых подключены соответственно к входам коммутирующих элементов, а установочнь е входы - к пятому и шестому выходам схемы управления, трегий и четвертый входи которой соединены с первым и вторым выходами счетчика, причем вычитающий вход реверсивного счетчибС: ка соединен с выходом второй схемы СйЭ И, установочные входы реверсивного счетчика подключены к выходам третьеСО го коммутирующего элемента,вход которого соединён с четвертьм вькоДЬм схемы управления ,v а выход генератора опорной частоты соединен с вторыми входами схем И.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В@,, р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21.) 3627219/24-.10 (22) 25.07.83 (46) 07.03.85. Бюл. Р- 9 (72) В.Л.Котляров, Клаус Циммерман (ГЛР) и Б.И.Швецкий (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 536.53(088.8) (56) 1, Голембо В.А., Котляров В.Л.

О путях построения цифровых пьезокварцевых измерителей температуры.

Контрольно-измерительная техника.

Львов, Изд-во Львовского университета, 1971, вып. 10, с. 45.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3475091/18-10, кл. С 01 К 7/00, 1982 (прототип). (54)(57) ИЗ!!ЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ TFNIEPATYP, содержащий два пьезокварцевых термопреобразователя с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик, две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управления, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход переноса под-.

„„SU„„14 997 А

4(5D G О! К 7 00 G 01 K 3/08 ключен к. установочному входу триггера знака, а информационный выход подключен к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения быстродействия и упрощения измерителя, в него введены дополнительный счетчик, три коммутирующих элемента и две схемы совпадения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами схемы управления, а входы соответственно подключены к выходам первого и второго коммутирующих элементов, при этом выходы пьезокварцевых термопреобразователей подключены к входам@ начетчиков, выходы которых.подключены соответственно к входам коммутирующих элементов, а установочные входы — к пятому и шестому выходам схемы управления, треногий и четвертый входы которой соединены с первым и BTopbN выходами счетчика, причем вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом второй схемы

И, установочные входы реверсивного счетчика подключены к выходам третьего коммутирующего элемента, вход которого соединен с четвертым выходом схемы управления, а выход генератора опорной частоты соединен с вто рыми входами схем И.

1143997

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к измерителям разности температур, работающим в составе с термопреобразователями, имеющими частотный выход, например, пьезокварцевыми термопреобразователями.

Известен измеритель разности температур, содержащий два пьеэокварцевых термопреобразователя с частот — 1О ным выходом, два смесителя, два формирователя импульсов, две схемы И, генератор опорной частоты, делитель частоты, реверсивный счетчик результата и цифровой индикатор (1 3. 1$

Однако в данном измерителе разности температур невозможно применение термопреобразователей. с различной крутизной характеристики температура — частота, кроме того, он харак-щ. теризуется низким быстродействием.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измеритель разности температур, содержащий два пьезокварцевых термопреоб- 25 разователя с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик (делитель), две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управ-ЗО ления, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, сум35 мирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход переноса подключен к установочному входу триггера знака, а информационный вы„ход — к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, а также три смесителя, схему ИЛИ, два формирователя импульсов, третью схему. И, три генератора опорной частоты 2).

Однако известный измеритель разности температур также характеризуется низким быстродействием, обуслов1ленным его структурой построения, и сложностью, заключающейся в необходимости применения трех генераторов опорной частоты и трех смесителей.

Цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение измерителя.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель разности температур, содержащий llBB пьезокварцевых термопреобраэователя с частот-4 ным выходом, генератор опорной частоты, сМетчик, две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управления, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход переноса подключен к установочному входу триггера знака, а информационный выход подключен к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, введены дополнительный счетчик, три коммутирующих элемента и две схемы совпадения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами схемы управления, а входы соответственно подключены к выходам первого и второго коммутирующих элементов, при этом выходы пьезокварцевых термопреобраэователей подключены к входам счетчиков, выходы которых подключены соответственно к входам коммутирующих ° элементов, а установочиые входы — к пятому и шестому выходам схемы управления, третий и четвертый входы которой соединены с первым и вторым выходами счетчика, причем вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом второй схемы И„ установочные входы реверсивного счетчика подключены к выходам третьего коммутирующего элемента, вход которого соединен с четвертым выходом схемы управления, а выход генератора опорной частоты, соединен с вторыми входами схем И.

На фиг.1 представлена блок-схема измерителя разности температур; на фиг.2 — схема управления, на фиг .3 — временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Измеритель разности температур содержит два термопреобразователя

1 и 2 с частотным выходом, счетчик

3, дополнительный счетчик 4, коммутирующие элементы 5-7, две схемы 8 и 9 совпадения, генератор 10 опорной частоты, две схемы И 11 и 12, схему 13 управления, реверсивный счетчик t4, триггер 15 знака, цифровой индикатор t6.

Входы 17 и 18 схемы управления соединены с выходами схем 8 и 9 сов114 з падения, а входы 1о и 20 — с двумя псрвыми выходами счетчика 3. Выходы 21 и 22 схемы управления соединены с первыми входами двух схем

И 11 и 12, выходы 23 и 24 — соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, а выходы 25 и 26 — с установочными вхс>дами счетчиков 3 и 4. 10

Схема 13 управления (фиг. 2) содержит два инвертора 27 и 28, четыре схемы И 29 — 32, три триггера 33-35, схему И 36, схему 37 равнозначности, триггер 38 и две схемы И 39 и 40.15

Измеритель разности температур работает следующим образом.

Термопреобразователи 1 и 2 с частотным вьг.одом непрерывно подают импульсы, частота следования которых является информативным параметром их температур 8„ H 8» на счетные входы счетчиков 3 и 4 соответственно. С помощью коммутирующих элементов 5 и 6, положение которых опреде- 25 ляет коэффициенты деления K и К счетчиков 3 и 4, и схем 8 и 9 совпадения в схеме 13 управления формируются интервалы времени t> -t< (фиг,Зв, выход триггера 33) и t>- (фиг.Зг, 3О выход триггера 34), длительность которых зависит от температур 6„ и 9„ соответственно. Схема 37 равнозначности выделяет разность между обоими интервалами времени.

К моменту времени t триггеры о

33 и 34 схемы 13 управления находятся в нулевых состояниях, и на входе

19 схемы управления имеется положительный, на входе 20 нулевой потен — 40 циалы, а на выходе схемы И 30 возникает положительный импульс (фиг.За, момент времени с ), поступающий через выход 24 схемы IЗ управления на тактирующий вход цифро-45 вого индикатора 16, в результате чего в него записывается состояние реверсивного счетчика 14 и триггера 15 знака, которые запоминаются и выводятся на индикацию до получения 50 следующего результата измерения разности температур. После поступления следующего импульса с термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика

3 последний устанавливается в состоя-55 ние два, в резупьтате чего на входе

19 схемы 13 управления появляется нулевой потенциал, а на входе 20

3997 4 положительный, под воздействием которых на выходе схемы И 31 образуется положительный импульс, поступаю щий через выход 23 схемы 13 управления на вход коммутирующего элемента 7 и вход установки в единицу триггера 15 знака (фиг.Зб, момент времени t ) .Этим импульсом реверсив1 ный счетчик 14 устанавливается в состояние N (ôèã.3æ, момент времении 1„), опр ед ел я емое и ол оже вием коммутирующего элемента 7. С поступлением очередного импульса с выхода термопреобразователя 1 счетчик 3 устанавливается в положение три, при котором на входах 19 и 20 схемы 13 управления имеется потенциал логической единицы, в результате чего на выходе схемы И 32 схемы 13 управления образуется положительный импульс, устанавливающий триггеры

33 и 34 в единичные состояния (фиг. Зв,г) момент времени t .Óñòàновкой триггера 34 в единичное состояние снимается положительный потенциал с выхода 26 управления, подкхпоченного к входу установки в нуль счетчика 4, в результате чего с этого момента времени разрешается счет импульсов с выхода термопреобразователя 2 в счетчик 4. Схемой И 36, подключенной своими входами к инверсным выходам триггеров 33 и 34, запрещается работа схем И 29-32 при единичHÎM состоянии хотя 6bI одного из двух триггеров.

Непрерывный счет импульсов с выходов термопреобразователей 1 и 2 счетчиками 3 и 4 продолжается до появления положительного импульса на выходе схем 8 и 9 совпадения соответственно. С появлением положительного импульса на выходе схемы 9 совпадения, подключенному к входу 18 схемы 13 управления, триггер 34 устанавливается в нуль (фиг.Зг, момент времени t }. В результате воздействия выходного сигнала с инверсного выхода через выход 26 схемы управления на вход установки в нуль счетчика 4 прекращается счет импульсов с выхода термопреобразователя 2, а на выходе схемы 37 равнозначности схемы управления устанавливается положительный потенциал (фиг.Зд, момент времени t>), который в зависимости от состояния триггера 38 передается либо на выход

1143997

22, либо на выход 21 схемы управления, разрешая тем самым поступление импульсов с выхода генератора 10 опорной частоты через вторые входы схем И 11 и 12 на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 14. С появлением положительного импульса на выходе схемы 8 совпадения, подключенной к входу 17 схемы управления, триггер 33 устанавли- !О вается в нуль (фиг ° Зв, момент времени t4), в результате чего выход -схемы 37 равнозначности принимает нулевой потенциал, прекращая тем самым счет реверсивного счетчика 14. Со- !s стояние триггера 38 схемы управления определяется состоянием триггера

33 схемы 13 управления (фиг.Зв)к моменту образования положительного фронта импульса на выходе схемы 37 20 равнозначности (фиг ° Зд, момент времени t>). Причем при временных соот-. ношениях (фиг.Зв,г) триггер 38 к моменту времени t устанавливается в единицу, в результате чего за интер- 25 вал времени t -t производится пряФ Ъ мой счет реверсивного счетчика 14 (фиг.Зж, интервал времени и -t4), в противном случае (t -t )триггер

38 останется в нулевом состоянии, 30 в которое он переводится импульсом на выходе триггера 35 (фиг.3r, момент времени t„), в результате чего за интервал времени сушествования положительного импульса на выходе схемы 37 равнозначности схемы 13 управления производится обратный счет реверсивного счетчика 14.

В случае возникновения при прямом счете переноса реверсивного счетчика 14 (фиг.Зж, при достижении состояния, равного максимальной емкости счетчика) триггер 15 знака устанавливается в нулевое состояние. Положительным фронтом импульса на инверс45 ном выходе схемы 37 равнозначности триггер 35 схемы управления устанавливается в единичное состояние (фиг.3 е, момент времени и 4), под воздействием возникающего при этом на выходе 25 схемы управления положительного потенциала на входе установки в нуль счетчика 3 он переходит в нулевое состояние. При нулевых потенциалах на выходах 19 и 20 схемы управления и нулевых состояниях триггеров 33 и 34 на выходе схемы И

29 образуется положительный импульс, устанавливающий триггер 35 в нулевое состояние, в результате чего снижается положительный потенциал на входе установки в нуль счетчика 3 и начинается его счет с нулевого состояния. Следующим импульсом термопреобразователя 1. счетчик 3 устанавливается в состояние единицы, в результате чего на входе 19 схемы управления появляется положительный потенциал, под воздействием которого при нулевом потенциале на входе

20 схемы 13 управления на выходе схемы И 30 возникает положительный импульс (фиг.3 а,,момент времени t<), при котором через выход 24 схемы управления на тактирующий вход цифрового индикатора 16 в него записываются полученные в текущем цикле измерения состояния реверсивного счетчика 14 и триггера 15 знака.

При поступлении следующего импульса с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 3 к моменту

t начинается следующий цикл измерения.

Частота следования импульсов Х.

i6 на выходе термопреобразователей 1 и 2 в зависимости от их температуры 0;, описывается соотношением! где 1; — частота i -ro термопреобразователя при температуре ео

5; — крутизна термочастотной характеристики -ro термопреобразователя;

9 — температура калибровки

i=1,2 — номер термопреобразовате- ° ля.

Обозначая длительность интервала времени t2-t через Т1Е и длительг 4 ность интервала времейи tz-t через Тг, можно записать — Т

1, К2

16 f 2e (z)

19 ге где К„и Кг — коэффициенты деления счетчиков 3 и 4 соответственно.

Значение коэффициентов К, определяется по формуле

43997 где>92-9,) „„с — максимальное значение измеряемой разности температур.

10 Цифровой индикатор 16, управляемый триггером 15 знака,при единичном его значении перед выводом на индикацию полученного результата измерения разности температур производят

15 преобразование полученного результата в обратный код, а при нулевом значении такого преобразования не производит, чем обеспечивается правильная индикация как положитель20 ных, так и отрицательных разностей температур. на

1в 1 дТ=Т -Т

19 29 f „b8

29 1

Е29 52 (92 ь) о

Е (1O)

МиН 0»

1

Tu=

1 миН макс 1 19 29

beÄÄÄ S, S2 SO

7 11 где 59 раэре»>ак>щая способность измерителя разности температур;

Е » — частота генератора 10 опорной частоты.

Значения К и К реализуются при > 2 помощи коммутирующих элементов 5 и 6, причем значение К,, полученное на основе выражения (3), необходимо увеличивать на 3, что позволяет использовать счетчик 3 и для формирования управляющих импульсов.

Тогда разность длительностей Т„в и Т29, вЫПеляемая схемой 37 равнозначности схемы 13 управления,. равПосле разложения в степенной ряд и пренебрежения квадратичными и более высокими членами, допустимость чего подтверждается неравенством

Е,. >15,(6 С,„-О ), уравнение (4) преоб1 разуется к виду

Содержимое N реверсивного счетчика 14 равно

1)о+ ьТ f îà > (6) где N — начальное состояние ревер0 сивного счетчика 14, в которое он устанавливается в начале цикла измерения при помощи коммутирующего элемента 7.

Значение N выбирается для полу0 чения отсчета результата измерения разности температур непосредственно. в градусах цельсия на основе равен-

1 ства мсек с где N — емкость реверсивного счетсч

8 чика 14, выбираемая на основе соотношения

2 > )мц>

СЧ . by > () мин

Длительность цикла измерения разности температур предлагаемого измерителя можно оценивать выражением в то время, как длительность цикла измерения разности температур известного измерителя равна что соответствует увеличению быстродействия в К=2 „(Е раз. В зависимость от типа используемых микросхем быстродействие измерителя может быть повышено не менее чем в

1 три раза. В измерителе используется только один генератор опорной частоты, что значительно упрощает его кон- струкцию.

Таким образом, в отличие от известного предлагаемый измеритель разности температур является более быстродействующим и более простым устройством.

)143997

Фиг.f

l 1 Älrl(j

17

1143997

/ЮТС счаеь

No о р 2

BHHHGH Заказ 895/34 ТиРаж 897 Подписное

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4