Цифровой термометр

 

Изобретение относится к. технике температурных измерений и позволяет уменьшить затраты времени на измерение путем обеспечения автоматического переключения порога чувствительности . Дли этого в устройство введены, схема 6 сравнения, регистр 5, трехвходовые элементы И 7 и 8, двухвходовые элементы И 13 и 14, счетчик 9, триггер 10, элемент задержки 11, одновибратор 12, дешифра (Л 1Ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

32 (594 G О!

Я, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! а

И А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;.. РГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

/ у.ъ j ь

Р (61) 1190209 (21) 3900105/24-10 (22) 27.05.85 (46) 30. 12.86. Бюл. Р 48 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В.Л.Котляров, В.А.Голембо и И.П.Паралюх (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1190209, кл. G 01 К 7/32, 1984...SU„, 1280342 А2 (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР (57) Изобретение относится к. технике температурных измерений и позволяет уменьшить затраты времени на измерение путем обеспечения автоматического переключения порога чувствительности. Дли этого в устройство введены. схема 6 сравнения, регистр

5, трехвходовые элементы И 7 и 8, двухвходовые элементы И 13 и 14, счетчик 9, триггер 10, элемент задержки 11, одновибратор 12, дешифра1280342 тор 15, элементы И-ИЛИ-EIF, 18 и И-НЕ

16 и 17. В первом такте на выходах введенного сумматора 4 формируется код разности двух соседних результатов измерения, поступающих нз регистра 5 и с выхода 3 блока 1. С коммутатора 19 на адин из вторых кодов схемы б сравнения поступает "1", соответствующая "1" младшего разряда на установленном пороге чувствительности. При равенстве результатов в счетчик 9 с выхода элемента И 7 добавляется "1", при неравенстве результатов сигнал с выхода элемента

И 8 устанавливает счетчик 9 и триггер 10 в ноль. Во втором такте на вторые вхоДы схемы 6 сравнения поступает с коммутатора 19 сигнал "1", 1

Изобретение относится к технике температурных измерений, а именно к цифровым термометрам, работающим в комплекте с частотными термопреобразователями, например, пьезокварцевыми, и является усовершенствованием цифрового термометра, описанного в авт. св. № 1190209.

По основному авт. св. ¹ 1190209 известен цифровой термометр, содержа- 10 щий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу тактирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, основной делитель опорной частоты, счетчик результата, к выходам которого подключен регистр результата с блоком индикации, схемы И, схему ИЛИ и схему БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ, шесть ключей, два 20 дополнительных делителя опорной частоты, два D-триггера, два одновибратора, два коммутатора, два дополнительных счетчика результата с регистрами результата и блоками индикации и два RS-триггера, причем выход тактирующего устройства подключен к входу первого ключа, К и S-схем И, первые входы которых через второй ключ соединены с шиной нулевого потенциала термометра„ соединенной соответственно через третий и четвертый соответствующий "1" соседнего с млад-шим разрядом результата, а на элементы И 14 и 13 — сигнал с выхода одновибратора 12 с элемента задержки 11. Если результат отличается больше чем на 10 единиц, то на выходе элемента И 14 появляется сигнал переключения на более грубый предел.

Если подряд 10 результатов были одинаковы, то на выходе элемента И

13 появится сигнал переключения на более чувствительный предел.

Элементы И вЂ” НЕ )6 и 17, И вЂ” ИЛИНЕ 18 переключают порог чувствительности термометра в зависимости от сигналов на выходах элементов 13 и 14 и дешифратора

15. 3 ил., 2 ключи с S-входом первого RS-триггера, соединенным с вторым входом второй схемы И и R-входом второго RS-триггера, соединенным с вторым входом первой схемы И, выходы RS-триггеров подключены соответственно к D-входам двух D-триггеров и первым входам схемы БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ, выход которой через первый одновибратор подключен к установочным входам делителей частоты и первому входу схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с входом переноса регистров результата и через второй одновибратор соединен с выходом основного делителя опорной частоты и управляющим входом первого клю ча, а выход подключен к установочным входам счетчиков результата и С-вхоI дам D-триггеров, выходы которых соответственно подключены к вторым входам схемы БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ, управляющим входам пятого и шестого ключей, включенных в цепь питания дополнительных индикаторов и управляющим входам коммутаторов, при этом входы первого коммутатора соответственно соединены с выходом первого ключа, соединенным с входом первого дополнительного счетчика результата и выходами дополни- . тельных счетчиков результата, а выходы подключены к входам второго дополнительного и основного счетчиков ре1?80342 зультата, а входы второго коммутатора соответственно соединены с выходом генератора опорной частоты, сое— I диненным с входом первого дополнительного делителя опорной частоты и выходами дополнительных делителей опорной частоты, а выходы подключены к входам второго дополнительного и основного делителей опорной частоты, при этом каждый коммутатор содержит .10 три схемы ИЛИ, четыре схемы И и дешифратор, входы которого соединены с управляющими входами коммутатора, первый выход соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен с первым входом второй схемы И и первым входом коммутатора, а выход подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторым входом коммутатора, а 20 второй вход подключен к выходу третьей схемы И, входы которой соответственно соединены с третьим входом коммутатора и выходом второй схемы

ИЛИ, первый вход которой соединен с вторым выходом дешифратора и вторым входом второй схемы И, а второй вход подключен к третьему выходу дешифратора, соединенному с первым входом четвертой схемы И, второй вход которой соединен с вторым выходом коммутатора, а выход подключен к первому входу третьей схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым выходом коммутатора, а второй вход соединен с вы- 35 ходом второй схемы И.

Целью изобретения является уменьшение затрат времени на измерение путем обеспечения автоматического переключения порога чувствительности.

В предлагаемом устройстве при переходе на измерение с более высокой чувствительностью пропорционально увеличивается и время измерения. 45

И если от измерения к измерению результаты отличаются более, чем на

10 единиц младшего разряда, т.е. отличаются значениями предпоследних разрядов, то значение поСледнего разряда не несет эффективной инфор.мации, а поэтому время, расходуемое на измерение с такой разрешающей способностью, расходуется нерационально. В предлагаемом устройстве при таком отклонении соседних резуль татов автоматически осуществляется переход на более "грубый" предел измерения, благодаря чему за одно и то же время вместо одного производится десять (или даже сто) измерений.

Если же подряд 10 соседних результатов одинаковы, то предлагаемое устройство автоматически переходит на предел измерения с большей чувствительностью (в 10 или 100 раз).

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового термометра (цифровой термометр представлен в виде блока измерения температуры 1 и трех ключей

2.1-2.3 переключения порога чувствительности), на фиг. 2 — временные диаграммы работы цифрового термометра на фиг. 3 — блок-схема блока измерения температуры.

Цифровой термометр содержит блок

1 измерения температуры, ключи 2.12.3 переключения порога чувствительности, выходы 3 регистров результата основного цифрового .термометра (информационные выходы блока 1), сумматор 4, дополнительный регистр 5, вторую схему 6 сравнения, два трехвходовых элемента И 7 и 8, четвертый счетчик 9, триггер 10, элемент 11 задержки 11, дополнительный одновибратор

12, двухвходовые элементы И 13 и 14, дешифратор 15, первый и второй элементы И-НЕ 16 и 17, элемент И-ИЛИ-НЕ

18, третий коммутатор 19, первый выход блока-измерения температуры 20.1 соединенный с входом Перенос" ре-. гистров результата основного цифрового термометра, второй и третий выходы 20.2 и 20.3, соединенные соответственно с управляющими входами

I коммутаторов блока измерения температуры, входы 21-23 переключения порога чувствительности блока измерения температуры.

Информационные выходы блока 1 измерения температуры подключены к вторым информационным входам суммато. ра 4 и информационным входам регистра 5, инверсные выходы которого подключены к первым входам сумматора 4, выходы которого подключены к первым входам схемы 6 сравнения. К вторым входам схемы 6 сравнения, за исключением четырех из них, подключен источник нулевого потенциала (общая шина термометра). Указанные четыре входа схемы 6 сравнения, соответствующие младшим разрядам четырех младших декад схемы 6 сравнения, подключены к выходам 4-разрядного коммута1280342

Выход элемента И вЂ” НЕ 16 подключен к выходу третьего ключа 2.1 — к входу 21 переключения порога чувствительности блока 1 измерения температуры в режим измерения с порогом чуво ствительности 0,01 С, выход элемента И-ИЛИ-НЕ 18 *одключен к выходу . второго ключа 2.2 — входу 22 переключения порога чувствительности блока

1 измерения температуры на измерение, о с порогом чувствительности 0,001 С, а выход элемента И-HE 17 подключен

55 тора 19, первый вход первого (младшего) разряда и второй вход младшего разряда, соединенный с первым входом второго разряда, присоединены к пер вому выходу дешифратора 15, к второ- му выходу которого подключены второй вход второго и первый вход третьего разрядов коммутатора 19, к третьему выходу дешифратора 15 подключены второй вход третьего и первый вход чет- 10 вертого (старшего) разрядов коммутатора 19.

Выход "Меньше" схемы 6 сравнения ,подключен к третьему входу первого элемента И 7, выход "Равно-больше" 15 схемы сравнения 6 подключен к третьему входу второго элемента И 8 и второму входу элемента И 14. К первым входам элементов И 7 и 8, управляющему входу коммутатора 1 9, уп- 20 равляющему входу регистра 5 и входу элемента 11 задержки подключен выход

20.1 блока 1 измерения температуры, к вторым входам элементов И 7 и 8, входу одновибратора 12 подключен выход элемента 11 задержки. Выход элемента И 7 подключен к входу счетчика 9, к входу установки в ноль которого и аналогичному входу триггера 10 подключен выход второго эле- 30 мента И 8. Выход счетчика 9 подключен к входу установки в "1" триггера 10, выход которого подключен к пе первому входу элемента И 13. Выход одновибратора 12 подключен к второму входу первого элемента И 13 и первому входу второго элемента И 14, выходы которых подключены к первому входу второго элемента И-НЕ 17, соединенному с вторым входом элемента 40

И-ИЛИ-НЕ 18 и к первому входу первого элемента И-НЕ 16, соединенному с первым входом элемента И-ИЛИ-НЕ 18, третий и четвертый входы которого соединены с третьим и четвертым вы- 45 ходами третьего коммутатора 19. к выходу четвертого ключа 2.3 — входу 23 блока 1 измерения температуры на измерение с порогом чувствительности 0,0001 С.

Элементы И-НЕ 16 и 17 и элементы

И, входящие в элемент И-ИЛИ-НЕ 18, могут быть снабжены третьими входами, которые заземляются в режиме ручного выбора порога чувствительности (на фиг. 1 не показано).

Блок измерения температуры (цифровой термометр по основному авторскому свидетельсТву) (фиг. 3) содержит термопреобразователь 24 с частотным выходом, тактирующее устройство 25, первый ключ 26, первый коммутатор

27 с информационными входами 28-30, выходами 31 и 32, управляющими входами 33 и 34, основной счетчик 35 результата,.первый и второй дополнительные счетчики 36 и 37 результата, блоки индикации 41-43, генератор

44 опорной частоты, второй коммутатор 45 с информационными входами

46-48, входами 49 и 50, управляющими входами 51 и 52, основной делитель 53 частоты, первый и второй дополнительные делители 54 и 55 частоты, первый одновибратор 56, D-триггеры 57 и 58, схему сравнения, "БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ" 59, RS-триггеры 60 и 61, второй одновибратор 62, схему ИЛИ

63, схемы И 64 и 65, ключи 66 и 67, которые включены в цепь питания 68. блоков 42 и .43.индикации.

При работе термометра на выходах

20.2 и 20.3 блока измерения температуры, соединенных с управляющими входами коммутаторов 27 и 45, присутствует код 00 при измерении с порогом чувствительности 0,01 С, код о

01 присутствует при измерении с поо рогом чувствительности 0,001 С и код

11 присутствует при измерении с по,рогом чувствительности 0,0001 С. о

Элементы И-НЕ 16 и 17 и элемент

И-ИЛИ-НЕ 18 выполнены с открытым коллекторным выходом.

Сумматор 4 может быть выполнен на полных 4-разрядных сумматорах типа 155НМ3 и работает в режиме вычитания за счет суммирования числа, поступающего по второму входу в прямом коде, и числа, поступающего по первому входу в инверсном коде, а на вход "Перенос" подана логическая ".1", что эквивалентно дополнительному коду второго числа.

1280342

Схема 6 сравнения выполнена на элементах типа 555СП с объединением по ИЛИ выходов "Равно" и "Больше" или аналогичных.

Регистр 5 может быть выполнен на элементах 555ТИ8 или других элементах памяти с инверсными выходами. Все остальные элементы термометра могут быть выполнены на серийных микросхемах и элементах по стандартным схемам. 0

lп

Общий принцип автоматическог0 выбора порого чувствительности, реализованного в предлагаемом цифровом термометре, заключается в следующем: производят сравнение следующих друг за другом результатов путем вычитания. Если эти результаты одинаковы в течение 10 измерений, то переходят на измерение с большей разрешающей способностью и большим временем изо мерения (например, от 0,001 к 0,0001 С)

Если два результата, следующие друг за другом отличаются больше, чем на 10 единиц младшего разряда, то переходят на измерение с меньшей

25 разрешающей способностью (например, от 0,001 к 0,01 С).

Поскольку блок 1 измерения производит измерение на пороге чувствитель- ности 0,001 С за 1 с, а на пороге чувствительности 0,01 С за 0,1 с, то при реализации предлагаемого принципа автоматического переключения измерение показаний на одном пороге чувствительности составляет 35 от 10 единиц за измерение, до повторения 10 одинаковьгк показаний (счетчик 9 имеет коэффициент пересчета

10). Работа устройства автоматического переключения порога чувстви- <О тельности разделяется на 2 такта.

В первом такте при наличии "1" на выходе 20.1 блока 1 измерения, 4 подключенном к входу "Перенос" регистра 5, производится сравнение двух соседних результатов и при их равенстве в счетчик 9 добавляется "1".

Во втором такте при наличии "0" на вьгкоде 20.1 блока 1 измерения производится сравнение двух соседних результатов. При отличии их на 10 единиц и более производится проверка с состояния триггера 1О, и при наличии на его выхода "1" осущес.твляется переход на измерение с более высокой чувствительностью, так как наличие

"1" на выходе триггера 10 означает, что 1О предыдущих измерений дали оди наковые результаты.

Цифровой термометр работает следующим образом.

Перенос информации в регистр 5 осуществляется положительным фронтом импульса на выходе 20.1 блока

1 измерения, подключенном к регистру

5. При этом в регистр 5 из регистра блока 1 измерения заносится предыдущий результат измерения, а в регистр блока 1 измерения поступает код очередного результата. На выходах сумматора 4 возникает код разности двух соседних результатов. С коммутатора 19 в это время на один из вторых входов схемы 6 сравнения поступает единица, соответствующая

1 младшего разряда результата на том пороге чувствительности, на котором в данный момент работает прибор.

В конце первого такта на первых двух входах первого и второго элементов И 7 и 8 появляются сигналы "1" (временная диаграмма на фиг. 2). Если результаты равны, то в счетчик 9 и импульсом с выхода схемы И 7 добавляется "1". Так как при равных результатах на выходе сумматора 4 "0", схема сравнения 6 выдает "1" на выходе

"Меньше" (участок а временной диаграммы фиг. 2). Если результаты предыдущего и очередного измерений отличаются хотя бы на "1", то сигнал

"1" на выходе "Равно-больше" схемы сравнения 6 и "1" с выхода элемента, И 8 устанавливает в "0" счетчик 9 и триггер 10 (участок в временной диаграммы фиг. 2).

Через некоторое время после начала второго такта включается одновибратор 12 и подает импульс на входы элементов И 13 и 14, в этом время на вторые входы схемы 6 сравнения посту- пает с выходов коммутатора 19 сйгнал "1", соответствующий единице соседнего с младшим разрядом результата, т.е. десяти единицам разности двух результатов.

Если результаты отличаются больше чем на 10 единиц (участок с временной диаграммы фиг. 2), то на выходе "Равно-больше" схемы 6 сравнения единица будет и в 1-ом и 2-ом тактах работы прибора. Тогда импульс появляется на выходе элемента И 14 и дает сигнал переключения прибора на измерение с более грубым порогом

1280342

10 чувствительности. Если подряд 10 результатов одинаковы, то в момент вто11 1! рого такта триггер 10 окажется в 1 (10 измерений подряд не было в первом такте работы установок триггера

10 и счетчика 9 ., "0") и импульс (в ответ на импульс одновибратора 12) появится на выходе элемента И 13 и даст сигнал на переключение цифрового термометра на измерение с более 10 высокой чувствительностью.

Элементы И-НЕ 16 и 17 и И-ИЛИ-НЕ

18 получают этот сигнал, и в зависимости от чувствительности, на которой находился цифровой термометр, 15 подают этот сигнал на включение соответствующей чувствительности следующим образом. При наличии "1" на одном из выходов дешифратора 15 эти элементы подготавливают к включению 20 соседние, при получении импульса с выхода элемента И 13 он направляется на соседний вход включения на измерение с более грубым порогом чувствительности, а при получении импульса с выхода элемента И 14 — на вход включения прибора на измерение с более высокой чувствительностью.

Переключение чувствительности можно осуществлять и вручную с помощью З0 замыкания ключей 2.1-2.3.

Формула изобретения

Цифровой термометр по авт. св. 3g

9 1190209, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат времени на измерение путем обеспечения автоматического переключения порога чувствительности, в него дополни- 40 тельно введены схема сравнения, регистр, дешифратор, два трехвходовых элемента И, счетчик, два двухвходовых элемента И,триггер, дополнительный одновибратор, два элемента И-НЕ 45 элемент И-ИПИ-НЕ, третий коммутатор элемент задержки и сумматор, первые .входы которого соединены с выходами регистра, вторые входы подключены к входам регистра и выходам регистров 50 результата, а выход подключен к первым входам схемы сравнения, одна группа вторых входов которого соединена с общей шиной нулевого потен. циала термометра, а другая группа входов подключена к выходам третьего коммутатора, первый и второй входы которого соединены с общей шиной нулевого потенциала термометра ., а третий, четвертый и пятый входы подключены к выходам дешифратора, входы которого соединены соответственно с управляющими входами первого коммутатора, при этом управляющий вход третьего коммутатора подключен к входу переноса регистров результата и соединен с управляющим входом регистра, входом элемента задержки и первыми входами первого и второго трехвходовых элементов И, вторые входы которых соединены с входом дополнительного одновибратора и выходом элемента задержки, третьи входы подключены соответственно к выходам

"Меньше" и "Равно-больше" схемы сравнения, а выходы подключены соответтвенно к входу счетчика и входам

"Установка в ноль" счетчика и триггера, вход которого соединен с выхоом счетчика, а выход подключен к первому входу первого двухвходового элемента И, второй вход которого соединен с выходом дополнительного одновибратора и первым входом второго двухвходового элемента И, второй вход которого подключен к выходу

"Равно-больше" схемы сравнения, а выход подключен к первому входу первого элемента И-НЕ и первому входу элемента И-ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и подключен к выходу первого двухвходового элемента И, выход элемента И-ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго ключа, а третий и четвертый входы соответственно соединены с третьим и четвертым входами третьего коммутатора, пятый вход которого подключен к вторым входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого ключей.

1280342

Та

&et

Юа

gpcN и

Ы юламеютюУ 7и

Ялеюсе

Элемент

0diedv

pdlll6p биан

d-I гявн

dzo

Составитель В.Куликов

Редактор Т.Парфенова Техред И.Попович Корректор С.Черни

Заказ 7048/40 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пд делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4