Цифровой термометр

 

Изобретение относится к измерению температуры. Цель изобретения - повышение эксплуатационных свойств цифрового термометра. Для исключения влияния измерения параметров генератора 17 управляемого напряжением (ГУН) на результат измерения в течение четьфех тактов включен детектор 16, который в этот период может кз менять напряжение RC-цепочки 36,37 и тем самым обеспечивать подстройку ГУН 17 для обеспечения ее равной частоте сигнала на выходе делз1теля 4 частоты. Изменение параметров ГУН 17 от теьшературы, давления и времени не изменяет частоты ГУН 17 в указанньк тактах, т.к. система автоподстрой$ (Л с: со со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{59 4 G 01 К 7/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4152428/24-10 (22) 26.11 ° 86 (46) 23.05.88.Бюл. 9 19 (71) Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт (72) В.Г.Брандорф, О.А.Губанов, Е.А.Сергиенко и В,Л.Котляров (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1249350, кл. С 01 К 7/32, 1984.

Голембо В.А., Котляров В.Л., Швейкий Б.И.Пьеэокварцевые аналогоцифровые преобразователи температуры. Львов, иэд-во при Львовском госуниверситете издательского объединения "Вища школа", 1977, с.137, рис.7,1.

ЛК, 1397749 А 1 (54) 5{ФРОВОА ТЕРИОМЕТР (57) Изобретение относится к измерению температуры. Цель изобретения " повышение эксплуатационных свойств цифрового термометра. Для исключения влияния измерения параметров генератора 17 управляемого напряжением (ГУН) на результат измерения в течение четырех тактов включен детектор

16, который в этот период может из менять напряжение RC-цепочки 36,37 и тем самым обеспечивать подстройку

ГУН 17 для обеспечения ее равной частоте сигнала на выходе делителя 4 частоты. Изменение параметров ГУН 17 от температуры, давления и времени Pq не изменяет частоты ГУН 17 в указан- ных тактах, т. к. система автоподстрой1397749 ки частоты обеспечивает выхоцную частоту опорного сигнала путем изменения напряжения RC-цепи 36 и 37 и тем самым учитывает изменения вепичик всех параметров ГУН 17. Благодаря

Изобретение относится к области измерения температуры контактным методом с помощью термопреобразователей с частотным выходным сигналом, в частности пьезокварцевых термопреобразо- 5 вателей.

Цель ь зобретения — повышение эксплуатационных свойств цифрового термометра путем упрощения процесса настройки его при замене и калибровке термопреобразователей.

На фиг.1 приведена блок-схема термометра; на фиг.2 — схема олока управления; на фиг.З - схема фазочувствительного детектора.; на фиг,4 схема генератора„ управляемого -1апряжением, Цифровой термометр (фиг.1) содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, смеситель 2, генератор 3 я опорной частоты, делитель 4 частоты,, тактирующий блок 5, первый переклюнатель 6, второй переключатель 7, третий переключатель 8, счетчик 9 резуль-. тата, триггер 10 знака, регистр 11 индикации, управляемый преобразователь 12 кодов, блок 13 индикации, блок 14 управления, счетчик 15 базы времени, фазочувствительный детектор

16, управляемый напряжением генера30 тор 17.

Тактирующий блок 5 включает в себя триггер 18, элемент И 19 и триггер 20.

Выходы 21-23 счетчика 15 базы 35 времени соединены с входами блока 14 управления. Входы 24 и 35 фазочувствительного детектора 16 соединены с выходами управляемого напряжением генератора 17 и выходом целителя 4 частоты. К управляющим входам переключателей 6 и 8 подключены выходы

26 и 27 блока 14 управления, а к управляющему входу переключателя 7 подэтому упрощается процесс настройки термометра при замене или калибровке термопреобразователей, т.к. при этом необходимо подстроить только резисторы 34 и 35. 4 ил.

2 ключен выход 28 блока 14 управления.

Выход 29 блока 14 управления подключен к входу установки в "0" счетчика 9 результата, к входу установки

"1" триггера 10 анака, тактирующему входу регистра,i индикации и входу установки в исходное "îñòîÿíèå генератора 17, управляемого напряжением, времязацающие входы 30 и 31 которого и управляющий вход 32, соединены соответственно с вторым резистором 33, переменными резисторами

34 и 35, переключателем 8 и выходом фазочувствительного детектора 16, соединенным с последовательно включенными конденсатором 36 и первым резистором 37.

Блок 14 управления (фиг.2) содер= жит дешифратор 38 на восемь выходов и элементы ИЛИ 39 и 30. К трем входам д"шифратора 38, которые являются входами блока управления, подключены выходы 21-23 счетчика 15 базы времени, Выход дешифратора 38, на котором появляется "1" при коде 4 (100) на входах 23,22,21,, является выходом 28 блока 14 управления.

Выход элемента ИЛИ 39, к входам которого подключены выходы дешифратора 38, "1" на которых появляется при состояниях 4,6 и 7 (100, 110 и

111) на входах дешифратора 38, является выходом 26 блока 13 угравления.

Выход элемента ИЛИ 40, к входам которîrо подключены выходы дешифратора 33, "1" на которых появляется при состояниях 5,6 и 7 (101, 110 и 111) на входах дешифратора 33, является выходом 2? блока 14 управления.

Выход дешифратора 38, на котором появляется при состоянии 7 (111) на его входах, является выходом 29 блока 14 управления, 1397749

Фазочувствительный .детектор 16 (фиг.3) содержит электронные ключи

41 и 42, первый дешифратор 43 со стробированием, триггер 44, второй дешифратор 45, два элемента ИЛИ 46 и 47, резисторы 48 и 49.

Информационные входы дешифратора

43 являются входами 24 и 25 фазочувствительного детектора 16, а стро- 10 бирующий вход - входом 23 фазочувствительного детектора 16 °

На выходах дешифратора 43 единицы появляются только при наличии "0" на его стробирующем входе (вход 23 фазо- 15 чувствительного детектора). Выходы дешифратора 43, на которых единицы могут появиться при одинаковых состояниях сигналов на его информационных входах (00 или 11), подключены 20 к R- u S-входам триггера 44. Выходы дешифратора 43, на которых "1" появляются при разном состоянии сигналов на его информационных входах (01 или t0), подключены к вхо- 25 дам второго дешифратора 45. К третьему входу второго дешифратора 45 аналогично дешифратору 38 блока 14 управления подключен выход триггера 14. Выходы дешифратора 45, 30 на которых появляются единицы при состояниях 1 и 6 (001 и 110) на его входах, через элемент ИЛИ 46 подключены к управляющему входу ключа 41, а выходы, на которых появляются единицы при состояниях 3 и 4 (011 и 100) на его выходах, через элемент ИЛИ 47 подключены к управляющему входу клю.ча 42. Через ключ 41 и зарядный резистор 48 источник питания подключен 40 к выходу 32 фазочувствительного детектора 16, а через ключ 42 и разрядньпг резистор 49 общая точка соединена также с выходом 32 фазочувствительного детектора 16.

Генератор 17, управляемый напряжением (фиг.4), содержит два инвертора

50 и 51, элементы ИЛИ-НЕ 52 и 53, электронный ключ 54, транзистор 55 источника тока. Инверторы 50 и 51 охвачены обратной связью каждый через ключ 54 и резистор 56 и 57 сооТветственно.Выходы инверторов 50 и 51 подключены к первым входам элементов ИЛИ-НЕ соответственно 52 и 56 через делители напряжения на резисторах 58-61 соответственно. Выходы элементов ИЛИ- IF 52 и 53 через времязадающие конденсаторы 62 и 63 соедииены с входами инверторов 50 и 51.

Выход элемента ИЛИ-НЕ 52 подключен к свободному входу элемента ИЛИ-НЕ 53

У а выход элемента ИЛИ-НЕ 53 подключен к свободному входу элемента ИЛИ-НЕ 52, Коллектор транзистора 55 источника тока через электронньп переключающий ключ 54 подключен к входам инверторов 50 и 51. К управляющему входу ключа 54 подключен выход элемента

ИЛИ-НЕ 53, который является выходом

24 генератора 17, управляемого напряжением. Вход 29 генератора 17 подключен к третьему входу элемента

ИЛИ-НЕ 53. Вход 32 генератора 17 подключен к базе транзистора 55, эмиттер которого через резистор 64 заземлен. Выход 30 генератора 17 соединен с общим проводом, а выход 3 1 с эмиттером транзистора 55.

Цифровой термометр работает сле- м дующим образом.

Смеситель 2 выделяет сигнал, частота которого равна разности частот термопреобразователя 1 и генератора 3 опорной частоты, последняя из которых выбирается меньше минимального значения частоты термопреобразователя 1, в результате чего знак разности обеих частот во всем диапазоне изменения температуры остается неизменным.

Тактирующий блок 5 предназначен для привязки" импульсов, поступающих с выхода смесителя 2, к импульсам опорного генератора 3.

Цикл работы термометра разбит на восемь тактов, номера которых определяются состояниями выходов дешифратора 38 блока 14 управления. В первых четырех тактах переключатели

6-8 находятся в первых положениях.

При этом на вход счетчика 9 результата поступает сигнал с выхода тактирующего блока 5, частота которого зависит от температуры, на вход счетчика 15 базы времени поступает с выхода делителя 4 частоты опорный сигнал с частотой Й „в частотозависимой цепи ГУН 1? включен резистор 3 с сопротивлением R, фазочувствительный детектор 16 подстраивает частоту

ГУН 17, равной частоте й« сигнала, поступающего на его вход 25.

Фазочувствительный детектор 16 чувствителен только к относительному положению фронтов входного сигнала f« IE сигнала на вь ходе ГУН 17.

1397749 частотозависимую цепь ГУН 17 резистор 33. В восьмом такте положение переключателей 6 — 8 не изменяется, а в это время импульсом с выхода 29 блока 14 управления производится перенос результата измерения из счетчика 9 н регистр 11 индикации и установка в "0" и "1" соответствен10 но счетчика 9 результата и триггера 10 знака. В этом же такте сигналом на входе 29 генератора 17 производится его остановка в исходном состоянии, что позволяет повысить надежность i5 работы системы фазовой автоподстройки частоты эа счет предварительного выравнивания фаэ сравниваемых сигналон на входах 24 и 25 фазочувствительного детектора 16, что разрешает осу20 ществить захват частоты управляемого генератора 17 при любом начальном соотношении фаз сравниваемых сигналон. Кроме того„ это позволяет сокра-. тить время на захват частоты и уско25 рить процесс автоподстройки за счет того, что воздействие на ГУН 17 всегда производится в нужном напранлении.

Таким образом, в первых пяти тактах происходит счет импульсов с выхо80 да смесителя 2 н счетчике 9 результата, причем длительность пятого такта, а значит и время счета, можно регулировать изменением величины резистора 34 и таким образом устранять разброс крутизны характеристики термопреобразователя, f f + S 6

В зависимости от того, до или после возникновения фронта опорного сигнала 6щ появится фронт выходного сигнала ГУН 17, на выходе дешифратора 43 (фиг.3) формируются импульсы опережения или отставания соответственно (выход 3 и 0 дешифратора 43).

Длительность этих импульсов равна интервалу времени между фронтами соответствующих сигналов. Во время действия импульсов отставания или опережения конденсатор С заряжается (или разряжается) до напряжения, которое зависит от разности фаз. Если

Ъ фазовые рассогласования отсутствуют .между сигналом f и сигналом ГУН 17 выход 32 детектора 16 ведет себя как разомкнутая система, а конденсатор

36 действует как запоминающее устройство, сохраняя напряжение, при котором ГУН 17 поддерживает необходимую частоту.

В пятом такте переключатели 6-8 переводятся во вторые положения.

Фазочунстнительный детектор 16 отключается и ГУН 17 получает с RC-цепочки конденсатора 36 и резистора 37„. напряжение, которое на нем было перед отключением детектора 16. Во вре-. мязадающую цепь ГУН 17 включается вместо резистора 33 резистор 34 с сопротивлением R, . Частота генератора 17 становится вместо fo, равной

f, . Сигнал f, с выхода ГУН 17 поступает на вход счетчика 15, На нход счетчика 9 результата продолжает поступать сигнал с выхода тактирующего блока 5.

Длительность пятого такта Т, зазисит от сигнала с частотой f который поступает на вход счетчика 15, а эта частота, в свою очередь„ зависит от величины резистора 34, После окончания этого такта начинается шестой такт, в котором переключатели 6 и 8 становятся в третьи положения,а переключатель 7 — в первое положенпе. На вход счетчика 15 во всех остальных тактах поступает частота f с делителя 4 частоты. На вход счетчика 9 в шестом такте поступает сигнал с частотой f от ГУН 17, во врсмязадающей цепи которого включен н шестом такте резистор 35 с сопротивлением R . В седьмом такте ключ 6 станонится в четнертое положение, в счетчик 9 результата ничего не поступает, а ключ 8 подключает в

В шестом такте, длительность Т которого постоянна и ранна длительности каждого из восьми тактов, кроме пятого, н счетчик 9 результата поступает частота ГУН 17 f, которая может быть изменена изменением величины резистора 35 и тем самым измеz-- яяется число импульсов, поступающих н счетчик 9 результата за время шестого такта. Таким образом, устраняется разброс нулевой частоты термопреобразователя, Частота следования импульсов на выходе термопреобразонателя 1 ранна

55 где f — частота на выходе датчика

)о о при 0 С, S — крутизна термочастотной характеристики термопреабразонателя

1397749 8

15 х(4Т+ Т) — и -Т (2) 20

40

0 — измеряемая температура относительно 0 С.

Если счетный интервал времени обозначить через Т = 4Т + Т,, то числа, образованное в счетчике 9 результата, равно

Nñ÷ =(f fî) tт - (f fî)x где f — частота на выходе генератора 3 опорной частоты.

Если обеспечить выполнение равенства (fфо fp )

Т = — ---- — — — — = -N (4)

2 о $л0 о э

1, где 60 — цена деления младшего разряда термометра, а знак минус (-) перед N, означает, что N, необходимо вводить в обратном коде, то Ж „ сч, рез

Q ьО

Управляющий преобразователь 12 кода при единичном значении знакового рязряда регистра 11 индикации производит преобразование входного кода в обратный, чем обеспечивается правильность показаний цифрового термометра при измерении отрицательных тем ператур (О с 0 С) в противном случае управляемый преобразователь 12 кода не влияет на передачу кода с выхода регистра 11 индикации на входы блока 13 индикации.

Дпя исключения влияния измерения параметров ГУН 17 на результат измерения в течение 4 тактов, когда во времязадающей цепи ГУН 17 включен резистор 33, включен фазочувствительный детектор 16, который в течение этих первых четырех тактов может изменять напряжение на RC-цепочки 36 и 37 и тем самым обеспечивать подстройку частоты ГУН 17 для обеспечения ее равной частоте сигнала на выходе делителя 4 частоты. Изменения параметров ГУН 17 от температуры, давления и других условий внешней среды и от времени не изменяет частоты

ГУН в первых четырех тактах, так как при этом система автоподстройки частоты обеспечит выходную частоту ГУН

17, равной f,, путем изменения напряжения RC-цепи 36, 37 и тем самым учтет изменения величины емкостей, резисторов, уровней срабатывания пороговых элементов, токов их утечек и т.д. — всех параметров ГУН. А в результате этих мероприятий частота

ГУН 17 зависит только от соотношения величин резисторов 33,34 и

33,35 и не зависит от параметров элементов ГУН 17. Благодаря этому упрощается процесс настройки цифрового термометра при замене и калибровке термопреобразователей, так как при этом необходимо подстроить только переменные резисторы 34 и 35.

Формула и з о б р е т е н и я

Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, счетчик базы времени„ выход

-старшего разряда которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с входом установки в "0"1 счетчика результата, с входом установки в "1" триггера знака и тактирующим входом регистра индикации, выходы которого через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, а входы соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, счетный вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью поВышения эксплуатациояных свойств цифрового термометра путем упрощения процесса настройки его при замене и калибровке термопреобраэовате-. лей, в него введены делитель частоты, три переключателя, фазочувствительный детектор, управляемый напряжением генератор, первый и второй постоянные резисторы, два переменных резис50 тора, конденсатор и тактирующий блок, включающий в себя два триггера и элемент И, выход которого подключен к первому и второму входам первого пере" ключателя, а входы соответственно соединены с инверсным выходом и информационным входом второго триггера, соединенным с прямым выходом первого триггера, информационный вход которого соединен с выходом смесителя, а

1397? 4 тактовый вход соединен с тактовым входом второго триггера и подключен к выходу генератора опорной частоты, соединенному через делитель частоты

5 с первым входом второго переключателя, Выход которого соединен с счетчиком базы времени, второй вход соединен с третьим входом первого переключателя, выходом управляемого напряжеНием генератора и первым входом фазочувствительного детектора, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, вход разрешения рабо ты подключен к выходу старшего разря- 15

Да счетчика базы времени, а выход через последовательно соединенные конI денсатор и первый резистор соединен с общей шиной термометра и подключен к управляющему входу управляемого напряжением генератора, вход установки в исходное состояние которого сое:динен с первым выходом блока управления а первый и второй входы времяt

9 in задающей цепи соединены соответственно с выходом третьего переключателя и первым выводам второго резистора, соединенным с первыми выводами переменных резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами третьего переключателя, гервый и четвертый входы которого соединены с вторым выводом второго резистора, а первый и второй управляющие входы подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления, соединенным соответственно с первым и вторым управляющими входами первого переключателя, четвертый вход которого соединен с общей шиной,а выход подключен к счетчику результата, при этом четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго переключателя, а второй и третий входы подключены к промежуточным выходам счетчика базы времени.

l 397749