Цифровой термометр

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет расширить функциональные возможности цифрового термометра за счет обеспечения воз- .можности измерения эффективной температуры . Для определения эффективной температуры в регистры каналов 10 заносятся пороговые значения температур и обнуляются одни накапливающие сумматоры. Среднее значение температуры, полученное другим сумматором и записанное в регистр 7, через коммутатор 8 поступает на выходы каналов 10, где сравнивается с пороговыми значениями. По результа

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК. (gg)g G 01 K 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fNHT СССР

° °

21) 4772529/10

22) 28, 11,89 (46): 07.05.92. Бюл. М 17 (72) Н„А,Целигоров и В,Н.Трофименко (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

» 373546, кл, с 01 к 3/02, 1971, Авторское свидетельство СССР

NÃ 1006935, кл, G 01 K 7/00, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР .: (57) Изобретение относится к термометрии и позволяет расширить функ„,SU, 1732182 А 1

2 циональные возможности цифрового термометра за счет обеспечения возможности измерения эффективной температуры, Для определения эффективной температуры в регистры каналов

10 заносятся пороговые значения температур и обнуляются одни накаплива" ющие сумматоры, Среднее значение температуры, полученное другим сумматором и записанное в регистр 7, через коммутатор 8 поступает на выходы каналов 10, где сравнивается с пороговыми значениями. По результа" там сравнения производится суммирование или вычитание кодов, пропорциональных разности между текущей

1732182 4 температурой и пороговым значением, !

Значение эффективной температуры хра- нится в сумматоре, 1 з,п. ф-лы, 4 ил, Изобретение относится к области температурных измерений и может применяться в информационно-измерительных системах> например, в сельскохозяйственном производстве для определения значений эффективных температур, Известен цифровой термометр, используемый для измерения положительных температур, а также цифровой термометр, содержащий датчик температуры, подключенный к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), выход которого подключен к регистрирующему устройству.

Недостатком указанных цифровых термометров является невозможность определения средней по времени температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой термометр, содержащий ртутный датчик температуры, преобразователь дискретных значений температуры, накапливающий сумматор, блок индикации, коммутатор, блок регистров, распределитель импульсов, элемент задержки, группу элементов И.

Недостатком указанного цифрового термометра является невозможность измерения значений эффективной температуры, Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения возможности измерения эффективной температуры, Поставленная цель достигается тем, что в цифрово" термометр, содержащий датчик температуры, элемент, задержки, подключенный выходом к входу обнуления накапливающего сумматора, блок индикации и регистр, под.ключенный выходами к первой группе входов коммутатора, введены аналогоцифровой преобразователь, подключенный входом к выходу датчика температуры, дешифратор, блок управления, и каналов интегрирования и шинный формирователь, шинный формирователь первой группой входов подключен к вы30 входам каналов интегрирования, вторые входы которых объединены и порключены к выходу элемента задержки, третьи группы входов каналов интег35 рирования объединены и подключены к выходам коммутатора и второй группе входов шинного формирователя, объединенного выходами с выходами каналов

40 интегрирования и подключенного к блоку индикации, 10

t5

В ходам аналого-цифрового преобразователя и группе входов накапливающего сумматора, соединенного входом разрешения суммирования с первым выходом блока управления, второй выход блока управления подключен к входу элемента задержки и входу записи регистра, подключенного входами к выходам накапливающего сумматора, третий выход блока управления соединен с входом управления коммутатора, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов блока управления и подключена к первым группам входов каналов интегрирования, вторые группы выходов которых объединены и подключены к второй группе выходов блока управления, третья группа выходов блока управления подключена к входам дешифратора, подключенного выходами соответственно к управляющему вхо-. ду шинного формирователя и к первым

Значения эффективной температуры определяются в каналах интегрирования, каждый из которых содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, регистр, вычитатель, схему сравнения, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор, шинный формирователь, входы первой группы канала интегрирования соединены.с входами регистра, выходы которого подключены к первым входам схемы сравнения, к входам вычитаемого вычитателя и к первой группе входов шинного формирователя, подключенного второй группой входов к выходам накапливающего сумматора, выход схемы сравнения соединен с первым входом первого эле мента И, входы второй группы канала

2182

5

173 интегрирования соединены с первыми входами второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены с первым вхо-. дом выбора канала интегрирования и с управляющим входом шинного формирователя, второй вход канала интегрирования подключен к первому входу элемента ИЛИ, входы третьей группы канала интегрирования подключены к входам уменьшаемого вычитателя и к вторым входам схемы сравнения, входы записи и сброса регистра подключены соответственно к выходам второго и третьего элементов И, выходы вычитателя подключены к информационным входам накапливающего сумматора, вход разрешения суммирования которого подключен к выходу первого элемента И, .соединенного вторым входом с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, выход пятого эле мента И соединен с входом обнуления накапливающего сумматора, выходы шинного формирователя являются выходами канала интегрирования.

Все это позволяет термометру выполнять следующие функции: измерять и отображать в блоке индикации текущее значение температуры t (t) определять и отображать среднее о за период значение температуры

I определять и отображать значения эффективной температуры t, определяемые.при различных поро-, говых значениях температуры а и выJ ражаемые следующим соотношением: о з1 с 1, (ted)

1 где о о о С,1,(а;)-а;, t

Термометр содержит датчик 1 температуры, АЦП 2, шинный формирователь 3, блок 4 индикации, элемент 5 задержки, накапливающий сумматор б, 10 регистр 7. Коммутатор 8 дешифратор

9, каналы 10 интегрирования, блок 11 управления, внутренние информационные шины 12-14, шину 15 управления каналами, Канал содержит элементы И 16-20, регистр 21, схему 22 сравнения, элемент ИЛИ 23, накапливающий сумматор 24, шинный формирователь 25, входы 26-31 управления, из которых входы 26-29 подключены к шине 15 управления, Кроме того, в состав канала входит вычитатель 32, В качестве датчика 1 температуры могут быть использованы, например, термопара, диод, транзистор, в качестве АЦП 2 — цифровой вольтметр следящего уравновешивания. Рля построения коммутатора 8 могут использоваться микросхемы селекторов-мульти плексоров; например, К155КП2 с ис.пользованием только двух каналов из четырех имеющихся, К531 КП11 и др, Количество микросхем определяется требуемой разрядностью коммутатора 8,,Шинный формирователь 3 и шинные фор35 мирователи 25 каналов 10 интегриро вания используются для передачи информации, поступающей на первые и вторые входы шинных формирователей

25 и 3, в блок. 4 индикации через ши40 ну 14, Причем к входам блока 4 индикации подключаются выходы только того шинного формирователя, на управляющий вход которого поступает сигнал разрешения с выхода дешифра45 тора 9, Выходы остальных шинных формирователей о3 и 25 находятся в высокоимпедансном состоянии, В качестве формирователей 3 и 25 можно использовать микросхемы шинных формирова50 телей с высокоимпедансным состоянием на выходах, Согласно одному из возможных вариантов реализации блок 11 управления состоит из генераторов 33 тактовых импульсов, элемента И 34, счетчика

35, переключателей 36 и 37, групп переключателей 38 — 40, а также элемента 41 задержки.

173

В цифровом термометре выход датчика 1 температуры подключен к входу

АЦП 2, выходы которого подключены к первой группе входов шинного Формирователя 3 и к группе входов накапливающего сумматора 6, подключенного входом обнуления к выходу элемента 5 задержки и к входу 31 ка.налов 10 интегрирования, а вход разрешения суммирования сумматора 6 подключен к выходу элемента И 34 и счетному входу счетчика 35 блока 11 управления, Выходы накапливающего сумматора 6 подключены к входам регистра 7, подключенного входом записи к входу элемента 5 задержки и к выходу элемента 41 задержки, вход которого связан в блоке 11 управления с выходом переполнения счетчика 35, Выходы регистра 7 подключены к первои группе входов коммутатора 8 1 вторая группа входов которого через шину 12 соединена с выходами группы переключателей. 38 блока 11 управления и с первыми группами входов каналов 10 интегрирования. Вход управления коммутатора 8 подключен к выходу переключателя 37 блока 11 управления, Шина 15 управления соеди няет выходы группы переключателей 39 блока 11 управления с вторыми группами входов каналов 10 интегрирования, Выходы группы переключателей

40 блока 11 управления подключены к входам дешифратора 9, подключенного выходами соответственно к управляющему входу шинного Формирователя 3 и к входам выбора 30 каналов 10 интегрирования, Выходы коммутатора 8 через шину 13 подключены к второй группе входов шинного формирователя .3 и к третьим группам входов каналов 10 интегрирования, объединенных через шину 14 своими .выходами с выходами шинного Формирователя 3 ии подключенных к входам блока 4 индикациии, 1

В блоке 11 управления выход генератора 33 тактовых импульсов подключен к первому входу элемента И 34, подключенного вторым входом к выходу переключателя 36, Выходами переключателей 36-40 являются выводы подвижных контактов, а выводы неподвижных контактов этих переключателей подключены к выводам с единичным и нуле1 вым сигналами, обозначенными на чертеже "1" и "0" соответственно (уат«

2182 8 ройства противодребезговой защиты контактов переключателей БУ11 не показаны), В канале 10 интегрирования (фиг,2) входы первой группы 12 соединены с информационными входами регистра 21, выходы которого подключены к первым входам схемы 22 сравнения, к входам вычитаемого вычитателя 32 и к первой группе входов шинного Формирователя

25 подключенного второй группой входов к выходам накапливающего сумматора 24, Выход схемы 22 сравнения соединен с первым входом элемента И

16, входы 26-29 управления, являющиеся второй группой входов канала

10 и образующие шину 15, соединены с первыми входами элементов И 17-20 со33 ответственно, Вторые входы элементов

И 17-20 соединены с входом 30 выбора канала интегрирования и с управляющим входом шинного формирователя 25, Вход 31 подключен к первому входу д элемента ИЛИ 23. Входы 13, являющиеся входами третьей группы, соединены с входами уменьшаемого вычитателя 32 и соединены с вторыми входами схемы

22 управления, Входы записи и сброса регистра 21 подключены соответственно. к выходам элементов И 17 и 18, Выходы вычитателя 32 подключены к группе входов накапливающего сумматора 24, вход разрешения суммирования которого подключен к выходу элемента И 16, . > соединенного вторым входом с выходом ИЛИ 23, второй вход которого подключен к выходу элемента И 19, Выход элемента И 20 соединен с входом обнуления накапливающего сумматора

4О 24, Выходы шинного формирователя 25. являются выходами 12, Накапливающий сумматор (фиг. 3) содержит комбинационный сумматор 42, выходы которого подключены к информационным входам регистра 43, выходы которого являются выходами накапливающего сумматора. Информационные входы накапливающего сумматора связаны с первыми входами сумматора 42, вторые входы которого подключены к выходам регистра 43, вход разрешения суммирования связан с входом записи регистра 43, а вход обнуления - с входом сброса регистра 43, Сигналы на временных диаграммах (фиг,4) обозначены номерами тех элементов термометра, на выходах которых они образуются Т,. - период сле17 дования импульсов генератора 33, л Л задержки распространения сйгналов в элементах 5 и 41 соответственно, Рассмотрим работу цифрового термометра, который позволяет: измерять и отображать блоком 4 индикации текущее значение температуры, на заданном интервале времени определять и отображать среднее значение температуры; определять и отображать эффективные значения температуры с учетом заданных пороговых значений температуры, Измерение текущей температуры происходит следующим образом, Группой переключателей 40 блока 11 управления на входах дешифратора 9 устанавливается код, по которому дешифратор 9 вырабатывает на первом своем выходе сигнал, поступающий на управляющий вход формирователя 3, Это приводит к тому, что формирователь

3 разрешает прохождение информации со своих входов первой и второй группы на соответствующие входы блока 4 индикации, При этом нулевые сигналы с остальных выходов дешифратора 9, поступающие через входы 30 каналов

10 на управляющие входы формирователей 25 каналов 10 переводят выходы этих формирователей в высокоимпедансное состояние, запрещающее прохождение информации через формирователи 25, Напряжение с датчика 1, соответствующее измеряемой температуре, поступает на ЛЦП 2, который преобразует это напряжение в цифровой код. Информация с АЦП 2 поступает на входы первой группы формирователя 3, С выходов формирователя 3 информация о текущем значении температуры поступает на блок 4 индикации, где и отображается, Следует отметить, что при этом блоком 4 индикации отображается также информация, поступающая с выходов коммутатора 8 через шину 13 на вторую группу входов формирователя

3, Этой информацией, в зависимости от положения переключателя 37, может быть или код с выходов регистра 7, поступающий на первые входы коммутатора 8, или код, набранный переключателями 38 группы, поступаю10 информации на m разрядов вправо, что равнозначно делению полученной суммы на 2, Результат такого считывания и является среднеарифметическим значением температуры на интервале времени Т, Значение средней температуры из регистра 7 может поступать

32182 щии на вторые входы коммутатора 8 через шину 12, Определение средней температуры

5 на заданном интервале времени производится с помощью накапливающего сумматора 6, ля определения средней температуры переключателем 36 на первый вход элемента И 34 подается единичный сигнал, Элемент И 34 открывается и пропускает импульсы генератора 33 на вход разрешения суммирования сумматора б и на счетный вход советчика 35, на выходе переполнения которого формируется сигнал, который через. элемент 41 задержки поступает на вхбд записи регистра 7 и через элемент 5 задержки на вхол обнуления сумматора б, Задержка необходима для того, цтобы обнуление сумматора б происходило после записи информации о средней температуре из сумматора б в регистр 7.

Задержка ь, необходима для того, и чтобы запись в регистр 7 произошла после суммирования значения текущей температуры в сумматоре 6, а не в момент изменения информации на выходах сумматора б после очередного суммирования, Эти сигналы показаны на временной диаграмме на фиг,4, Интервал времени Т, для которого находится средняя температура, определяется. из соотношения Т = T 2, где m— разрядность двоичного счетчика 35, Ç5 Интервал времени Т разбивается импульсами генератора 33 на 2 равных участков, на каждом из которых значение текущей температуры считывается из АЦП 2 в накапливающий сумматор 6 по импульсам с элемента И 34, Эти значения суммируются, Средняя тем- о пература t ° является среднеарифметическим из этих значений, 0на определяется после 2 суммирований считыванием в регистр 7 со старших разрядов сумматора 6 по сигналу переполнения счетчика 35, поступающему на вход записи регистра 7 через элемент 41 задержки, Считывание старших

$9 разрядов сумматора без учета m младших разрядов соответствует сдвигу

17 2182

11 через коммутатор 8 на шину 13 для, отображения блоком 4 и для дальнейшего преобразования s каналы 10 интегрирования,:

Рассмотрим определение эффективной температуры, Сначала в регистры,21 каналов 10 заносится N пороговых значений температуры, Это происходит следующим образом. Переключателями 38 устанавливается пороговое значение температуры а, а переключателями 40номер канала, в который это значение надо занести, При этом на выходе дешифратора 9, связанного с входом 30 соответствующего канала, появляется единичный сигнал, который поступает на вторые входы элементов

И .,17-20 и на управляющий вход формирователя 25 выбранного канала 10, С этого момента блока 4 индикации через формирователь 25 этого канала отображается информация с регистра

21 и накапливающего сумматора 24, Запись значений а в регистр 21 осуществляется по импульсу, поступающему через элемент И 17 на вход записи регистра 21 от соответствующего переключателя (кнопки) группы 39 блока

11 управления, Следует отметить, что хотя сигналы о значении а с переключателей группы 38 поданы на информационные входы регистров 21 других каналов

10 запись в эти регистры не произ- 35 водится, так как на входы 30 этих каналов с дешифратора 9 подаются нулевые сигналы, запрещаюшие прохождение сигнала записи в регистр 21 через элемент И 17, Аналогичным спо- 40 собом осуществляется запись пороговых значений температуры а -, а в остальные каналы, Перед началом определения эффективной температуры необходимо обну- .4% лить накапливающие сумматоры 24 каналов 10, Для этого поочередно с по.мощью переключателей 40 группы, наби" раются номера каналов 10, в результате чего с входов дешифратора 9 по- Я очередно подаются единичные сигналы на входы 30 каналов 10, а соответствующим переключателем (кнопкой)

39 группы на входы обнуления сумматоров 24 через открытый элемент И 20 Я подаются импульсные сигналы, поочередно обнуляющие сумматоры 24 каналов

1О, Цифровой термометр готов для определения эффективных температур, Так как измерение текущей температуры и определение средних значений температуры описано выше, то остановится на определении эффективной температуры в каналах 10..Среднее значение температуры, полученное сумматором 6, записанное в регистр 7, через коммутатор 8 поступает на выходы 13 каналов 10 где сравнивается в схемах 22 сравнения с соответствующими пороговыми значениями а из ре- .1 гистров 21, Кроме того, среднее знао чение t в каждом канале уменьшается в вычитателе 32 на величину порогового значения а, а разность с выходов

В вычитателя 32 поступает на входы сумматора 24, В случае если и а (где j — номер канала), на выходе схемы сравнения формируется единичный сигнал, открывающий элемент И 16, Это позволяет сигналу с выхода элемента 5 задержки через вход 31 канала 10,j второй вход элемента ИЛИ 23 и элементы И 16 поступить на вход разрешения. суммирования сумматора 24, Определение эффективной температуры для разных пороговых значений а (j

1, 2. .., N) происходит одновременно во всех каналах один раз в интервал времени Т по сигналу с выхода счетчика 35> задержанного элементами 41 и 5 задержки, Задержка сигнала вводится лля то" го, ч — îáû сигнал разрешения суммирования на накапливающие сумматоры 24 поступал после смены информации в регистре 7..При этом следует учесть задержку распространения сигнала среднего значения температуры в коммутаторе 8, в вычитателе 32 и в схеме 22 сравнения, Значения эффектив» ной температуры, получаемые в сумматорах 24, можно отобразить, поочередно набирая переключателем 40 группы номера каналов, При этом блоком 4 поочередно для каждого канала 10 отображаются значения эффективной температуры совместно с соответствующим пороговым значением температуры.

Кроме того, в цифровом термометре имеется возможность для контроля прохождения информации через каналы 10 интегрирования, В режиме контроля ne реключатель 37 устанавливается в положение, когда с его подвижного контакта снимается сигнал, поступающий на вход управления коммутатора 8, 13

17 который коммутирует шину 12 с шиной

13, отключая от последней выходы регистра 7, Переключателями 38 группы на шину 12 и, следовательно, на входы 13 каналов 10 можно подать произвольные коды, имитирующие среднюю температуру, После выбора соответствующего канала на блоке 4 индикации можно увидеть пороговое значение, записанное в регистре 21 этого канала, и содержимое сумматора 24, Подавая импульсный сигнал с соответствующего переключателя (кнопки) 39 группы на вход 28, имитируем поступление сигнала на вход 31, сигнал с входа 28 этого канала проходит через элемент И l9, открытый сигналом с соответствующего выхода дешифратора и элемент ИЛИ 23 на второй вход элемента И 16, В случае если значение, имитирующее среднюю температуру, больше соответствующего порогового значения, этот сигнал поступает на вход разрешения суммирования сумматора 24, который увеличивает свое содержимое на величину разницы между имитируемой информацией и пороговым значением, что и отображается блоком 4, В случае если значение, имитирующее среднюю температуру, меньше порогового, этого не происходит.

Это подтверждает работоспособность канала, C помощью этой процедуры можно записать в сумматор 24 выбранного канала произвольное число, набранное на переключателях 38, предварительно записав в регистр 21 этого канала нулевое число. Обнуление регистра 21 выбранного канала можно осуществить подачей импульса с соответствующего переключателя группы 39 на входы 27 каналов 10, Этот импульс пройдет на вход обнуления регистра 21 выбранного канала через открытый элемент И 18, Таким образом, предлагаемый цифровой термометр позволяет измерять эффективную температуру в сельскохозяйственном производстве при уходе за растениями, 32182

15

Формула изобретения

1, Цифровой термометр, содержа-. щий датчик температуры, элемент задержки, подключенный выходом к входу обнуления накапливающего сумматора, блок индикации и регистр, подключенный выходами к первой группе вхо25

3S

М дов коммутатора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения эффективной температуры, в него введены аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу дат чика температуры, дешифратор, блок управления,п каналов интегрирования и шинный формирователь, первой группой входов подключенный к выходам аналого-,цифрового преобразователя и группе входов накапливающего сумматора, соединенного входом разрешения суммирования с первым выходом блока управления, подключенного вторым выходом к входу элемента задержки и входу записи регистра, подключенного входами к выходам накапливающего сумматора, третий выход блока управления соединен с входом управления коммутатора, вторая группа входов которого соединена с первой группой выходов блока управления и подключена к первым группам входов. каждого канала интегрирования, вторые группы входов которых объединены и подключены к второй группе выходов блока управления, подключенного третьей группой выходов к входам дешифрато ра, подключенного выходами соответственно к управляющему входу шинного формирователя и к первым входам каналов интегрирования, вторые входы которых объединены и подключены к выходу элемента задержки, третьи группы входов каналов интегрирования объединены. и подключены к выходам коммутатора и второй группе входов шинного формирователя, объеди-. ненного выходами с выходами каналОв интегрирования и подключенного к блоку индикации, 2, Термометр по п,1, о т л и— ч а ю шийся тем, что каналы интегрирования содержат первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, регистр, вычитатель, схему сравнения, элемент ИЛИ, накапливающий сумматор, шинный формирователь при этом первая группа входов канала интегрирования соединена с входами регистра, выходы которого подключены к первым входам схемы сравнения, к входам вычитаемого вычитателя и к первым входам шинного формирователя, подключенного вторыми входами к вы15

1732182

16 ходам накапливающего сумматора, выход схемы сравнения соединен с первым выходом элемента И, входы управления каналов интегрирования соединены с первыми входами второго, третьего, четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соединены с третьим входом выбора канала интегрирования и с управляющим вхо" дом шинного формирователя, четвертый вход канала интегрирования подключен к первому входу элемента ИЛИ, пятые входы канала интегрирования соединены с входами уменьшаемого вычитателя и с вторыми входами схемы сравнения, входы записи и сброса регистr a подключены соответственно к выходам второго и третьего эЛементов И, выходы вычитателя подключены к информационным входам накапливающего сумматора, вход разрешения суммирования которого подключен к выходу первого элемента И, соединенного вторым входом с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход пятого элемента И соединен с входом обнуления накапливающего сумматора, выходы шинного формирователя яв" ляются выходами канала интегрирования.

1732182

Составитель Н. Соловьев

Редактор В,Петраш Техред А.Кравчук Корректор A.Обручар

Заказ 1575 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ултород, ул. аг р

Ф II л Гага ина 101