Цифровой термометр Советский патент 1983 года по МПК G01K7/00 

Изобретение отночится к области температурных измерений и мохет быть использовано в различных отраслях промьиштенности, где требуется из11ерение температуры с повышенной точностью. Известен цифровой термометр с автоматическим калиброванием каналов, содержаИдий термоэлектрические цреобразователи с встроенными ка тибратор ми, выходы которых через входноП коммутатор подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, сумматоры, блок эталонных напряжений, соединенный с распределителем, блок управления, блок анаЛИЗа, блок памяти, умножители, блок аппроксимации погретаности, переключатели и ключ. В этом термометре повыпение точности измерения достигается путем коррекции результата измерения с учетомпогрешности изме рения термопрербразователя, определяемой в режиме калибровки термопре образователя l . Недостатке устройства является то, что в нем могут бить использова ни только тёрмопреобразователи с ан логовым выходом. Наиболее близким к предлагаемому является цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частот ным выходом, ключ, выход которого через тактирующий блок соединен с управляющим входом сумматора, входы которого соединены с выходами преоб разователя кодов, а выходы подключены к блоку индикации, соединенном с блоком распознавания калибровочны интервалов температуры, электронный коммутатор, вход которого соединен с выходом блока - диспетчера, а выходы через делитель частоты подключ ны к входам преобразователя кодов, блок управления, вход которого соединен с выходом стараего разряда делителя частоты, а выходы соединен с управляющими входами ключа, генератора опорной частоты, сумматора и делителя частоты, соединенного с управляющим входом тактируквдего блока и выходом генератора опорной частоты 2 . Недьстатком известного термометр является низкая точность измерения из-за изменения характеристики термопреобразоватёля в процессе его эксплуатации, а также из-за система тических и случайных ошибок измерения, возникающ 1Х в процессе обработ ки сигнала с термопреобразователя. Цель изобретения - повыиение точ ности температуры. Поставленная цель достигается те что в цифровой термометр,содержа1ций термопреобразователь с частотным вы ходом, ключ, выход которого через тактирующий блок соединен с управЛЯЮЩШ4 входом сумл атора, входы которого соеданеПы с выходами преобразователя кодов, а выходы подключены к блоку индикации, соединенному е блоком распознавания калибровочных интервалов температуры, электронный коммутатор, вход.которого соединен с ВЫХОДО1М блока-диспетчера, а выходы через делитель частоты подключены к входам преобразователя кодов, блок управления, вход которого соединен с выходом старшего разряда делителя частоты, а выходы соединены с управля1--адими входами ключа, генератора опорной частоты, сумматора и делителя частоты, соединенного с управля тщим входом тактирующего блока и выходом генератора опорной частоты, введены блок расчета средневзвешенной те1«шературы, блок адаптивной коррекции, запоминающее устройство, дополнительные термопреобразователи и коммутатор, входы которого соединены с выходами термопреобразоватбшей, а выход подключен к входу ключа и первому входу запоминающего устройства, выход которого соединен с входом блока-диспетчера, а второй и третий входы запоминающего устройства соединени соответственно с выходом блока распознавания калибровочных интервалов температуры и выходом блока адаптивной коррекции, вход которого подключен к выходу блока-диспе тчера, при этом входи блока расчета средневзвешенной температуры подключены к выходам суМг-штора, а выходы - к блоку индикации, причем управлянвдие входы коммутатора, блока адаптивной коррекции и блока расчета средневзвешенной температуры соединены с выходом блока управления. На Ч€ ртеже приведена блок-схема предлагаемого цифрового термометра. Цифровой термометр содержит блок 1, включающий в себя m пьезокварцевых термопреобразователеП, ключ 2, тактирующий блок 3, сумматор 4, преобразователь 5 кодов, делитель б частоты, генератор 7 опорноЛ частоты, блок 8 управления, блок 9 индикации, блок 10 распознавания калибровочных интервалов температуры, блок-диспетчер 11, электронный коммутатор 12, коммутатор 13, блок 14 адаптивной коррекции, запоминающее устройство 15 и блок 16 расчета средневзвешенной температуры. Преобразователь кодов 5 служит для преобразования прямого кода в обратный по сигналам п -го старшего разряда делителя частоты 6. К входам преобразователя 5 подключены входи старлих (k +l)-(n-l) разрядов делителя б частоты. Выход k -го разряда делителя 6 соединен с управляпщим входом тактиругацего блока 3. Самый старший Л -и разряд подключен к управляющему входу преобразователя 5 и к входам блока 8 упрпвле 1ия. Коммутатор 13 состоит из генератора переключающих импульсов и ключевой схемы на транзисторах. Генератор переключающих импульсов построен на основе двоичного счетчика из триггеров и диодной матрици. При последовательном поступлении импульсов с блока 8 управления генератор видает команду на подключение очередного термопреобразователя к входу ключа Такая же команда поступает на вход дешифратора гщреса запоминающего уст ройства 15. Благодаря о6еспечи вается совпадение ноглера подключаемо го термопреобразователя и ячейки памяти запоминаущего устройства 15. БЛОК 14 адаптивной коррекции пред ставляет собой вычислительное устрой ство с оперативным запоминающим устройством для определения двоичных чисел, которые используются диспетчером 11 для установления коммутатор 12 в положения, соответствую1чие сред ,невзвешенным коэффициентам деления. Запо1-данающее устройство 15 состоит из матрицу пшляти и двух дешиф раторов адреса, один из которых соединен с выходом блока 10 распознавания калибровочных интервалов, а другой - с выходом renepaTojja 13 переключающих импульсов коммутатора После получения с выходов блоков 10и 13 сигнсшов о подключении -го термопреобразователя и попадания в i -и калибровочный интервал т уйтературы двоичное число на пересечении -го столбца и j -и строки матрицы пагляти заносится в соответствующие регистры блока-диспетчера 11для установки коммутатора 12 в необходимое положение. Блок 16 средневзвешенной температуры состоит из сумматора, на вхо которого поступают импульсы с выходов блока 4 при подключении каждого термопреобразователя, и m -разрядног счетчика тактовых импульсов блока 8 управления. Сигнал переноса счетчика, который формируется при посту лении Vn -го шлпульса, используется для считывания информации из регист ров сумь5атора в блок 9 индикации. Перед сдачей термометра в эксплу тацию его калибруют по реперным точкам температуры с целью полученйя кусочно-линейной аппроксимирующей термочастотной характеристик всех термопреобразователей. Для этого последовательно помещают каждЕЛй термопреобразователь в среду с данной реперной температурой и вк чают цифровой термометр в режим работы, при котором с помощью блокадиспетч а 11, в ячейках памяти которого запоминаются определенные . воичные числа, подаются команды через электронный комг 1утатор 12 нп делитель 6 частоты для изменения его коэффициента деления до тех пор, пока индикатор не зарегистрирует TetmepaTypij соответствующую реперноП точке. Послеэтого двоичное число из блока 11, соответствующее определенному коэффициенту деления, поступает на вход блока 14 адаптивной коррекции. Для данной реперной температуры tp и ка кдого i -го термопреобразователя коэффициент деления определяют несколько раз и по результата находят средний коэффициент деленияV - что соответствует исключению систематической псзгрешности, оценку дисперсии коэффициента деленияQi .и весовой коэффициент , лТ 1 - .ри позволяющий учесть случайные погрешности. Для уточнения параметров Kt ходе эксплуатации без использования образцовых средств проверки вводится режим самокалибровки термометра, когда повторяют операции калибровки, -но значения температуры на индикаторе сравнивают не с реперной температурой, а со средневзвешенным значением температуры на выходе термометра. В этом рекиме термопреобразователи помещают в среду со стабильной температурой, близкой к реперным точкам. Измеряют температуру с помощью цифрового термометра обычным образом, т.е. определяют средневзвешенное значение температуры. Подключают первый термопреобразователь, входы блока 16 отключают от выходов сумматора 4, а вход блока 14 адаптивной коррекции соединяют с выходом блока-диспетчера 11. С помощью блока 10 калибровочных интервалов температуры, блокадиспетчера 11 и электронного коммутатора 12 меняют коэффициент деления делителя 6 частоты до тех пор, пока блок 9 индикации не зафиксирует температуру,соответствующую .средневзвешенному значению. По результатам многократного повторения этой процедуры блок 14 адаптивной коррекции определяет двоичные числа, соответствующие средневзвешенным коэффициентгии деления, аналогично тому как это делалось при калибровке термометра перед сдачей- его в эксплуатацию, и заносит их в соответствующие ячейки запоминающего устройства 15. Цифровой термометр работает следующим образом. При измерении температуры блок 8 управления включает генератор 7, открывает ключ 2 и устанавливает кс 1мутатор 13 в положение, при котором сигнал с выхода первого термопреобраэователя через ключ 2 поступает на вход тактирующего блока 3. Блок 3 запрещает одновременное поступление импульсов с выхода ключа 2и иьшульров с выхода К -разряда делителя б частоты на вход ПеренЬс сумматюра 4, Сигнал о номере -го термопреобразователя с второго выхода коммутатора 13 и сигнгш с выхода блока 10 распознавания калибровочных интервалов температур поступают на входы запоминающего устройства 15, . декодируются, и двоичное число, соот ветствующее коэффициенту деления для , термопреобразрват еля и выбранно гокалибровочного интервала, поступает в диспетчер 11 для установки переключателей коммутатора 12 в coot вётствукяцее положение. На выходе пре образователя 5 кодов во время работы цифрового термометра формируется onpeделенная последовательность чисел. Импульсы с выхода тактирующего блока 3вызывают перенос чисел с выходов преобразователя 5 в сумматор 4, в ко торсм они суммируются. Импульсы с выходов сумматора 4 поступают на вход блока 16 расчета средневзвешенной температуры. Далее к входу ключа 2 подключаются последовательно все термопреобразователи. При этом для каждого термопреобразователя устанавливается определенный коэффициент деления. БЛОК 16 расчета средневзвешенной температуры сугимирует импульсы с выхода сумматора 4 при последовательном -подключении всех термопреобразователей. Число импульсов,посту пакадих в блок 16 ia один цикл измерения, равно ()%.К;, 1« гдеРв, - частота термопреобразователя; Р - частота генератора 7; средневзвешенный коэффициент деления младших разрядов делителя 6 при подключенном 1-ом термопреобразователе; W - число ступеней увеличения состояния старших разрядов делителя 6 частоты. На управляющий вход блока 16 поступают сигналы с второго выхода блока управления, которые используются для считывания инфоЕяиации с регистров блока 16 в блок 9 индикации и установки его в исходное состояние. Введение в предлагаемое устройство дополнительных термопреобразователей, KoNMyTaTopa, блока адаптивной коррекции, запоминающего устройства и блока средневзвешенной температуры позволяет исключить систематические сшибки кусочно-линейной аппроксимации термочастотной характеристики, уменьшить ошибки измерений, вызванные случайными отклонениями термочастотной характеристики, а также изменением характеристики погре1 1ности термопреобразователей в течение периода эксплуатации, что в свою очередь позЕюляет снизить требования к стабильности параметров термопреобразователеп при одновременном повышении точности измерений и увеличении мекгралуяровочного интервала.

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содер жащий термопреобразователь с частотньм выходом, ключ, выход которого через тактирующий блок соединен с управляющим входом суг-1матора, входы которого соединены с выходами преобразователя кодов, а выходы подключены к блоку индикации, соединенно му с блоком распознавания калибровочных интервалов темтературы, электронный коммутатор, вход которого соединен с выходом блока-диспетчера, а выходы через делитель частоты подключены к входам преобразователя кодов блок управления, вход которого соединен с выходом старшего разряда делителя частоты, а выходы соединены с управляющими входами ключа, reHepatopa опорной частоты, сумматора и делителя частоты, соединенного с управляющим входом.тактируйщего блока и выходом генератора опорной частоты, о тличающийся тем, что, с целью повьииения точности измерения температуры, в него введены блок расчета средневзвешенной температуры. блок адаптивной коррекции, запоминающее устройство, дополнительные тергаопреобразователи и коммутатор, входы которого соединены с выxoдa iи термопреобразоваФелей, а выход подключен к входу ключа и первому входу запоминающего устройства, выход которого соединен с входом блока-диспетi чера, а второй и третий входы за поминающего устройства соединены (Л соответственно с выходом блока распознавания калибровочных интервалов температуры и выходом блока адаптивной коррекции, вход которого подключен к выходу блокаидиспетчера, при этом вхЬды блока расчета средневзвешенной температуры подключены к выходам сумматора, а выходи к блоку индикации, причем управляю Ln щие входы коммутатора, блока адапСО 4ii тивной коррекции и блока расчета средневзвешенной температуры соединены с выходом блока управления. Jlii 00