Цифровой термометр Советский патент 1984 года по МПК G01K7/32 

1 1 Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров, раб.отающих в составе с термопреобразователями, имеющими частотный.выход, например пьезокварцевыми датчиками температу ры. Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь с частотным выходом соединенный с входом ключа, генератор опорной частоты, соединенньй с делителем частоты, блок управления, вход которого соединен с выходами старшего разряда делителя частоты, а выходы подключены к управляющему входу ключа, генератору опорной частоты- и входу установки дели теля частоты, блок индикации . Однако это устройство характеризуется неудобством его градуировки, обусловленным его структурной схемо Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу смесителя, выход которого -подключен к первому входу первой cxe№i И, а второй вход соединен с выходом гене ратора опорной частоты, coeдинe Iным с входом счетчика базы времени, установочный вход которого соединен с первым выходом . управления, а выходы через первый коммутирующий элемент подкгаочены к схеме совпа,г(ения, выход которой соединен с первы входом схемь управления, второй выход которой соединен с- вторым входо .первой схемь И, третий выход - с входом установки в О счетчика результата измерения и входом установки в 1 триггера знака, счетньш вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измере ния, а четвертый выход схемы управления - с тактирующим входом регистра индикации, входы которого со динены с выходами счетчика результат и триггера знака, а выходы через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, второй комму тирующий элемент и вторую схему И 2 Однако известный цифровой термометр характеризуется неудобством его градуировки, обусловленным его структурой построения. 2 Цель изобретения - упрощение процесса градуировки цифрового термометра путем введения раздельной градуировки при 6, и е г (например, 9 л ЮОС). Поставленная цель достигается тем, что в цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотньм выходом, подключенный к первому входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени, установочный вход которого соединен с первым выходом схемы управления, а выходы через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соединен с вторым входом первой схемы И, третий выход - с входом установки в О счетчика результата измерения и входом установки в 1 триггера знака, счетный вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения,- а четвертый выход схемы управления соединен с тактирующим входом регистра индикации, входы которого соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходуы через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, второй коммутирующий элемент и вторую схему И, введены делитель частоты с перестраиваемым коэффициентом деления и дополнительный счетчик, выходы которого соединены с установочными входами счетчика результата, вход, установки в О соединен с пятым выходом схемьг управления, а вход подключен к выходу второй схемы И, входы которой соответст.венно соединены с вторым вь1ходом схемы управления и выходом делителя с перестраиваем1 1м коэффициентом деления, установоч1сые входы которого соединены с выходом второго коммутирующего элемента, а вход подключен к генератору опорной частоты, при этом три промежуточных выхода счетчика базы времени соединены с вторым, третьим и четвертым входами схемы управления, шестой выход которой соединен с установочным входом счетчика результата. На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового термометраj на фиг. 2 схема управления; на фиг. 3 - временI 1 ные диаграммы, поясняющие работу циф рового термометра. Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, генератор 2 опорной частоты смеситель 3, делитель 4 частоты с пе рестраиваемым коэффициентом деления, коммутирующий элемент 5, две схемы И 6 и 7 , схему 8 управления, схему 9 совпадения, коммутирующий элемент 10, счетчик 11 базы времени, до полнительньм счетчик 12, счетчик 13 результата, триггер 14 знака, регистр 15 индикации, управляемый преобразователь 16 кода, блок 17 индикации, при этом входы 18-20 схемы управления соединены с промежуточными выходами счетчика базы враменк, а вход 21 схемы управления с выходом схемы соЕладения. Выход 22 схемы управления соединен с вторыми входами схем И 6 и 7, выход 23 - с входом установки в О дополнительного счетчика 12, выход 24 - с входом установки счетчика 13 результата, выход 25 - с входом установки в О счетчика 13 результата и входом установки в 1 триггера 14 знака, выход 26 - с так тирующим входом регистра 15 индика ции и выход 21 - с входом установки в О счетчика 11 базы времени. Схема 8 управления содержит три инвертора 28-30, шесть схем И 31-36 и триггер 37, причем к входу 18 под ключены вход инвертора 28, выход которого соединен с первыми входами схем И 31, 33 и 35, и вторые входы схем 32 и 34. Вход 19 соединен с вторым входом схемы И 33, третьим входом схемы И 3 и входом инвертора 29, выход которо го соединен с вторьми входами схем И 31 и 35 и первым входом схемы И 32. Вход 20 подключен к входу инвертора 30, выход которого соединен с третьими входами схем И 31-33 и пер вым входом схемы И 34, и к третьему входу схемы И 35, подключенной свои выходом к входу установки в 1 триггера 37. Вход 21 схемы управления соедине с первым входом схемы И 36 и входом установки в О триггера 37, инверс HbBJ выход которого соединен с четве тыми входами схем И 31-35 и вторым входом схемы И 36, выход которой подключен к выходу 27. 8г; Выходы 23-26 схемы управле.ния соответственно соединены с выходами схем И 34-31 а выход 22 - с прямым входом триггера 37. Цифровой термометр работает следyющи образом. Смеситель 3 выделяет сигнал, частота которого равна разности частот датчика 1 температуры и генератора 2 опорной частоты, последняя из которых выбирается ме1тьше минимального значения частоты термопреобразователя 1, в результате чего знак разности обеих частот во всем диапазоне измерения температуры остается неизменным. Частота генератора 2 опорной частоты делителем 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления с использованием коммутирукицего элемента 5 преобразуется в частоту, равную частоте выходного сигнала смесителя 3 при температуре датчика, равной 0°С. Поступающие также на счетный вход счетчика 11 базы времени импульсы генератора 2 опорной частоты при помощи коммутирующего элемента 10, схемы 9 совпадения и схемь 8 управления преобразуется в ряд сигналов, представленных на фиг. 3сх -. Предполагая, что к моменту времени L(j (фяг. 3«) триггер 37 схемы 8 управления и первые три выхода счетчика 11 базы времени, подключенные к входам 18-20 схемы управления В соответственно, находятся в нулевом состоянии, навыходе схемы И 31 образуется положительный импульс, поступающий через выход 26 схемы 8 управления на тактирующий вход регистра 15 индикации, под воздействием которого в него записываются состояния счетчика 13 результата и триггера 14 знака. Поступлением следующего импульса генератора 2 опорной частоты состояние счетчика 11 базы времени увеличивается на единицу, в результате чего на выходе схемы И 32 схемы 8 управления образуется положительный импульс (фиг. 36, момент времени t), поступающий через выход 25 схемы 8 управления на вход установки в О счетчика 13 результата и на вход установки в 1 триггера 14 знака. Под воздействием следующего импульса генератора 2 опорной частоты состояние счетчика базы времени вновь увеличивается на единицу, и на. выходе схемы И 33 схеьм 8 управления образуется положительный импульс (фиг. Зв, момент времени t2) посту пающий через выход 24 схемы 8 управления на вход установки счетчика 13 результата, в результате чего в него записывается содержимое дополнительного счетчика 12 (фиг. 3«j, и). В сле дующем такте на выходе схемьг И 34 схемы 8 управления образует :я положи тельный импульс{11)иг. Зг.jMoneHT вре- мени tj), под воздействием которого через выход 23 схемы 8 управления дополнительный счетчик 12 устанавливается в состояние О. Под воздействием возникающего в следующем такте на выходе схемы И 35 схемы 8 управления положительного им пульса на вход установки в 1 триггера 37 схемы 8 управления на его прямом выходе устанавливается noJio;KH тельный потенциал (фиг. Зе, момент времени Этот сигнал поступает через, выход 22 cxeiviw 8 управления на вторые входы схем И 6 и 7 и тем самым разрешает счет импульсов с выхода смесителя 3 в счетчике 13 резул тата, работающем в режиме прямого сч та, и счет импульсов с выхода делителя 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления в дополнительном счетчике 12, работающем в режиме обратного счета. При достижении счетчиком 11 базы времени состояния, соответствующего установленному коммутирующим элементом 10 значен11ю,. на выходе схемы 9 сов-падения образуется положительные импульс (фиг. ЗЭ, времени i,), действуюпщй через вход 21 схемы 8 управления, вход установки в О триггера 37 и второй вход схемы И 36 схемы 8 управления, в результате чего из-за нуле.вого потенциала на прямом выходе триггера. 37, поступающего через выход 22 схемы управления на вторые входы схем И 6 и 7, прекращается счет импульсов как в счетчике 13 результата, так и во вспомогательном счетчике 12,. и из-за положительного потенциала на инверсном выходе триггера 37 на выходе схемы И 36 схемы 8 управления возникает положительный импульс (фиг. 3, момент времени tg), действуюпщй через выход 27 схемы 8 зправления на вход установки в О счетчика 11 базы времени. Установкой счетчика 11 базы времени в О начинае:тся следующий цикл измерения (фиг. Зя, момент времени t). Раздельная юстировка цифрового термометра заключается в том, что установкой коммутирующего элемента 5 реализуется такой коэффициент деления делителя 4 частоты, что его выходная частота точно соответствует частоте на выходе смесителя 3 при температуре датчика 1, равной 0°С. В итоге поступающие в счетчик 13 результата и в дополнительный счетчик 12 количества импульсов при нулевой температуре датчика 1 одинаковы. Учитывая режим обратного счета дополнительного счетчика 12 после занесения его содержимого в счет-. 13 результата (фиг. Зи, момент времени -to ) и последующего счета импульсов с выхода смесителя 3 в течение интервала времени в счетчике 13 результата, работающем режиме прямого счета, накапливаетс.я число, равное его максимальной емкости, представляемое в виде переноса, устанавливающего триггер 14 з.-1ака в нулевое состояние, и нулевого состояния самого счетчика 13 результата. Полученное в этом случае нулевое показание на блоке 17 инди кации цифрового термометра не зависит от случайно выставленной длительности интервала времени , точное значение которой на данном этапе градуировки еще не известно. Установкой коммутирующего элемента 10 определяется то. состояние счетчика 11 времени, при достижении которого на выходе схемы 9 совпадения возникает положительный импульс (фиг. 3d, момент времени tg ), заканчивающий время счета как счетч1П а 13 результата, так и вспомогательного счетчика 12. Обеспечивая на термопреобразоватнле I температуру второй реперной точки изменением установки коммутирующего элемента 10, реализуем длительность интервала времени , приводящую к показанию на блоке 17 индикации цифрового термометра температуры второй реперной точки, не изменяя при этом установку коммутирующего элемента 5. Таким образом,раздельная юстировка. цифрового термометра производгпся в двзтс этапах. На первом этапе при помощи коммутирующего элемента 5 устанавливается нулевое ггоказание

цифрового термометра (в виде первой реперной точки используется тающий лед), а на втором этапе изменением установки коммутирующего элемента 10 добиваемся на блоке 17 индикации цифрового термометра температуры второй реперной точки.

Частота следования импульсов f на выходе термопреобразователя 1 в зависимости от измеряемой температуры 0 равнаJ,

(1)

.5(e-ej

0 0 частота па выходе датчика 1 где о 5 температуры крутизна термочастотной характеристики термопреобразо вателяу бд - температура калибровки. Если интервал времени1 -- 5обозначить через Tg (базы времени), то накопленное к моменту времени 1$ з счетчике 13 результата число равно ,. -.- и счрезЧ е- оч) 2) точ/ БВ счвсп « гоч частота на выходе генератора 2 опорной частоты;; содержимое дополнительног счетчика 12 к моменту вре мени t J (предыдуще го ци ла измерения). Причем знаком минус в формуле (2 учитьгоается режим обратного счета д полнительного счетчика 12, содержим которого определяется соотношением N -Т гоч счвсп бв к (3) где К - коэффициент деления делите ля 4 частоты, определяемый установкой коммутирующего элемента 5, После первого этапа юстировки со .людзется следую{Ц5е -соотношение o-S6.-..,,, Точ к ЮСТИр ,- значение коэффициента деления делителя 4 частоты после юстировки, с учетом которого содержимое дополнительного счетчика 12 равно T68() ( счвсп юстир

Тогда содержимое счетчика 13 результата после проведения первого этапа юстировки равно

счрез юстир ® БВ

и при . действительно обращается в нуль.

После второго этапа юстировки соблюдается следующее дополнительное соотношение

(7)

2 БВ юстир температура вторсп реперной точки разрешающая способность цифрового термометра; база времени после второй БВ юстмр юстировки, с учетом которого соотношение (6) принимает вид 9в сч рез юстир 2 д0 содержимое счетчика 13 ресчрегмстиргзультата при температуре 6 после второго этапа юстировки, свйдет.ельствугащ й о том, что цифровой прибор после раздельной юстировки параметров К и Тдр действительно показывает значение измеряемой температурыУправляющийпреобразователь 16 кода при единичном значении знакового разряда регистра 15 индикации производит преобразование входного кода в обратный, чем обеспечивается правильность показаний цифрового термометра при измерении отрицательных температур ( Э 0°С), в противном случае управляеь1ый преобраеователь 16 кода не влияет на передачу кода с. выходом регистра 15 индикации на входы блока 17 индикации. Наличие в предлагаемом цифровом термометре делителя частоты с перестраиваемыми коэффициентом, а такдае новых связей между элементами выгодно отличает его от известного, так как позволяет упростить процесс его градуировки и тем самым упростить его эксплуатацию.

Фиг./

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержвВ(Ий термопреобразователь с частотньм выходом, подключенный к первому . входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход соединен с вы- . кодом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени, установочный вход которого соединен с первым выходом схемы управления, а выходы через перв коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соединен с вторым входом первой схемы И, третий выход - с входом установки в положение О счетчика результата измерения и входом установки в положение 1 триггера знака, счетньй вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения, а четвертьй выход схемы управления соединен с . тактирующим входом регистра индикации, входы которого соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходь через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, второй коммутирующий злемент и вторзгю схему И, отличающийся тем, что,с целью упрощения процесса градуировки, термометра, в него введены делитель частоты с перестраиваемым коэффициентом деления и дополнительный счетчик, выходы которого соединены с установочньми входами счетчика результата, вход установки в положение О соединен с пятым выходом йхемы управления, а вход подключен к выходу второй схемы И, входы которой соответственно соединены с вторым выходом схемы управления и выхо1 9 СП 4дом дeJШтeля с перестраиваемым коэффициентом деления, установочные входы которого соединены с выходом второго коммутирующего элемента, а вход подключен к генератору опорной частоты, npw этом три промежуточных выхода счетчика базы времени соединены с вторым, третьим и четвертым входами схемы управления, шестой выход которой соединен с установочнътм входом счетчика результата. .

(риг. 2

i/3/ epffffi/ff