Измеритель разности температур Советский патент 1985 года по МПК G01K7/01 G01K3/08 G01K7/32 

11 Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к измерителям разности температур, работающим в составе с термопреобра зователями, имеющими частотный выход, например, пьезокварцевыми термопреобразователями. Известен измеритель разности температур, содержащий два пьезокварце вых термопреобразователя с частот ным выходом, два смесителя, два формирователя импульсов, две схемы И, генератор опорной частоты, делитель частоты, реверсивный счетчик результата и цифровой индикатор Cl Однако в данном измерителе разности температур невозможно применение термопреобразователей, с различной крутизной характеристики темпера . тура - частота, кроме того, он харак теризуется низким быстродействием. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измеритель разности температур, содер жащий два пьезокварцевых термопреобразователя с частотньм выходом, гене ратор опорной частоты, счетчик (делитель) , две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управ ления, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход перено са подключен к установочному входу триггера знака, а информационный вы, ход - к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, а также три смесителя, схему ИЛИ, два формирователя импульсов, третью схему И, три генератора опорной частоты 2. Однако известный измеритель разности температур также харакТеризуетсй низким быстродействием, обусло ленным его структурой построения, и сложностью, заключающейся в необходимости применения трех генераторов опорной частоты и трех смесителей. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение измерителя Поставленная цэль достигается тем, что в измеритель разности температур, содержащий два пьезокварцевь Х термопреобразователя с частот 7 ным выходом, генератор опорной частоты, сметчик, две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управления, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактируюгщм входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход переноса подключен к установочному входу триггера знака, а информационный выход подключен к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, введены дополнительный счетЧик, три коммутирующих элемента и две схемы совпадения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами схемы управления, а входы соответственно подключены к выходам первого и второго коммутирующих элементов, при этом выходы пьезокварцевых термопреобразователей подключены к входам счетчиков, вькоды которых подключены соответственно к входам коммутирующих -элементов, а установочные входы - к пятому и ше стому выходам схемы управления, третий и четвертый входы которой соединены с первым и вторым выходами счетчика, причем вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом второй схемы И, установочные входы реверсивного счетчика подключены к выходам третьего коммутирующего элемента, вход которого соединен с четвертым выходом схемы управления, а выход генератора опорной частоты, соединен с вторыми входами схем И. На фиг,1 представлена блок-схема измерителя разности температур; на фиг.2 - схема управления; на фиг.З - временная диаграмма, поясняющая работу устройства. Измеритель разности температур содержит два термопреобразователя 1 И 2 с частотным выходом, счетчик 3, дополнительный счетчик 4, коммутирующие элементы 5-7, две схемы 8 и 9 совпадения, генератор 10 опорной частоты, две схемы И 11 и 12, схему 13 управления, реверсивный счетчик 14, триггер 15 знака, цифровой индикатор 16. Входы 17 и 18 схемы управления соединены с выходами схем 8 и 9 соп3падения, а входы 19 и 20 - с двумя выходами счетчика 3. Выходы 21 и 22 схемы упряпления соединены с первыми входами двух схем И 11 и 12, выходы 23 и 24 - соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, а выходы 25 и 26 - с установочными входами счетчиков 3 и 4. Схема 13 управления (фиг.2) содержит два инвертора 27 и 28, четьфе схемы И 29-32, три триггера 33-35, схему И 36, схему 37 равнозначности, триггер 38 и две схемы И 39 и 40 Измеритель разности температур работает следующим образом. Термопреобразователи 1 и 2 с частотным вьс:одом непрерывно подают импульсы, частота следования которых является информативным параметром их температур в и в на счетные входы счетчиков 3 и 4 соответственно. С помощью коммутирующих элементов 5 и 6, положение которых определяет коэффициенты деления К и К счетчиков 3 и 4, и схем 8 и 9 совпадения в схеме 13 управления формируются интервалы времени t2-t (фиг.Зв выход триггера 33) и (фиг.Зг, выход триггера 34), длительность которых зависит от температур 0 и Q соответственно. Схема 37 равнозначности выделяет разность между обоими интервалами времени. К моменту времени t триггеры 33 и 34 схемы 13 управления находятся в нулевых состояниях, и на входе 19 схемы управления имеется положительньй, на входе 20 нулевой потенциалы, а на выходе схемы И 30 возникает положительный импульс (фиг.За, момент времени t), поступающий через выход 24 схемы 13 управления на тактирующий вход цифро вого индикатора 16, в результате чего в него записывается состояние реверсивного счетчика 14 и триггера 15 знака, которые запоминаются и выводятся на индикацию до получения следующего результата измерения разности температур. После поступления следующего импульса с термопреобразователя 1 на счетньм вход счетчика 3 последний устанавливается в состоя ние два, в результате чего на входе 19 схемы 13 управ тения появляется нулевой потенциал, а на входе 20 974положительны, под воздействием которых на выходе схемы И 31 образуется положительный импульс, поступаю щий черег « выход 23 схемы 13 управления на вход коммутирующего элемента 7 и вход установки в единицу триггера 15 знака (фиг.36, момент времени t).3TifM импульсом реверсивный счетчик 14 устанавливается в состояние Нр(фиг.3ж, момент времени t-,) , определяемое положением коммутирующего элемента 7. С поступлением очередного импульса с выхода термопреобразователя 1 счетчик 3 устанавливается в положение три, при котором на входах 19 и 20 схемы 13 управления имеется потенциал логической единицы, в результате чего на выходе схемы И 32 схемы 13 управления образуется положительный импульс, устанавливающий триггеры 33 и 34 в единичные состояния (фиг. Зв,г) момент времени t «Установкой триггера 34 в единичное состояние снимается положительный потенциал с выхода 26 управления, подключённого к входу установки в нуль счетчика 4, в результате чего с этого момента времени разрешается счет импульсов с выхода термопреобразователя 2 в счетчик 4. Схемой И 36, подключенной своими входами к инверсным выходам триггеров 33 и 34, запрещается работа схем И 29-32 при единичном состоянии хотя бы одного из двух триггеров. Непрерывный счет импульсов с выходов термопреобразователей 1 и 2 счетчиками 3 и 4 продолжается до появления положительного импульса на выходе схем 8 и 9 совпадения соответственно, С появлением положительного импульса на выходе схемы 9 совпадения, подключенному к входу 18 схемы 13 управления, триггер ЗА устанавливается в нуль (фиг.Зг, момент времени tj). В результате воздействия выходного сигнала с инверсного выхода через выход 26 схемы управления на вход установки в нуль счетчика 4 прекращается счет импульсов с выхода термопреобразоватсля 2, а на. выходе схемы 37 рав- нозначности схемы управления устанавливается положительный потенциал (фиг.Зд, момент времени t) который в зависимости от состояния триггера 38 передается либо на выход 22, либо на выход 21 схемы управления, разрешая тем.самым поступление импульсов с выхода генератора 10 опорной частоты через вторые входы схем И 11 и 12 на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 14. С появлением положительного импульса на выходе схемы 8 совпадения, подключенной к входу 17 схемы управления, триггер 33 устанавли вается в нуль (фиг.Зв, момент време ни t4), в результате чего вькод схе мы 37 равнозначности принимает нуле вой потенциал, прекращая тем самым счет реверсивного счетчика 14. Состояние триггера 38 схемы управления определяется состоянием триггер 33 схемы 13 управления (фиг.Зв)к моменту образования положительного фронта импульса на выходе схемы 37 равнозначности (фиг.Зд, момент времени tJ). Причем при временных соот ношениях (фиг.Зв,г) триггер 38 к моменту времени t, устанавливается единицу, в результате чего за интер вал времени производится прямой счет реверсивного счетчика 14 (фиг.Зж, интервал времени tj-t ), в противном случае (t -1.)триггер 38 останется в нулевом состоянии, в которое .он переводится {1мпульсом на выходе триггера 35 (фиг.Зг, момент времени t ), в результате чего за интервал времени существования положительного импульса на выходе схемы 37 равнозначности схемы 13 .управления производится обратный счет реверсивного счетчика 14. В случае возникновения при прямо счете переноса реверсивного счетчика 14 (фиг.Зж, при достижении состо яния, равного максимальной емкости счетчика) триггер 15 знака устанавливается в нулевое состояние. Полож тельным фронтом импульса на инверсном выходе схемы 37 равнозначности триггер 35 схемы управления устанав ливается в единичное состояние (фиг.З е, момент времени t), под воздействием возникающего при зтом на выходе 25 схемы управления положительного потенциала на входе уста новки в нуль счетчика 3 он переходи в нулевое состояние. При нулевых потенциалах на выходах 19 и 20 схемы управления и нулевых состояниях триггеров 33 и 34 на выходе схемы И 29 образуется положительный импульс устанавливающий триггер 35 в нулевое состояние, в результате чего снижается положительньй потенциал на входе установки в нуль счетчика 3 и начинается его счет с нулевого состояния. Следующим импульсом термопреобразователя 1- счетчик 3 устанавливается в состояние единицы, в результате чего на входе 19 схемы управления появляется положительный потенциал, под воздействием которого при нулевом потенциале на входе 20 схемы 13 управления на выходе схемы И 30 возникает положительньй импульс (фиг.З а, момент времени t), при котором через выход 24 схемы управления на тактирующий вход цифрового индикатора 16 в него записываются полученные в текущем цикле измерения состояния реверсивного счетчика 14 и триггера 15 знака. При поступлении следующего импульса с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 3 к моменту tg начинается следующий цикл измерения. Частота следования импульсов f. на выходе термопреобразователей 1 и 2 в зависимости от их температуры 9- , описывается соотношением .5,(e,-ej , (.) где j - частота i-го термопреобразователя при температуре BO, 5; - крутизна термочастотной характеристики i-го термопреобразователя ; 9о - температура калибровки-, i 1,2 - номер термопреобразовате- Обозначая длительность интервала времени tj,-t через длительность интервала времени tj-t,, через Tjg, можно записать Г -Jb . т lef.. 2e -fгде KY и Kj - козффициенты деления счетчиков 3 и 4 соответственно. Значение коэффициентов К. определяется по формуле К. 5., 46 гдеЛ(д,,н- раэрешающяя способность измерителя разности темпе ратур i еп- частота генератора 10 опо ной частоты. Значения К и К. реализуются при ПОМОЦЦ1 коммутирую1тих элементов 5 и 6, причем значение К,, полученно на Основе вьфажения (3), необходим увеличивать на 3, что позволяет использовать счетчик 3 и для формирования управляющих импульсов. Тогда разность длительностей Т и Tjg, выделяемая схемой 37 равнозначности схемы 13 управления,- равна . Гг2 1 ДТгТ..-Т 1е-2е- „ле „„ 5, IvSiiVe) 2 (V.) После разложения в степенной ряд и пренебрежения квадратичными и более высокими членами, допустимость чего подтверждается неравенством . уравнение (4) преобразуется к виду и 0 4-ill lii 2 л S, S. оп мин Содержимое N реверсивного счетчика 14 равно M N. , (6) где NP - начальное состояние реверсивного счетчика 14, в которое он устанавливается в начале цикла измерения при помощи коммутирующего элемента 7. Значение N выбирается для получения отсчета результата измерения разности температур непосредственно в градусах 1Гельсия на основе равенN. V - емкость реверсивного сче 7 чика 14, выбираемая на основе соотношения (макс ч . где|е2-0, - максимальное значение измеряемой разности температур. Цифровой индикатор 16, управляемый триггером 15 I знака,при единичном его значении перед выводом на индикацию полученного результата измерения разности температур производят преобразование полученного результата в обратный код, а при нулевом значении такого преобразования не производит, чем обеспечгвается правильная индикация как положительных, так и отрицательных разностей температур. Длительность цикла измерения разности температур предпагаемого измерителя можно оценивать выражениемТ 5лб в то время, как длительность цикла измерения разности температур известного измерителя равна Т ::1 S. де что соответствует увеличению быстродействия в К д„/€д раз. В Зависиость от типа используемых микросхем быстродействие измерителя ожет быть повьпйено не менее чем в три раза. В измерителе используется только один генератор опорной частоты, что значительно упрощает его конструкцию. Таким образом, в отличие от известного предлагаемый измеритель разности температур является более быстродействующим и более простьм устройством.

.

I

Фие.1

/«МТС I

cvpe3

ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР, содержащий два пьезокварцевых термопреобразователя с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик, две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управления, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактируюгдам входом цифрового индикатора, реверсивньгй счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход переноса подключен к. установочному входу триггера знака, а информационный выход подключен к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, о т л ич ающнйс я тем, что, с целью повьшения быстродействия и упрощения измерителя, в него введены дополнительный счетчик, три коммутирующих элемента и две схемы совпадения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами схемы, управления, а входы соответственно подключены к выходам первого и второго коммутирующих элементов, при зтом выходы пьезокварцевых терме- о преобразователей подключены к входам;® Счетчиков, выходы которых подключены соответственно к входам коммутирующих элементов, а установочнь е входы - к пятому и шестому выходам схемы управления, трегий и четвертый входи которой соединены с первым и вторым выходами счетчика, причем вычитающий вход реверсивного счетчибС: ка соединен с выходом второй схемы СйЭ И, установочные входы реверсивного счетчика подключены к выходам третьеСО го коммутирующего элемента,вход которого соединён с четвертьм вькоДЬм схемы управления ,v а выход генератора опорной частоты соединен с вто- рыми входами схем И.