Цифровой термометр Советский патент 1985 года по МПК G01K7/32 

а выход подключен к счетному входу счетчика результата, установочные входы которого соединены с источниками постоянных логических уровней,

второй вход второй схемы больше-меньше соединен с промежуточным выходом делителя частоты, а выход подключен к второму входу блока управления.

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу тактирующего блока, выход которого соединен с входом ключа, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты и через делитель частоты подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управлякядам входом ключа, а второй выход подклкг чен к установочному входу счетчика результата, выхбд которого соединен с входом индикаторного регистра и первым входом цервой схемы большеменьше, вторые входы которой подклю чены к источнику постоянных логических уровней, группу схем И, выходы которых соединены с входами перрой схемы ИЛИ, вторую схему ИЛИ, три ,схемы И, вторую схему больше-меньше, первые входы которой соединены с источниками постоянных опорных уровней, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса калибровки термометра, в него введены дополнительно две схемы ИЛИ, дополнитель ный счетчик, одновйбратор, элемент И-НЕ, триггер, два инвертора и дешифратор, входы которого соединены с выходами счетчика результата, а выходы подключены к входам группы схем И и входам второй схемы РШИ, выход которой подключен к пер- вому входу схемы И-НЕ и через первый инвертор соединен с первым входом первой схемь И, второй вход которой соединен :с вторым входом схемы И-НЕ и выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом первой схемы Н)Ш и первым входом третьей ИЛИ, второй вход которой соединен с управляющим входом индикаторного регистра и вторым выходом блока управления, а выход подключен к устаноО1 вочному входу дополнительного счет00 чика, выходы которого соединены с 00 входами групп схем И, а счетный вход подключен к выходу второй схемы И, со первый вход которой соединен с выходом первой схемы больше-меньше и третьим входом схемы И-НЕ, а второй вход соединен с выходом ключа и первым входом четвертой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И, а выход соединен через второй инвертор с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом схемы И-НЕ, при этом входы третьей схемы И соединены соответственно с вшодом триггера и выходом четвертой схемы ИЛИ,

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры, в частности созданию цифровых термометров с пьезокварцевыми термопреобразователями температуры с частотным выходным сигналом.

Известен цифров,ой термометр, содержащий датчик температуры с частотным выходом, ключ, счетчик резултата, индикаторный регистр результата, генератор опорной частоты, делитель опорной частоты, схему И и устройство управления

Однако в данном термометре не учитывается нелинейность характерйстик т.ермопреобраэователей, что приводит к погрешности в показаниях термометра, особенно при измерениях Э широком диапазоне температур.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является цифровой термометр, содержащий термопреобразовател с частотным выходом, подключенный, к первому входу тактирующего блока, выход которого сое цинен с входом ключа, а второй вход соединён с выходом генератора опорной частоты и через делитель частоты подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управ1

лякицим входом ключа, а второй выход

подключен к установочному входу счетчика результата, выход которого соединен с входом индикаторного регистра и первым входом первой схемы больше-меньше, вторые входы которой подключены к источнику постоянных логических уровней, группу схем И, выходы которых соединены с входами первой схемы ИЛИ, вторую схему ИЛИ, три схемы И, вторую схему больше-меньше, первые входы которой соединены с источниками постоянных опорных уровней, а также блок памяти и распределитель импульсов 2.

Известный термометр позволяет устранить влияние нелинейности характеристик термопреобразователей на результат измерения температуры, погрешность из-за нелинейности в нем отсутствует, однако его схема слишком сложна, а процесс калибровки сложен,и требует длительного времени. Объясняется это тем, что термометр снабжен органами настройки и запоминающими устройствами в объеме, необходимом для запоминания полных кусочно-линейно аппроксимированных характеристик термопреобразователей, что позволяет настроить термометр путем в него параметров всех участков кусочно-линейно аппроксимированной характеристики термопреобразователя в виде таблиц подключения схем И и чисел, записываемых в запоминающее устройство для изменения числа в счетчикерезультата, по одному на участок аппроксимации. Все это усложняет процесс калибровки температуры при замене термопреобразователей.

Цель -изобретения - упрощение процесса калибровки термометра..

Поставленная цель достигается тем что в цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу тактирующего блока, выход которог соединен с входом ключа, а второй в.ход соединен с выходом генератора опорной частоты и через делитель частоты под,ключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управлякяцим входом ключа, а второй выход подключен к установочному входу счетчика результата, выход которого соединен с входом индикаторного регистра и первым входом первой схемы больше-меньше, вторые входы которой подключены к источнику постоянных логических уровней, группу схем И, выходы которых: 3 соединены с входами первой схемы ИЛИ, вторую схему ИЛИ, три схемы И, вторую схему больше-меньше, первые входы которой соединены с источниками постоянных опорных уровней, в него введены две схемы ИЛИ, дополнителбньй счетчик, одновибратор, элемент И-НЕ, триггер, два инвертора и дешифратор, входы которого соедине Hbj с выходами счетчика результата, а выходы подключены к входам группы схем И и входам второй схемы ИЛИ, , выход которой подключен к первому входу схемы И-НЕ и через первый инфертор соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен с вторым входом схемы И-НЕ и выходом одиовибратора, вход которого соединен с выходом первой схемы ИЛИ и первым входом третьей схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с управляющим входом индикаторного ре гистра и вторым выходом блока управления, а выход подключен к установоч ному входу дополнительного счетчика выходы которого соединен1 1 с входами группы схем И, а счетный вход подключен к выходу второй схемы И, первый вход которой соединен с выходом первой схемы больше-меньше и тре чрьям входом схемы И-НЁ, а второй вход соединен с выходом ключа и первым входвм четвертой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И, а выход соединен через Второй инвертор с первьм входом триггера, второй вход которого соединен с выходом схемы И-НЕ, при этом входы третьей схемы И соединены соответственно с выходом триггера и выходом четв;ертой схемы ИЛИ, а выход подключен к счетному входу счетчика результата, установочные входы которого соединены с источниками постоянных логических уровней, второй вхОд второй схемы большеменьше соединен с промежуточным выходом делителя частоты, а выход подключен к второму входу блока управления. На фиг. 1 представлена схема цифрового термометра; на фиг. 2 схема тактирующего блока. 1 фровой термометр содержит термо преобразОватель 1 с частотньгм выходом, тактирующий блок 2, ключ 3, генератор 4 опорной частоты, делитель 5 частотыу блок 6 управления. 734 счетчик 7 результата, на установочные входы которого подано число N в виде постоянных логических уровней, индикаторный регистр 8, первую схему больше-меньше 9, напервые входы которой подано число N в биде постоянных логических уровней, вторую схему больше-меньше 10, на вторые входы которой в виде постоянных логических уровней подано число N,, дешифратор 11, п выходов которого (где п - количество узлов аппроксимаЦии кривой ошибок от нелинейного пьезокварцевых термопреобразоватепей, на которых поправка к результату измерения положительна) подключены к первым входам всех схем И I 2 груп-, пы, а m выходов (где га - количество участков аппроксимации, на которых поправка к результату измерения отрицательная) - к входам первой схемы ИЛИ 13, дополнительный счетчик 14, вторую схему ИЛИ 15, .одновибратор 16, первую схему И 17, третью ИЛИ 18, элемент И-НЕ 19, четвертую .схему ИЛИ 20, триггер 21, первый инвертор 22, вторую схему И 23, .третью схему И 24 и второй инвертор 25. В качестве индикаторного регистра. 8 применяется регистр с реверсивной системой индикации. Блок управления содержит триггер 26, входы которого являются первым и вторым входами блока управления, и одновибратор 27, подключенный к выходу триггера. При этом выходы триггера и одновибратора являются одновременно первым и вторым выходами блока управления. Тактирующий блок 2 предназначен для привязки импульсов, поступаю щих от термопреобразователя 1 в лю бой момент времени, к импульсам опоркого генератора, чтонеобходимо для того, например, чтобы перенос информации из счетчика 7 врегистр 8 не произошел в момент подсчета счетчиком 8 очередного импульса от датчика. Тактирующий блок (фиг. 2) может быть реализован на двух ГРтриггерах 28 и 29 и элементе И 30, выход которого является выходом тактирующего бло.ка, а входы подключены к прямому выходу триггера 28 и инверсному выходу триг гера 29. Тактовые входы обоих триг.геров подключены к выходу опо.рного генератора, D-вход триггера 28 под 5 Г ключей к выходу термопреобразовател а триггера 29 - к вьгходу триггера 28. Схемы больше-меньше 9 и 10 представляют собой устройства для вычитания двух чисел с выходом толь ко знака результата и могут быть реализованы на основе стандартных микросхем. Работа цифрового термометра основана на том, что в нем вначале производится преобразование частоты в код, зависящий только от температуры и не зависящий от разброса характеристик термопреобразователя по номинальной частоте и крутизне, а затем производится линеаризация полученного таким образом числа путем введения поправки. При этом используется тот факт, что после преобразования частоты термопреобразователя в код с учетом номинальной частоты термопреобразователя и крутизны, характер нелинейности для всех пьезокварцевых термопреобразователей становится одинаковым, т.е. после, совмещения начальной и конечн точек характеристики путем сдвига всех ее точек перпендикулярно оси абсцисс и умножения каждой ординаты на коэффициент, определенный индиви дуально для каждого термопреобразователя, характеристики в остальных точках будут . Поэтому в предлагаемом термометр в отличие от прототипа вначале осуществляется совмещение двух точек характеристики, а затем - линеариза ция по общей программе. Очень важным является то, что в предлагаемом термометре процесс совмещения двух точек характеристики термопреобразователя заканчивает ся до Toroj, как заканчивается проце счета, .что позволяет начать и закон чить линеаризацию в процессе подсчета импульсов от термопреобразова теляг не увеличивая времени измерения. Иначе говоря, особенностью предлагаемого термометра является отсутствие преобразования уже полученного кода, в котором устранены разбросы характеристик термопреобра зователей, но остается погрешность от нелинейности, в ДРУГОЙ код, в котором отсутствует погрешность от нелинейности. Процесс получения результата в предлагаемом термометре осуществляется следующим образом. В результате очередного переполнения делителя 5 триггер 26 блока 6 управления устанавливается в О, закрывает ключ 3 и запускает, одновибратор 27, импудьс с выхода которого (второй выход блока управления) переносит результат из счет.чика 7 в индикаторный регистр 8. При этом в счётчик 7 заносится число N, а счетчик 14 через схему ИЛИ 18 устанавливается в О. Делитель 5 частоты при этом устанавливается в О и на выходе схемы 10 также устанавливается О, так как число в делителе (все нули) меньше числа Nj. Когда в делителе 5 опорной частоты в результате непрерывного подсчета импульсов генератора 4 опорной частоты появится число N, схема большеменьше 10 подает импульс в блок 6 управления, триггер 26 блока управления устанавливается в 1, ключ 3 открьшается. Импульсы от датчика 1 температуры через тактирующий блок 2, ключ 3, схему ИЛИ 20 и схему И 24 начинают поступать на вход счетчика 7 результата. В тактирующем блоке после поступления 1 на D-вход триггера 28 от термопреобразователя ближайший фронт импульса опорного генератора установит триггер 28 в 1. При этом на выходе элемента И 30 появится 1. Следующий импульс опорного генератора установит в 1 триггер 29 и на выходе элемента И 30 появится О. По окончании входного импульса триггеры 28 и 29 по очереди установятся в О импульсами опорного генератора. Так как в О вначале yctaнoвитcя триггер 28, . импульс с выхода элемента И 30 не появится. Таким образом, в ответ на один импульс термопреобразрвателя, имеющий произвольную длительность и поступающий в произвольный момент времени, тактируютщий блок вьщает один узкий положительный импульс, длительность которого равна периоду сигнала опорного .генератора, а начало и конец совпадают с одним из фронтов этого сигнала. Счетчик результата подсчитьгаает поступающие на его вход импульсы. Импульсы с выхода тактирующего блока будут поступать в счетчик 7 результата до тех пор, пока число в счетчике 7 не станет равным числу N. После этого входные импульсы с выхода ключа 3 начнут через схему И 23 поступать на вход счетчика 14. Йчетчик 14, схемы И 12, схема ИЛИ 18 и одновибратор 16 представляют сот бой управляемый делитель частоты, который управляется выходами депшф ратора 11. Набор коэффициентов деления управляемого делителя определяет ся по обобщенной характеристике нелинейности пьезокварцевых термопреобразователей, построенной в виде зависимости числа, соответствующего температуре, от числа зафиксированного в Счетчике 7,, без учета попра. вок, которые должен вырабатьшать управляемый делитель (т.е. в виде кривой ошибок от нелинейности). При зтом учитывается, что N и N подбираются для каждого термопреобразователя индивидуально в зависимости от нулевой (номинальной) частоты и средней крутизны термопреобразователя между тачками калибровки. Когда число в счетчике 14 станет равньм числу, при котором иа выходе выбранной деши4 атором t схемы И 12 появятся 1, включится одновибратор 16 и ехему ИЛИ 18 установит счетчик 14 в О, если при этом на выходе схемы ИЛИ 15 О, через схемы 17, 20 и 24 добавит 1 в счетчи 7результата. Если же на выходе схе мы ИЛИ 15 присутствует 1, этр означает, что к соде:ряашому счетчик нужно не прибавлять а вычитать 8этом случае импульс с выхода одно вибратора 16 через схему И-НЕ 19 устанавливает триггер 21 в О и на вход счетчика 7 результатане прохо дит. Следующий импульс ёввкодаКлю ча 3 не проходит на вход счетчика 7 задним фронтом этого же импульса триггер 2 устанавливается в 1, разрешав тем самым прохождение следующих счетных импульсов с выхода ключа 3 через схему И 24 на вход счетчика 7 результата. Число Nj задает время счета из условия, чтобы разность показаний термометра при из fepeнии температур в двух точках температурного диапазона соответствовала разности температур в этих двух точках. Число задает значение температуры в оДной из точек диапазона. 38 Число N выбирается за пределами температурного диапазона (например 180°С). Когда в счетчике результата окажется число N, происходит коррекция результата измерения. Это число постоянно для всех термопреобразователей и несколько «Ь-п1 «х з больше самого большого всех NT, которые могут понадобиться для данного семейства термопреобразователей, но в то же время меньще ,, которое окажется в счетчике результата при измерении минимальной температуры Ni,N Np,. Поскольку N постоянно, а после измерения в счетчике результата окажется число, которое зависит от температуры и не зайисит от нулевой частоты термопреобразователя и средней крутизны его термочастотных характеристик, так как эта зависимость устранена соответствующим выбором для i-rp - ермопреобразорателя чисел N.H Nj5, то число импульсов, поступившее на счетчик с выхода ключа 3 за время от момента появления в счетчике числа N и до счетного интервала, тоже зависит только от температуры и не зависит от нулевой частоты термопреобразователя и средней крутизны его термочастотной характеристики. . Таким образом,, к моменту окончания счетного интервала, т. е. в момент переполнения делителя 5, в счетчике 7 устанавливается результат. измерения, который, во-первых, не зависит от разброса характеристик термопреобразователя, так как этот разброс устранен соответствующим выбором числа N, предустановки счетчика 7 и числа Ngj- выбора ;времени измерения в зависимости от средней крутизны термочастотной характеристики 1то термопреобразователя, и, во-вторых, линейно связан с измеряемой температурой, так как погрешность от нелинейности устраняется в процессе счета путем добавления в счетчик импульсов от управляемого делителя частоты или запрета добавления в счетчик импульсов сигналами этого делителя по заранее :установленному закону. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет по новому организовать обработку сигнала с

9 1158873

тврмопреобраэователя и исключить трудоемкий процесс определения и ввода индивидуальных термочастотных характеристик термопреобразователя, что упрощает его эксплуатацию и позволяет производить калибровку с

меньшими аппаратурными и трудовыми затратами. Кроме того, предлагаемый термометр дешевле, так как содержит меньшее количество корпусов микросхем при одной и той же точности измерения.

Г

11

uz.Z,