Цифровой термометр Советский патент 1986 года по МПК G01K7/32 

плптудный детектор 14, фиксатор 15 уровня, блок 16 управления, регистраторы 17 и 18, схему 20 срав1 спп51 и опорный генератор 23. Введение повьга элементов н образование иовык связей между элементам устройства

1

Изобретение относится к темпера- турньы измерениям, а цифро- 13ЫМ термометрам с тсрмочувствитель- кварцевьм пьезорезолатором в.. качестве тЬрмопреобразователя.

Целью изобретения является упро- щен1.е процесса эксплуатадяп термометра путем обеспечения замен.ы термопреобразователя без дополнительгюй настройки термометра.

Па фи1 . .1 приведена блок-схема предлагаемого термометра; на фиг. 2 - схема блока управления; на фиг. 3 - времепиые диаграммы, поясияюа ле работу термометра; на фиг, 4 - блок-сх ма формирователя.

Цифрово термо.метр содержит чувствительный квардевьп резонатор 1, включенн ш в частотно-задающ ю цепь генератора 2, модулятор 3, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 4, счетчик 5, дополнительный генератор б, линию 7 связи, одновиб- ратор 8, триггер 9, формирователь Ю ключ 11, счетчик 12 результата, ин- дпкаторньп регистр 13. аг.ништудный детектор 14, фиксатор 15 уровня,блок 16 уцравлешп, два регистра 17 и 18, при этом часть выходов регистра 18 подключена к информационпьи входам предварительной установки счетчшса 12, а остальные выходы регист ра 18 подклрочеш. к входам схемы 19 сравнения, счетчик 20 нзмерктельно1 о интервала, выход 21 старшех о разряда которого соединен с одним из входов Tpiirrepa 9, а вход 22 1.1одкл оче1 к выходу опорного генератора 23.

Блок 16 управления содержит ключ 24, управляющий вход которого соединен с входом 25 блока управления, триггер 26, нуль-орган 27, источник 28 тока, первый конденсатор 29, диод 30, второй конденсатор 31, резис

1 1озис).1яет обеспечить термо- прообразоиателя без дополни Гельной ( термог етра. Приведена схема и дано описание работы блока 16 управления и формирователя 1-0,1 з.н. ф-лы, ) ил,.

2

тор 32, управляемьй генератор 33 им- ггулъсов, счетч1;к 34, дна двухвходо- вь .х элемелта И 35 п 36. г.пюговходо- вып элемент II 37, инвертор 38,второй триггер 39, фазочувствительнЕлй детектор 40 с низкочастотным филь тром, при этом выходе элементов И 33 и 36 соединенгл соответственно с вторыг-i II первым выходами блока управления.

Формирователь 10 (фпг. 4) содер- хагг первый (нкформадио1П1ый) вход 41, последовательно соединетгые усилитель 42, огра1;ичптель 43, смеситель 44, фильтр 45, усилитель 46 и ограничитель 47, выход которого подключен к В входу первого триггера 48, второй триггер 49 и схему Н 50, входы 1;:оторой соедипешл соответственно с прямы - и и шерснь -1 вь ходами первого 1 второго триггера, а выход г одклю- чен к выходу 51 формирователя 52, тактирующий вход которого (52) сое- г;ипе с С-входамп триггеров п пто- уьы входом смесителя 44.

Цифровой термометр работает сле- дуюсхим образ ом.

г енератора 2 с частотой

,Q 25

5

0

Ч f. ± s-э

(О

1 де J:. - частота х енератора при тe пepaтype © 0°С , S - характеристики п реобразован 1я квардево- го резо атора; В - температура резонатора;

через модулятор 3 посту лег вход лкпии 7 связи; В модуляторе 3 происходит амплитудная модуляция этого сигнала Ю сигналам ПЗУ, адреса которого непрерывно переключаются счет- чико 5, получаюццгг- l пyльcы от ратора 6, В ПЗУ 4 заппсан л в виде кода -П1СЛО предустановки счетчгпса 12 и длительность счетного интервала.

соответствующая крутизне характеристики резонатора I, в виде чясла5по- даваемого на вторые входы 19 сравнения. Числа из ПЗУ в последовательном коде в огибающей амплитудно-ма- дулированного сигнала ноступают по линии связи на вход формирователя 10

Огибающая амплитудно-модулирован- ного сигнала сравнительно низкочастотная .выделяется амплитудньм детекто- ром 14. Так как огибающая представляет собой последовательный двоичный код, то на выходе фиксатора 15 уровня, который фиксирует меньшее из напряжений на уровне примерно ноль- вольт появляется последовательный код, логический ноль которого примерно равен нулевому напряжену1ю.Этот последовательньпТ: код вводится в регистр 17 сдвига по сигналам Сдвиг от блока 16 управле Н1я. Затем по сиг палу Перенос код регистра 17 переносится в регистр 18, откуда он постпает на счетчик 12 и схему 19 сравнения. I

Тем временем высокочастотньй сигнал, поступающий на вход формирователя 10, усиливается усилителем 42 и ограничивается по уровню ограничителем 43 (фиг. 4),чтобы избавиться от влияния амнлитудной модуляции и с помощью смесителя 44 преобразуется в низкочастотньй сигнал. Па второй вход смесителя 44 постунает сигнал опорного генератора 21. Пизкочастот- ный сигнал тактируется импульсами тактирующей схемы, такясе входящей в состав формирователя 10. Тактиру- ющая схема содержит триггеры 48 и 49 и схему И 50. Сигнал с выхода смесителя 44 нроходит через фильтр 45 нижних частот, где подавляются высокочастотные составляющие сигнала, усиливается усилителем 46 и ограничивается ограничителем 47.За- тем низкочастотный сигнал в виде прямоугольных импульсов поступает па D-вход триггера 48. Ближайший после поступления первого импульса па D-вход триггера 48 импульс опор- пого генератора 23 через тактирующий вход формирователя установит триггер 48 в 1, а следующий импульс опорного генератора установит в 1 триггер 49. При появлении на выходе ограничителя О триггеры 48 и 49 наоборот, поочередно устанавливаются в О.

5

s 0 5

0

При поочередной установке триггеров 48 и 49 в 1 на входе схемы И 50 одновременно на время, равное периоду сигнала опорного генератора 21; появляются единицы, что вызывает появление импульса на выходе формирователя 10, синхронизированного сигналами опорного генератора 23.

При переполнении счетчика 20, на которьй непрерьшно поступают импульсы опорного генератора, триггер 9 устанавливается в единицу и включает ключ 11. На счетчик 12 начинают поступать импульсы с выхода формирователя. 10. Когда число в счетчике 20 станет равным части числа,передаваемого из ПЗУ 4, импульс схемы 19 сравнения установит триггер 9 в нулевое состояние и ключ 11 разомкнется. При этом запускается одновибратор 8 и переносит передним фронтом своего импульса результат измерения, образованный в счетчике 12 в индикаторный регистр 13. Импульсом этого одновиб- ратора счетчик 12 устанавливаетс-я в другую часть числа принимаемого в регистре 18 и поступающего с выхода модулятора.

Результат измерения, таким образом, зависит от чисел, передаваемых по линии связи из ПЗУ 4.

Число, образованное в счетчике 12 результата

-- V -S c+ - 3-Tc No,

где NO - число, поступившее в счетчик

12 из регистра 18; TC - длительность измерительного

интервала.

Если обеспечить выполнение равенства

J,

. (3)

(4)

где i - цепа деления младшего раз- :ряда термометра,а знак минус (-) NP необходимо вводить в обратном коде, то NP 6/Д0.

Таким образом, для обеспечения инвариантности результата измерения температуры от разброса параметров термопреобразователя, необходимо и достаточно заранее знать эти параметры.

Дгш обеспечения заданного з}1ачения Т с число N-fT передаваемое из „ПЗУ 4 и иоступаюп1,ее па вторые входы схемы 19 сравнения, должно быть связагю с параметрами термопреобразонателя следующим соот ношением:

S- йй

()

Блок 16 управления работает следу 1сшу-1м образом.

Структура кодовой посылки, поступающий из ПЗУ 4, представлена на 4-И1Ч 3, Информация передается а гюс- лодопательном Koji.e, Кодовая посьшка расположена между стартопым и стопо- . (СТР,. п СТП) п пyльcaм л, )аеь-и.-гми пулевым уровнем. Между стопо иы:- I следуюп им CTapTonLLi j импульсами )ас11оложена ггауза,, представляющая coDoii единичную д;п1 1ну10 посыаку.Длительность пауз1;Г болыпс длп.те.чыюсти uocidHiai.

)ся информация имеете со CTc jp ro- пым 1 стопоным п нi:yльcaми записана 13 ПЗУ ), Г еиератор 6 и счетчик 5 не- ирерыв.чо онрашпвают ПЗУ с проязво.чь HOII скоростью, зависящей от ге;;ера- гора 6j которая молсет изменяться г, некоторых предел 1Х. После модуляции, передачи по линии связи п демодуля- 1ЦП1 кодовая поступает на иход бло1са 16 yiipai3Jieinb4 и лопа/лае па. упра.уляю1ций вход ключа 24. Пря иоступлент г/лево1 о сгп нала ключ открывается, при поступленгп- едппич- пего сиг нала - закрывается. Огкры- тьй KJH04 в 1зывает быстрьи разряд конденсатора 29, при закрытом ключе конденсатор заряжается током источ- П1жа 28 Тока. Одновре1 енпо с зарядом конденсатора 29 происходит заряд конденсатора 31 током источника 28 через диод 30. Напряжение, до которого заряжается конденсатор 31 в установившемся резютме несколько меньше максимального 1гапряж€ .ния,до которого заряжается конденсатор 29, 5ла1 одаря паденнго иапрял:ения на дп-- оде 30.

Максимальное время закрытого ключа 23 соотиетствует времени паузы мел л.у иосьшкамИл поэтому в конце как дой паузы конденсатор 29 заряжается до максимальной величины иапрях:ен.ия и 1ФИ атом напряясеппа на нем стапо- вптс.п больше, чем па копде саторе

ji, как длительноетт, заряда во время i ,.ционной посылк1(,,г аже если та пссьитка состоит из од, едипиц,i-tenbiiie ;,пггельностр1 заряда во врег--;я паузы.

Трш гер 26 переключается orpniia-- тел.ьны:- фронтом входного им:1ульса псстуле-юни-го па егт; С-вход, Старто-- i bii t пмг.ульс, поступаюгдмй паузы, устапалзливает триггер 26 , как напря/кепие на конденсатор)е 29 в, : 1 о срег- я больше, чем на ко:;- ,iV3Hca rope 31 п iia выходе } уль-оргаиа имеос;:: единичны сигнал, Стонсвыг импульсе, или .iioCvui }-:улевал н; форма- ,оии..л 1 ос1ллка ycTanfiBjufnaeT триггер 2G , гак как при это;- нап :я;кение на ,сисаторс: 29 tseiii.iiie. чем г;а конденсаторе обраао :. тсаж- дыГ; стартовый импульс устапавл1-шает триггер 26 в Г , а во время гереда- чи }:нформац и или cTcnojJb:;.; импульсом

5

0

0

5

,к, лая ус т гпоБка триггера 2i : jj Г :( :ерекл10чает риггер 39, и1 ;чючегп1ь:й по c к;тIK; y входу. Паиряпеиие па выходе триг ге.ра 29 имеет-фop ; з меалдра. Т акую же 1 меет 1 апрял:сн1;с ira гьгко; 1,е старшего разряда счс/гчпка З . Гс::;ератор 33 импульсов,, уп1.:, вл;1ег-;11 й палряжепием, счетчпк 3-, фаяочувстви- ГБЛЬ Ь Й детект1)р ч О систе- г ой фазовой aBTOHO/u-Tpoi jKn частоты, 1:ото хЫ1 воздеГютвует на в;;сд генератора 33, таким обр аз (31-;, тю раз- . ность ija3 сигналов па входах детек- ч О пра стическп равна пулк,

Kcэ{lJф лy aн r перес юта счетчика pabsif числу та;(тои (и1.;пул1;Сов гене- Т Д г ора Ь) , ссдер;ка ихся в но- (Пйпке, куда входят стартовый п сто- попзгй nisiny jj.bcb, пнфо мацпонная часть п пауза. Число в счетчике 34, n;in котором БК1; очается элемент И 37 ргтвному номеру такта, пр:ч котором поступает с гоиовая посьшка

Во время срабатывания элемента П 37, :;гмпульс г спйратора 33 поступает па -rropoii выход блока управления через элемег.т 35, В оста, врв- « импульсы 1 еператора 33 через зле- MfiiiT И 36 поступают на nefJBbui выход блока управпония, так как на второй его .. ХОД поступает едп П-пгг,ый сигна.т с вьтко;;,; пп ерт-ора 38. кроме; тех ю- мсптсу, ког.да ззкл-очается э.че -шлгг И 37. ( lacTb входов этого элемента м..дкл:счеп1/ к nx u/:iM счетчика через

20

инверторы, которые обеспечивают сра батьшапие этого элемента на такте поступления стоповой посьшки, иа схеме эти элементы не показан - от- дельпо, они входят в состав элемента И 37, а их число и выходы счетчика 3 |, к которым они подключены, зависит от числа в счетчике 34, при котором должен сработать элемент И 37)„

Напряжение на выходе генератора

33 имеет форму меандра, добавление единицы в с гетчик 34 пропзводится задним фронтом положительного импульса, а перенос информации в регистр 18 и сдвиг информации в регистре 17 осуществляется положительным перепадом. Благодаря этому сдвиг инфop a- ции производится в середине информа- ционнох о такта, а перенос - в середине поступления стоповой иосьшки.

Описанны принцип передачи информации о параметрах кварцевого резонатора позволяет не связывать работу термометра с процессором нередачи информации, так как после иервого же цикла тюредачи информация в регистре 18 не меняется и термометр использует ее в любые моменты времени но мере надобности.

При практической реализации термометра резонатор 1, генератор 2, модулятор 3, ПЗУ 4, счетчик 5 и генератор 6 могут быть выполнены в виде отдельного блока, как показано

па фиг. I, подключаемого к остальным элемептам термометра с помощью J;инии 7 связи и заменяемого на новый блок при смене термопреобразователя.

Однако возможна такая конструкция 40 термометра, при которой замена тер- монреобразователя будет сопровождаться только сменой ПЗУ 4,

22

25

30

«Форму л

изобретения

1. Цифровой термометр, содерл ацц й в качестве термоиреобразователя тер- мочувствительнЕ 1й кварцевый резонатор включенный в частотно-задающую цепь генератора, счетчик результата,вход которого через к.чюч подключен к выходу формирователя, а выходы соединены с 1И1формационными входами индикаторного регистра, опорный генератор, выход которого соединен с тактирующим входом формирователя и входом счетчика измерительног о интервала, выходы которого подключены

0

0

10

15

к nepBfiiM входам схемы сравнения,триггер, входы которого соответственно соединены с выходом схеьпз сравнения и Быходо старшего разряда счетчика измерительного интервала, а выход подключен к управляющему входу ключа и входу одновибратора, выход которого соединен с управляющим входами счетчика результата и индикаторного регистра, о т л и ч а ю - 1д и и с я тем, что, с целью упрощения процесса Э1ссплуатации термометра путем обеспечения замены тер- монреобразователя без дополнительной настрО пси термометра, в него введены at- илитудный детектор,фиксатор уровня, блок .управленпя, два регистра, дополнительный генератор, модулятор, постоя И ое запоминающее устройство и счетчик, вход которого соединен с вькодом дополнительного генератора, а выход подключен к адресным входам постоянного запоминающего устройства, выход которого соединен с первьм входом модулятора,второй вход которого соедпнен с выходом генератора, а выход подключен к входам фор)ирователя п амплитудного детектора, выход которого через фиксатор уровня подключен к информационному входу первого регистра и входу блока управления, первьпЧ и второй выходы которого соответственно подключены к входу Сдвиг первого регистра 2 и входу Перенос второго регистра, информационные входы которого соединены с выходами первого регистра, первая группа выходов, подключена к информацион1шм входам предварительной установки счетчика результата, а вторая группа выходов соединена с -вторыми входами схемы сравнения.

5

0

2. Термометр по п. I, отличаю 1Д и и с я тем, что блок управления содержит ключ, два конденсатора, резистор,диод, исто.чник тока,два триг гера, управляемый генератор импульс ов,фазочувствительный детектор счетчик, инвертор, многовходовый элемент И, два двухвкодовых элемен- та И и нуль-орган, нервый вход которого соединен с анодом диода п через параллельно включенные источник тока, ключ и первьп-i конденсатор подключен к земляной шине блока управ- лепия, соединенной через параллельно включенные второй конденсатор и резистор с катодом диода и вторым

912ч450810

входом.нуль органа,выход которого равлясмого генератора нмггульсоп, со- подклгачен к В-входу первого триггера, единенного с первьми входами первого тактируюпщй вход которого соединен я: второго двухвходовых элементов И,

с управляющим входом ключа, соединен- ным с входом блока управления, а выход через второй триггер подключен к первому входу фазочувствительпого детектора, выход которого соединен с управляющим входом управляемог о генератора имиульсоЕ, а второй вход- с выходом старшего разряда счетчггка, вход которого подключен к выходу упа вг, подключены к входам м-мого- входового элемента Н, вьссод которого соединен с вторьп 1 входом пер вого элемента П и через инвертор подключен к второму входу второго элемента И, при этом первьп и второй выхо- ды блот:а уггравления соотлет ственно соединены с выходами второго и первого элемегггов И,

Изобретение относится к области температурных измерений, к цифро- вым термометрам с термочувствительным кварцевым пьезорезонатором в качестве термопреобразователя. Цель изобретения - упрощение процесса эксплуатации термометра. Устройство содержит в качестве термопрёобразо- вателя кварцевый резонатор 1, вклю- ченный в частотнозадающую цепь генератора 2, модулятор 3, постоянное запоминающее устройство 4, счетчик 5. генератор 6, линию 7 связи, одно- вибратор 8, триггер 9, формирователь 10, ключ 11, счетчик 12 резуль- :тата, индикаторный регистр 13, амс ю (Л Trrrrr: ilJ - I .- i

.а

Входе) 2.

J/.

77777

4f

29

I г т т т г т т т Mill

9

р -.-..™™™..„„.„™™.

1 j

- у:: :: ::::: -i-| j

-. ь-а.-,х. / w-«i. -4Ci/ / C S «n .rj,. . 9

р -.-..™™™..„„.„™™. .J.

1 j I

- у:: :: ::::: -i-|- -

j

Зй

щ

Щ

.

26

Вш, Ж

$3

8i}ix. I

С Г т Т Г т т 1 LL-...J

.Vnar- i

RUTTKTm-.rn 1 liEgrjvTjpa;

П -j ,

-... :,«.W

1Ж11 Ш1110 П nil ГИ П П П П Ц П11П ГШ П П П П

ijAjLJLiJ,Ja.iJt:2J «jAJL LXLJ.J;3

ЛМ

ш

Г

-L iflii itt i

фие.Ъ

,«,™A«c

RUTTKTm-.rn 1 liEgrjvTjpa;

-j ,

-... :,«.W™ -r53i 2.

П П П

-L iflii itt i ii-fc;:; -

фие.Ъ

А

52

фиеЛ