Система измерения температуры Советский патент 1986 года по МПК G05B11/16 

«1247835

Изобретение относится к измерительвхте

ной технике и может быть использовано в качестве цифрового измерителя температуры в комплексах регулирования температуры тепличных хозяйства жилых и про№.1галенных зданий и т.д.

Цель изобретения повьтенне .т- родействия системы измерения температуры ,

На чертеже изображена нринципиаль нал электрическая схема предлагаемой системы.

Система измерения температуры: со- flepxo-iT первый фотодатчик I .. текуп1его значения уровня, столба жидкости палочного термометра, фотодиоды 2 и 3, осветитель 4j, столб жидкости 5 палочно го термометра б, каретку 7, гайку 8, ходовой винт 9, механический преобразователь 10, исполнительный механизм .11, первый логический блок 12, источник 13.постоянного напряжения с пер- :вым 14, вторым 15 и третьим 16 выходами, элементы И 17 и 18, генератор 19 импульсов, четвертый логический блок 20, регулирующий блок 21, блок 22 делителей напряжения, резисторы . 23-28, реверсивный счетчик 29, элемент H HE 30j третий логический блок 31, блок 32 Пуск, второй ин- вертор 33, вторую.ЕС-цепь 34, поле вой транзистор 35, резистор 36, фотодиод 37, минимального значения уровня .столба жидкости палочного термометра, второй фотодатчик 38, резистор 39, осветитель 40,, шторку 41, кулевого значения уровня столба жид- кости палочного термометра, третий фотодатчик 42, первую НС-цепь 43 первый инвертор 44, фотодиоды 45 и 46, осветитель .475 полевые транзисторы 48 и 49, резисторы 50 и 51, элемент И-НЕ 52, резисторы 53 и 545 элементы И 55 и 56, элементы 57 и 58 знаковой индикации, элементы И 59- 62, элементы ИЛИ 63 и 645 инверторы 65 и 66, элемент 67 цифровой индикации, второй логический блок ь8,, резистор 69, задатчик-70 кодаа блок 71 О17редедения знака, полевой транзистор 72, резисторы 73 и 74, элемент 75, общую шину 76, злементы И--НЕ 77 и 78, полевой транзистор 79, резисторы,80 и SI, элементы И-НЕ 82- 86, конденсатор-87, резистор 88, ре- зисторы 89 и 90., конденсатор 91 и резистор 92,

2

0

5

0.

5

O

В состав первого фотодатчика I входят фотод иоды 2 и 3 и осветитель 4,

Механический преобразователь 10 состоит из каретки 7, гайки 8 и ходового винта 9.

Первый логический блок 12 содержит полевой транзистор 72,, резисторы 73 и 74, элемент И-НЕ.75, общую шину 76 и элементы 77 и 78,

Четвертый логический блок 20 содержит элементы И элементы ИЛИ 63 и 6.4 и инверторы 65 и 66.

Третий фотодатчик 42 содержит фотодиоды 45 и 46, ос1зетитель 47, полевые транзисторы 48 и 49, резисторы 50 и 51,, элемент 52 резисторы 53 и 54, элементы И 55 и 56, злементы 57 и 58 знаковой индикации, резистор 69 и общую шину 76.

Первая ЕС-цепь 43 состоит из кон- .DjeiicaTopa 87, резистора 88 и общей шины 76,Второй фотодатчик 38 содержит фотодиод 37 и осветитель 40.

Третий логич.еский блок 31 содержит элемент И-НЕ 39, полевой транзистор 35., резисторы 36 и 39 общую шину 76, к элемент И-НЕ 86,

Блок 22 делителей напряжения содержит резисторы 23-28„

Вторая йС-цёпь 34 содержит общую шину 76, резисторы 89 и 90 и конденсатор 91 ..

Второй логический блок 68 содер- жкт общую шину 76, полевой транзистор 79, резисторы 80 и 8 и эЛемен- ты И-НЕ 82-84.

Блок 71 определения знака содер- лшт эле менты И 17 и 18.

Задатчик 70 кода содержит общую пину 76 и резистор 92,.

Объектом слелсения в системе является уровень столба жидкости 5 па- лочкот о термометра 6.

Соединения элементов И-НЕ 77 и 78, элементов И-НЕ 83 и 84, и-НЕ 52 .и 85 и элементов И-НЕ 30 и 86 выполняют ФУНК.ЦИИ ВЗ триггеров, причем первый вход первого элемента указанных соед.инений является S-входсм КЗ-триггера, а второй .вход второго элемента указанных соединений является Н-входом НЗ-триггера.

Система измерения температуры работает следующим образом.

Логические блоки 12 и 68 идентич- ны и каждый КЗ себя представляет по-

роговый орган на элементах с большим входным сопротивлением, обладающий хорошей релейной характеристикой с малым гистерезисом и логическим выходом. Они имеют по два входа, один из которых подключен к фотодиоду 2 или 3 первого фотодатчика 1, а другой - к соответствующему выходу блока 22 делителей напряжения, с которого может поступать, согласно ло- гике работы системы, положительный или отрицательный потенциал. Этим достигается блокировка указанного логического блока 12 (или 68), когда состояние фотодиода 2 (.или 3) первого фртодатчика 1 не влияет на работу логического блока 12 (или 68), и де- блокировка, когда состояние логического блока 12 (или 68) зависит только от состояния фотодиода 2 (или 3). Так как фотодиоды 2 и 3 первого фотодатчика 1 подключены к входам лЬгическт-ix блоков 12 и 68 по разньм направлениям деблокировка логического блока 68 блоком 22 делителей напряжения происходит отрицательным потенциалом, при ; .котором на выходе логического блока 68 формируется логический О. Деблокировка логического блока 12 блоком 22 делителей напряжения происходит положительным потенциалом, при котором на.выходе логического блока 12 формируется логический О. Указанные состояния логических блоков Г2 и 68 соответствуют такому статистическому состоянию системы, когда каретка 7 установлена в положении,, показанном на чертеже.

При включении источника 13 постоянного напряжения через вторую RC- цепь 34 на вход второго инвертора 33

проходит положительньй импульс на, которая

пряжения - логическая 1

через второй инвертор 33 переводит RS-триггер, состоящий из элементов И-НЕ 30 и 86, третьего логического блока 31 в нулевое состояние. При этом с первого вьпсода блока 22 делителей напряжения на второй вход первого логического блока 12 подается отрицательньй потенциал, являющийся блокирующим для логического блока 12, на выходе которого при любом состоя- .нии фотодиода 2 формируется логический О. С второго выхода блока 22 делителей напряжения на второй вход второго логического блока 68 подает- ся положительньй потенциал, являющийся блокирующим для логического блока 68. В этом случае состояние фотодиод 3 не влияет на работу логического блока 68 и на его выходе формируется логическая 1. Следовательно, независимо от состояния фотодиодов 2 и 3, т.е. независимо от положения кареки 7 по отношению к столбу жидкости 5 (объекту слежения), на выходе логического блока 12 формируется сигнал О, а на выходе логического блока 68 - 1. Этот сигнал с выхода логического блока 68 поступает на один из входов элемента И 18 блока 7I определения знака, на второй вход которого поступают импульсы с выхода генератора 19 импульсов..Выходной сигнал элемента И 18 включают в регулирующем блоке 21 соответствующие цепи управления движением каретки 7 вниз и последняя начинает опускаться. Одновременно формируемый на прямом выходе RS-триггера, состоящего из элементов И-НЕ 30 и 86, низкий уровень О создает несовпадение на элементах И 55 и 56, выходы которых связаны с входами четвертого логического блока 20, и запрещает в нем прохождение импульсов к реверсивному счетчику 29 При движении каретки 7 вниз, когда шторка 41 пробегает местонахождение фотодиода 45, открывается полевой транзистор 48 и RS-триггер фотодатчика 42, состоящий из элементов И-НЕ 52 и 85, переводится в единичное состояние, если он находился в нулевом со- стоянии. Если же он находился в единичном состоянии, то происходит подтверждение его состояния. Изменение состояния этого триггера не отражается на работе системы и элементы 57 и 58 знаковой индикации выключены. При пробегании шторкой 41 места нахождения фотодиода 46 указанный триггер возвращается в первоначальное состояние.

При достижении каретки 7 крайнего нижнего положения, когда шторка 41 установится напротив-фотодиода 37, полевой транзистор 35 открьшается и RS-триггер второго фотодатчика 38, состояшрй из элементов И-НЕ 30 и 86, установится в единичное состояние. С прямого выхода RS-триггера фотодатчи- ка 38 через первую НС-цепь 43 на вЬсод первого инвертора 44 импульсно поступит положительное напряжение - 1, которое через первый инвертор 44 и

задатчик 70 кода даст разрешение на запись в последнем реверсивном счетчике кода, пропорционального величине минимального значения температуры ниже нуля.

Одновременно со второго выхода блока 22 делителей напряжения на вход логического блока 68 подается отрицательный потенциал, которьй детановку каретки 7, Одновременно указанный сигнал запрещает прохождение импульсов через элемент И 17 с выхода генератора 19 импульсов к вычитающе- 5 ну входу реверсивного счетчика 29, который прекращает операцию обратного счета. С выхода последнего на элементе 67-цифровой индикации запишется число, равное температуре, т.е. велиблокирует логический блок 68 Так как Ю чине расстояния уровня столба жидко- фотодиод 3 затемнен, то на его выходе сти 5 ниже , Это число подтвержда- формируется О. Элемент И 18 запрещает прохождение импульсов с выхода генератора 19 импульсов на входы ре- гулирзгющего блока 21 . Исполнительньш механизм 11 выключается. Каретка 7 мгновенно останавливается, Одновре- . менно с первого выхода блока 22 делителей напряжения подается положительный потенциал на вход логического блока 12, который деблокируется Так как фотодиод 2 затемнен, то на выходе логического блока 2 формируется , которая поступает на вход эле-

20

1

ется элементом 58 знаковой индикации (-С),

Допустим, температура понизилась

IS на некоторую величину, т.е. уровень столба жидкости 5 палочного термометра 6 перемест.ш1ся ниже При. этом фотодиод 3 засветился. На выходе логического блока 68 появится сигнал 1. Этот сигнал откроет элемент И 18 для прохождения импульсов с выхода генератора 19 импульсов на соответствующие цепи регулирз тощего блока 21 , под действием которого каретка 7 начинает опускаться вниз. Одновременно импульсы генератора J 9 в четвертом логическом блоке 20 через элемент И 60, элемент ИЛИ 63 и инвертор 65 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме прямого счета Реверсивный счетчик 29 будет продолжать считать и каретка 7 будет продолжать опускаться до тех пор,

мента И 17, Р1мпульсы с выхода генератора 19 через элемент И 7 поступают на вход регулирующего блока 21 и включают в нем соответствующие цепи управления, обеспечивающие движение вверх каретки 7 и оиа- начинает двигаться.

Одновременно после перевода RS- триггера третьего фЬтодатчика 42 j состоящего из элементов И-НЕ 52 и 85, в нулевое состояние, он через элемент И 56 включает элемент 58 знаковой индикации (-С), Выкодной сигнал элемента И 56 открьюает элемент И 59 в логическом блоке 20 и через его элемент ИГШ 64 и инвертор 66 импульсы с выхода блока определения знака поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме обратного счета,Допустим, уровень столба жидкости 5 палочного термометра 6 находится шше 0°С. Каретка-7 начинает подниматься до тех пор, пока фотодиод 2 не становится выше уровня столба ЖИДКОСТИ-5, При этом фотодиод 2 за-- сзетится, на выходе логического бло ка 12 установится , Этот сигнал запрещает прохождение импульсов че- реэ элемент И 17 с выхода генератора 19 импульсов к входу регулирующего блока 21, Это вызывает выключение исполнительно механизма 11 и ос

тановку каретки 7, Одновременно указанный сигнал запрещает прохождение импульсов через элемент И 17 с выхода генератора 19 импульсов к вычитающе- ну входу реверсивного счетчика 29, который прекращает операцию обратного счета. С выхода последнего на элементе 67-цифровой индикации запишется число, равное температуре, т.е. величине расстояния уровня столба жидко- сти 5 ниже , Это число подтвержда-

0

0

ется элементом 58 знаковой индикации (-С),

Допустим, температура понизилась

S на некоторую величину, т.е. уровень столба жидкости 5 палочного термометра 6 перемест.ш1ся ниже При. этом фотодиод 3 засветился. На выходе логического блока 68 появится сигнал 1. Этот сигнал откроет элемент И 18 для прохождения импульсов с выхода генератора 19 импульсов на соответст- вующие цепи регулирз тощего блока 21 , под действием которого каретка 7 начинает опускаться вниз. Одновременно импульсы генератора J 9 в четвертом логическом блоке 20 через элемент И 60, элемент ИЛИ 63 и инвертор 65 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме прямого счета Реверсивный счетчик 29 будет продолжать считать и каретка 7 будет продолжать опускаться до тех пор,

пока фотодиод 3 не установится ниже уровня столба жидкости 5, которьш перекроет световой лоток от осветителя 4 к фотодиоду 3, При этом на выходе логического блока 68 установится О. Элемент И. 18 закроется выходным . сигналом логического блока 68. Каретка 7 остановится, реверсивный счетчик 29 прекратит работу, причем записанное в нем число будет пропорционально новому значению температуры ниже нуля.

Допустим, температура поднимается и достигает некоторой величины вьше нуля. Как указьгоалось выше, при перекрытии столбом жидкости светового потока на оптическом входе фотодиода 2 на выходе логического блока 12 формируется сигнал , который от- К1эьюает элемент И 17. Последний про- п /скает импульсы с выхода генератора 19 на соответствующие цепи регулирующего блока 21. Каретка 7 поднимается наверх. Одновременно открьюает-

Q

5

0

5

ся элемент И 59 в четвертом логическом блока 20. Р мпульсы с выхода, генератора 19 через элемент ИЛИ 64 и инвертор 66 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме обратного счета. Он продолжает работать и каретка 7 продолжает подниматься вверх. Далее (по мере поднимания уровня столба жидкости 5 палочного термометра 6) система работает аналогичным образом Каретка 7 продолжает слежение за уровнем столба жидкости 5 и, следовательно, реверсивный счетчик 29 продолжает работать в режиме обратного счета. При достижении уровня столба жидкости 5 палочного термометра 6 и, следовательно, кареткой 7 0°С выходной сигнал реверсивного счетчика 29 будет равен нулю Одновременно шторка 41 перекроет световой поток на оптическом входе фотодиода 46, фотодатчик 42 произведет подтверждение своих выходных сигналов и изменений в системе не про- изойдет. При незначительном перемещении уровня столба жидкости 5 и, следовательно, каретки 7 за ним, выше 0°С, шторка

, следящей 41 перекроет световой поток уже на оптическом входе фотодиода 45. При этом откроется полевой транзистор 48. КЗ-триггер третьего фотодатчика 42, состоящий из элементов И-НЕ 52 и 85, переводится в единичное состояние, от- крывает элемент И 55 и включает элемент 57 знаковой индикации (+С°). В логическом блоке 20 откроется элемент И 61 и разрешит прохождение импульсов через элемент ИЛИ 63 и ин- вертор 65 с выхода генератора 19 импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме прямого счета. Так будет продолжаться до тех пор, пока каретка 7 не установится в такое по ложение, когда на оптический вход светодиода 2 станет попадать светово поток.

При этом на выходе логического блока 12 сформируется сигнал О. Элемент И 17 закроется. И как указывалось,вьше, каретка 7 остановится, а реверсивньш счетчик 29 прекратит счет. Следовательно, в реверсивном счетчике 29 будет записано число (которое визуально будет отображено на элементе 67 цифровой индикации ),

.

пропорциональное температуре выйе нуля, т.е. перемещению объекта слежения - уровню столба жидкости 5 . палочного термометра 6 выше нуля, Далее(по мере увеличения или уменьшения температуры) система будет производить непрерьшное слежение с непрерьгоной вьщачей также значений температуры в цифровой форме с учетом знака вьше или ниже нуля.

Таким образом, с помощью предлагаемой системы производится непрерывное слежение и преобразование перемещения объекта слежения вьше или ниже физического или условного нуля в цифровой код. Одновременно по команде производится дистанционная вьщача информации в случае прерьшис- той работы в режиме.

Формула изобретения

.

1. Система измерения температуры, содержащая реверсивный счетчик с циф .ровым индикатором, первьш фотодатчик текущего значения уровня столба жидкости палочного термометра, соединенный первым и вторым выходами через соответственно первый и второй логические блоки с первым и вторым входами блока определения знака, подключенного третьим входом к выходу генератора импульсов, а выходами - к соответствующим входам регулирующего блока, соединенного выходом через исполнительный механизм с ходовым винтом механического преобразователя, каретка которого механически связана с первым фотодатчиком, второй фотодатчик минимального значения

уровня столба жидкости палочного термометра, соединенный выходом с первым входом третьего логического блока, подключенного вторым входом к выходу блока Пу.ос, а первым и вторым выходами - к первому и второму входам блока делителей напряжения, соединенного первым и вторым выхо- даъо с вторыми входами соответственно первого и второго логических блоков , и источник постоянного напряжения, подключенный первым выходом к первому входу первого фотодатчика, к входу второго фотодатчика и к третьему входу блока делителей напряже-

ния, вторым выходом - к втором входу первого фотодатчика, к третьим

входам первого, второго и третьего

логическкгк блоков и к четвертому входу блока делителей напряженияj а третьим выходом - к общей шцне, отличающаяся тегм, что, с целью повьшения быстродействия.системы,- в ней дополнительно установлены блок задания кода, четвертьй логический блок, две ЕС-цепк два инвертора и третий фотодатчик нуле™ вого значения уровня столба жидкост папочного термометра, соединенный первым входом с первым выходом третьего логического блока и с входом первой КС-цепи, вторым входом - с выходом первого инвертора и с первым входом -блока задания кода5 третьим входом - с вторым выходом источника по.стОянного напряжения S с входом второй RC-цепи и с вторым входом задатчика кода, а четвертым входом с первым выходом источника постоянного напряжения, а первым и вторым выходами - с первым и вторым входами четвертого логического блока , подключенного третьим и четвертым входами к первому и второму выходам блок:а определения знака, а первым и вторым выходами - соответственно к суммирующему и к вьиитаю- щему входам реверсивного счетчика, выход первой КС-дани соединен с входом первого инвертора} выход второй RC-цепи через второй инвертор подключен к четвертому входу третьего логического блока, а выходы задатчика кода соединены с соответствующим установочными входами реверсивного счетчика.

10

IS

24783510

2, Система по п. 1, отличающаяся тем, что третий фотодатчик содержит первый и второй фотодиоды,.расположенные напротив осветителя, соединенные анодами между собой, а катодами - с затворами соответственно первого и второго полевых транзисторов и с первыми вьшо- дами соответственно первого и второго резисторов, -соединенных вторыми выводами между собой и с первыми вьшодами третьего и четвертого резисторов, подключенных вторыми вьшодами к стокам соответственно первого и второго полевых транзисторов, соединенных истоками с общей шиной, сток первого полевого транзистора подключен к первому входу первого элемента , соединенного выходом с первым входом первого элемента Икс первым входом второго элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к стоку второго полевого транзистора, и к первому вьшоду пятого резистора, а выходом к второму входу первого элемента И- НЕ и к первому входу второго элемента И, соединенного с вторым входом первого элемента И, выходы элементов И подключены к входам соответственно , первого и-второго элементов знаковой индикации, причем второй вьшод пятого резистора, второй вход первого элемента И, второй вывод первого резистора, анод первого фотодиода и вы- 35 ходы первого и второго элементов И являются первым, вторым третьим и четвертым входами и первым и вторым выходами третьего фотодатчика.

20

25

30

bVP

2Ж

3tf

Изобретение относится к области техники жизнеобеспечения и может найти применение в качестве цифрового измерителя температуры в комплексах регулирования температуры тепличных ,хозяйств, жилых и промышленных зданий и т.д. В системе решается задача убыстрения процесса измерения температуры. С помощью первого релейно, го фотодатчика, контролирующего положение уровня столба жидкости полоч- ного термометра, двух логических бло-- .ков, блока определения знака и регулирующего блока формируется импульс- но-релейньй сигнал..управления исполт нительным механизмом, который передвигает каретку рабочего механизма с установленным на ней первым фотО- . датчиком так, чтобы первый фотодат-. чик всегда находился напротив уровня столба жидкости полочного термометра. Дополнительно импульсно-релейный сигнал управления поступает на соответствующие входы реверсивного счетчика, который формирует с помощью цифрового индикатора визуальную информацию о температуре. Второй фотодатчик контролирует минимальное для данного термометра значение температуры и формирует сигналы, блокирующие пере1 1ещение каретки ниже допустимого уровня, т.е. этот датчик выполняет в системе роль концевого выключателя. Третий фотодатчик контролирует положение, соответствующее. термометра, формирует на своих выходах информацию о знаке температуры и формирует на своих выходах такой сигнал управления, который позволяет при включении системы в работу наиболее быстро вьшодить каретку в ту область термометра (об- . ласть отрицательных или положительных температур), в которой находится, уровень столба жидкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. & (Л ю 4 00 СО ел

Составитель Ю. Гладков Редактор А. Ревин Техред В.Кадар., Корректор В. Бутяга

Заказ 4124/47 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий- 113035, Москва, Ж-35, Раугаская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4