Цифровой термометр Советский патент 1987 года по МПК G01K7/32 

турным измерениям и может быть использовано для измерения температуры контактным образом с помощью тер- .мопреобразователейtс частотным выходным сигналом, например пьезоквар- цевых термопреобразователей.

Цель i изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения

влияния на результат измерения изме

-

20

нений температуры опорного генератора.

На чертеже представлена схема цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термо- преобразователь 1, например термочувствительный кварцевый резонатор, включенный в частотно-задаюш;ую цепь первого генератора 2, смеситель 3, опорный генератор 4, пер}зый ключ 5, счетчик 6 результата, индикаторный регистр 7, сумматор 8, первую группу элементов 9 коммутации, суммирующий счетчик 10, счетчик 11 счетного интервала, схему 12 сравнени51, вторз/ю группу элементов 13 коммутации, пер- вьп1 14 и второй 15 триггеры, первый одновибратор 16, второй ключ 17, третий ключ 18,. вычитающий счетчик 19, второй одновибратор 20, делитель 21 частоты и второй генератор 22 с термопреобразователем в частотно-задающей цепи, например, термочз встви- тельньгм кварцевым резонатором, который вместе с опорным генератором 4 размещен внутри пассивного термостата.

В опорном генераторе используют кварцевый резонатор, у которого частота является в рабочем диапазоне линейной функцией температуры .

Цифровой термометр работает следующим образом. ,

S. коэффици т деления дели теля 21 частоты; коэффициент термочувстви тельности термопреобразо вателя генератора 22; крутизна преобразования кварцевого резонатора оп ного генератора.

Так продолжается до тех пор, по число импульсов в счетчике 1I счет ного интервала не станет равным чи лу N4, которое поступает с выходов второй группы элементов 13 коммута ции на вторые входы схемы 12 сравн ния .

Сигнал с выхода схемы 12 сравне ния устанавливает в состояние 1 второй триггер 15, в результате че 25 го замыкается второй ключ 17 и на вход вычитающего счетчика 19 посту пают импульсы с частотой опорного генератора 4. Импульс с выхода ста шего разряда вычитающего счетчика 30 который появляется при переходе вс

разрядов счетчика из состояния О 1111I

в состояние

, устанавливает в с

стояние О триггеры 14 и 15. При этом ключи .5 и 18 размыкаются и за пускается одновибратор 16. Передний фронт импульса одновибратора 16 пе рейосит результат из счетчика 6 ре зультата в индикаторный регистр 7. Затем импульс одновибратора 16 пер до носит число с выходов сумматора 8 в счетчик 6 результата и с выходов суммирующего счетчика IО в вычитаю щий счетчик 19. Задний фронт импуль

са одновибратора 16 запускает вто- При очередном переполнении счетчи- 5 рой одновибратор 20, который уста- ка 11 счетного интервала триггер 14 устанавливается в состояние I, замыкаются ключи.. 5 и 18, и в счетчик 6 результата и в суммирующий счетчик 10 начинают поступать импульсы: в счетчик 6 - с выхода смесителя 3, в счетчик 10 -.с выхода делителя 21

навливает в исходное состояние дели тель 21 частоты и суммирующий счетчик 10. Далее происходит новое пер полнение счетчика 11 счетного интер 50 вала и описанный процесс измерения повторяется. Длительность Т счетного интервал

частоты. Частота импульсов на входе счетчика 6 результата,.

-6

-

.(О

f - частота на выходе опорного

генератора 4;

f - частота на выходе первого генератора 2.

чика 10

f. f,o

,.

(2)

частота на выходе второго генератора 22;

§3 S

,г

0

Sw S. коэффици т деления делителя 21 частоты; коэффициент термочувствительности термопреобразователя генератора 22; крутизна преобразования кварцевого резонатора опорного генератора.

Так продолжается до тех пор, пока число импульсов в счетчике 1I счетного интервала не станет равным чис- лу N4, которое поступает с выходов второй группы элементов 13 коммутации на вторые входы схемы 12 сравнения .

Сигнал с выхода схемы 12 сравнения устанавливает в состояние 1 второй триггер 15, в результате че- 5 го замыкается второй ключ 17 и на вход вычитающего счетчика 19 поступают импульсы с частотой опорного генератора 4. Импульс с выхода старшего разряда вычитающего счетчика 19, 0 который появляется при переходе всех

разрядов счетчика из состояния О 1111I

в состояние

, устанавливает в со

стояние О триггеры 14 и 15. При этом ключи .5 и 18 размыкаются и за- пускается одновибратор 16. Передний фронт импульса одновибратора 16 пе- рейосит результат из счетчика 6 результата в индикаторный регистр 7. Затем импульс одновибратора 16 переносит число с выходов сумматора 8 в счетчик 6 результата и с выходов суммирующего счетчика IО в вычитающий счетчик 19. Задний фронт импульса одновибратора 16 запускает вто- 5 рой одновибратор 20, который уста-

навливает в исходное состояние делитель 21 частоты и суммирующий счетчик 10. Далее происходит новое переполнение счетчика 11 счетного интер- 50 вала и описанный процесс измерения повторяется. Длительность Т счетного интервала.

т.е. время замкнутого состояния ключа 5

5

гр

Т,+

Т.

2 ;

(3)

где Т, - время от момента переполнения счетчика 11. счетного интервала до срабатывания схемы 12 сравнения;

Т- - время от срабатывания схемы 12 сравнения до появления импульса заема на выходе вычитающего счетчика 19. Соответственно время

NZ

т ,

fo +

(4)

Х l (5)

Е„ + 8„0 .

где N- - число, набранное во второй

группе элементов коммутации fg - частота опорного генератора

при 0 0°С;

9 - температура внутри пассивного термостата 23; SQ - крутизна преобразования

, кварцевого рез онатора опор- ного генератора, а N

2 F

где N - число, передаваемое в вычитающий счетчик 19 из сумми- рующего счетчика 10 после каждого цикла измерения. Исходное состояние суммирующего счетчика 10 - единицы во -всех разрядах. В это состояние счетчик 10 устанавливается импульсом одновибра- тора 20 после переноса его предьщу- щего состояния в счетчик 19. В свою очередь

fa Дасот +5гб. ,,.,

N,9 Г Т ()T, (6Г

где ) частота на выходе второго генератора 22 при С; К 5,/8„. Таким образом

+т N2.K±ifi,o.,.6)T

2 (fe + S,e)K После преобразований

TCf,, +So9)K-T(fj(,+S,6)N2K (8) получ:аем значение длительности счет ного интервала

), (9)

(7)

г-

(- f - f 2 So S ° 2(0)

которое не зависит от температуры S окружающей среды. /

Для получения результата измерения в градусах Цельсия число N, набираемое во второй группе элементов коммутации, должно быть равно

,Si . - ч

s: ° i(°)

2 s,A9 s;

. . So

)

(10)

За время счетного интервала в -55 счетчик 6 результата подается число

NP f, - (fo + s,e ) т. (11)

в конце каждого измерения счетчик 6 устанавливается в число

281925

.5

; 10

5

20

4

N. + N,

NC. N, + N,, (12) где N| - число, установленнбе в первой группе элементов коммутации;

N - число, которое образуется в суммирующем счетчике 10 в конце Каждого цикла измерения и переносится в счетчик 6 результата измерения. Поэтому к концу измерения в счетчике 6 результата образуется число

,o+S,QH,M-fo-So9 T +N, +

+ IiLol ± Sie . т + 1 .(13)

К

Единица в конце выражения (13) учитывает начальную установку счетчи. ка 10 в состояние 1 во всех разрядах. Учитывая, что S,, можно

записать

«. - -М- - foT-Soe.T-N,. т .

8,ь9 +So0 Т + 1 ,

(14)

20

30

35

40

5

50

-55

)

Устанавливая число N,, в первой группе элементов 9 коммутации равным

.

получаем в счетчике 6 результат из- мерения N д /л 9, который не зависит от температуры 9 внутри пассивного термостата 23. Знак минус перед выражением 15 указывает на то, что число должно устанавливаться в дополнительном коде. -,

Формула изобретения

Цифровой-термометр, содержашлй термопреобразователь, включенный в частотно-задающую цепь первого генератора, выход которого подключен к первому входу смесителя, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора и входом счетчика счетного интервала, а выход через первый , ключ подключен к входу счетчика результата, выходы которого соединены с индикаторным регистром, а входы предварительной установки подключены к выходам сумматора, йервые входы которого соединены с выходами первой группы элементов г оммутации, схему сравнения, первые и вторые входы которой соответственно соединены с выходами второй группы элементов коммутации и счетчика счетного интервала, выход старшего разряда которого подключен к первому входу первого триггера, выход которого соединен с

управляющим входом первого ключа и входом первого одновибратора, выход которого соединен с входом переноса в индикаторньй регистр и входом разрешения предварительной установки счетчика результата, второй генератор с вторым термопреобразователем в частотно-задающей цепи, суммирующий счетчик и делитель частоты, о т- личающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения путем уменьщения влияния на результат измерения изменений температуры опорного генератора, в него введены второй триггер, два ключа, второй одновибратор и вычитающий счетчик, входы которого соединены с выходами суммирующего счетчика и вторыми входами сумматора, счетный вход через второй ключ соединён с выходом генератора опорной частоты, а вход разРедактор Н. Марголина

Составитель В.Куликов

Техред Л.Олейник Корректор М.Самборская

Заказ 7254/37Тираж 776 Подписное

Государственного комитета СССР

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

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

решения счета соединен с выходом первого одновибратора и входом второго, выход которого подключен к входу разрешения переноса в суммирующий счетчик и к входу сброса делителя частоты, выход которого соединен с входом суммирующего счетчика, а вход - с выходом третьего ключа, вход которого соединен с выходом второго генератора, а управляющий вход под- ключен к выходу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом старшего разряда вычитающего счетчика и первым входом второго

триггера, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а выход подключен к управляющему входу второго ключа, при этом опорный генератор вместе с вторым генератором и

вторым термопреобразователем размещены в пассивном термостате.

Изобретение может быть использовано для измерения температуры контактным -образом с помощью термопреобразователей с частотным выходным сигналом. Цель изобретения - по- вьппение точности измерения. При очередном переполнении счетчика счетного интервала 11 замыкаются ключи 5 и 18.и в счетчик 6 поступают импульсы с выхода смесителя 3, а в счетчик 10 - с выхода делителя 21 частоты. Так продолжается до тех пор, пока число импульсов в счетчике.счетного интервала 11 не становится равным числу импульсов, поступающих с выходов группы элементов 13 коммутации на вторые входы схемы 12 сравнения . Сигнал с выхода последней устанавливает в состояние 1 триггер 15, замыкается ключ 17 и на вход вычитающего счетчика 19 начинают поступать импульсы с частотой опорного генератора 4. Ключи 5 и 18 размыкаются и запускается одновибратор 16, передний фронт которого переносит результат из счетчика 6 результата в индикаторный регистр 7. I ил. i (Л С ттт-ттт S TTFW. J ТТГЖ to сх о ТГ г- }-|Н. ю ел /у |«ffiffif. ю t rF