Электронно-цифровой термометр Советский патент 1987 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к перенос- ным цифровь1М измерителям температуры.

Цель изобретения - повышение поме- хозащищенности.

На чертеже приведена структурная схема электронно-цифрового термомет- ра.

Электронно-цифровой термометр сос тоит из последоватепьно соединенных датчика 1 температуры, коммутатора 2, истокового повторителя 3, двух- каскадного усилителя 4, схемы 5 подавления помех коммутации, однокаскад ного усилителя 6, нуль-органа 7, схемы Старт - стоп 8, логической схемы 9, схемы 10 определения знака, индикатора 11, генератора 12 постоянного тока, прецизионного источ- ника 13 напряжения, преобразователя 14 напряжения, источника 15 питания, генератора 16 функционально-нарастающего напряжения, первой схемы 17 совпадения, генератора 18 счетных импуль сов с двоичным делителем, первого инвертора 19, второй схемы 20 совпадения, пятнадцатиразрядного двоичного счетчика 21, формирователя 22 тактов, трехразрядного счетчика 23, второго инвертора 24, третьей схемы 25 совпадения.

Электронно-цифровой термометр работает следующим образом.

Стабилизированный прямой ток в датчик задается генератором 12 постоянного тока, который питается от прецизионного источника 13 напряжения. От этого же источника запи тан генератор 16 функционально.нарастающего напряжения. Весь временной цикл работы термометра задает генератор 18 счетных импульсов, работающий на частоте 320 кГц. Частота этого сиг- нала, пройдя через двоичный делитель понижается на выходе 2 до 10 кГц, а на выходе 2 - до 5,0 кГц, Сигнал частотой 10 кГц проходит через первый инве1)тор 19 и поступает на пят- надцатиразрядный двоичный счетчик 21. Выходной сигнал этого счетчика, поступаюнщй с периодом 3,3 с, является исходным для начала процесса преобразования напряжения датчика в цифровую форму„ Этот сигнал воздействует на формирователь 22 тактов, выполненный в виде двенадцатиразрядного двоичного счетчика, и схему

10 определения знака, устанавливая их в исходное состояние. При этом на выходе 2048 двенадцатиразрядного двоичного счетчика появляется выходной разрешающий сигнал для третьей схемы 25 совпадения. Этим же сигналом производится установка схемы Старт - стоп 8 в положение Старт а также с приходом этого сигнала на генератор 16 функционально нарастающего напряжения начинаемся формирование положительного пилообразного напряжения. На второй вход третьей схемы 25 совпадения поступают импульсы с частотой 5 кГц, которые заполняют двенадцатиразрядный двоичный счетчик; При поступлении 2048-го импульса на двенадцатиразрядный двоичный счетчик последний триггер этого счетчика переходит в единичное состояние, запрещая тем самым дальнейшее прохождение на вход счетчика через третью схему 25 совпадения. При этом происходит окончание процесса преобразования, а выходное напряжение на выходе генератора 16 функционально нарастающего напряжения возвращается на исходный уровень.

В теч.ение времени преобразования напряжения с датчика 1 температуры и генератора 16 функционально нарастающего напряжения через коммутатор 2 поочередно подключаются к входу истокового повторителя 3. Управление коммутатором осуществляется сигналом с выхода третьей схемы 25 совпадения Так как для управления коммутатором 2 необходимы два противофазных сигнала, то второй сигнал получается при инвертировании выходного сигнала третьей схемы 25 совпадения вторым инвертором 24. За один цикл преобразования коммутатор 2 осуществляет 2048 коммутаций, что равно количеству импульсов, поступающих на вход ; двенадцатиразрядного двоичного счетчика.

Выходной сигнал коммутатора 2 через истоковый повторитель 3 поступае на вход двухкаскадного усилителя 4. Усиленный разностный сигнал между напряжением датчика 1 температуры и функционально нарастающим напряжением проходит схему 5 подавления помехи коммутации и поступает на вход од нокаскадного усилителя 6, который осуществляет окончательное усиление.

. . 1 С выхода однокаскадного усилителя 6 сигнал поступает на вход нуль-органа 7, выполненного в виде синхронного фазового детектора.

Кроме этого сигнала на фазовый детектор поступают два управляющих сигнала. Сигнал с выхода второй схемы 20 совпадения используется как опорный для фазового детектирования, а сигнал с выхода первого инвертора 19 частотой 10 кГц используется ка стробирующий и определяет интервал

времени, в течение которого возможно

20

прохождение выходного сигнала фазово- 15 длитJ льнocть которого проиорциональ- го детектора на второй вход схемы Старт - стоп 8. Опорный сигнал формируется второй схемой 20 совпадения из двух сигналов, один из которых имеет частоту 10 кГц и поступает с выхода 2 генератора счетных импульсов с двоичным делителем, а второй снимается с выхода второго инвертора 24, имеет частоту 5 кГц и присутствует только в интервале преобразования.

Начальный уровень функционально нарастающего напряжения устанавливается таким образом, чтобы оно равняна абсолютному значению измеряемой температуры независимо от ее знака. Полученный импульс поступает на один из входов первой схемы 17 совпадения, на второй вход которой поступает последовательность импульсов с выхода второго инвертора 24, насчитьшающая 2048 импульсов. К выходу первой схемы 17 совпадения подключен вход трех25 разрядного счетчика 23. На вход этого счетчика поступают только те импульсы, которые по времени совпадают с импульсом, выработанным логической схемой 9, длительность кот орого в

лось напряжению на датчике при температуре датчика +102,4 С, а уровень функционально нарастающего напряжения к концу преобразования должен стать равным напряжению датчика, когда температура последнего равна - 102,4 С. В этом случае каждый шаг преобразования соответствует 0,1 С, а так как в интервал преобразования укладывается 2048 шагов преобразования, ры

то получают измерение температу- в диапазоне от + 102,4 С до - 102,4 С с дискретностью в О,1 С.

В момент сравнения напряжений датчика 1 температуры и генератора 16 функционально нарастающего напряжения происходит изменение фазы сиг-, нала на выходе коммутатора 2, а следовательно, и всего усилителя. Это изменение определяется синхронным фазовым детектором, где формируется сигнал, устанавливающий схему Старт- стоп 8 в состоянии Стоп. Таким образом, время нахождения схемы Старт

Кроме описанных функциональных узлов схема термометра содержит так45 же преобразователь 14 напряжения, который используется для питания прецизионного источника 13 напряжения повышенным напряжением.

50

ратурой датчика

Формула изобретения

Электронно-цифровой термометр, содержащий генератор тока, последовательно соединенные датчик температуры и коммутатор, двухкаскадный усилистоп в соответствии Старт gg тель, нуль-орган, выход последнего

соединен с первым входом схемы Старт - стоп, выход которой соединен с первым входом логической схемы, схему определения знака, соединенную

пропорционально разности температур между температурой +-102,4 С и темпеЕсли температура датчика составляет ОС, то время

5066

нахождения схемы в соответствии Старт составляет точно половину интервала преобразования и переход схемы в состояние Стоп совпадает по времени с появлением на выходе 1024 двенадцати-разрядного двоичного счетчика перепада напряжения.

Сигнал с выхода схемы Старт - 10 стоп 8 поступает на логическую схему 9, на второй вход которой посту- пает сигнал с выхода 1024 двенадцатиразрядного двоичного счетчика. Логическая схема 9 вырабатывает импульс.

0

15 длитJ льнocть которого проиорциональ-

на абсолютному значению измеряемой температуры независимо от ее знака. Полученный импульс поступает на один из входов первой схемы 17 совпадения, на второй вход которой поступает последовательность импульсов с выхода второго инвертора 24, насчитьшающая 2048 импульсов. К выходу первой схемы 17 совпадения подключен вход трех25 разрядного счетчика 23. На вход этого счетчика поступают только те импульсы, которые по времени совпадают с импульсом, выработанным логической схемой 9, длительность кот орого в

0 свою очередь пропорциональна измеряемой температуре, а так как шаг преобразования выбран равным 0,1 С, то результат, записанный в счетчик после окончания счета, соответствует десяткам, единицам и десятым долям градуса Цельсия.

С второго выхода логической схемь) 9 сигнал поступает на схему 10 определения знака, которая определяет

0 знак измеряемой температуры. Информация о величине и знаке температуры выводится на индикатор 11.

Кроме описанных функциональных узлов схема термометра содержит так5 же преобразователь 14 напряжения, который используется для питания прецизионного источника 13 напряжения повышенным напряжением.

5

50

с первым входом индикатора, первую схему совпадения, соединенную с входом трехразрядного счетчика, выход которого подключен к второму входу индикатора, генератор счетных импульсов с делителем, формирователь такта, первый выход которого подключен к второму входу схемы С.тарт - стоп, а также последовательно соединенные .источник питания и преобразователь напряжения, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью увеличения помехозащищенности, в цепь введены истоковый повторитель,- последовательно соединенные схема подавления помех коммутации и однокаскадный усилитель,, первый и второй инверторы, вторая и третья схемы совпадения, пятнадцатиразрядный двоичный счетчик последовательно соединенные прецизионный источник напряжения и генератор функционально нарастающего напряжения, причем истоковый. повторитель включен между выходом коммутатора и входом двухкаскадного усилителя, а схема подавления помех коммутации и однокаскадный усилитель - между выходом двухкаскадного усилителя и входом нуль-органа, первый выход генератора счетных импульсов с делителем соединен с входом первого инвертора, первым входом второй схемы совпадения и вторым входом схемы подавления помех коммутации, а выход первого инвертора подключен к второму входу преобразователя напряжения.

Редактор М.Петрова

Составитель Е.Зыков

Техред Л.Олийнык Корректор И.Муска

Заказ 4910/41Тираж 776 Подписное

ВНИШИ Государственного комитета СССР

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

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

45066

нуль-органу и-входу пятнадцатиразрядного двоичного счетчика, выход которого соедине т с первым входом схемы определения знака, формирователя тактов и вторым входом Тр.ехразрядного счетчика, первый вход третьей схемы совпадения соединен с первым выходом формирователя тактов и с вторым вхо10 дом генератора функционально нарастающего напряжения, а второй вход схемы совпадения - с вторым выходом генератора счетных.импульсов с делителем, причем второй выход формиро15 вателя тактов соединен с вторым входом логической схемы, выход же третьей схемь совпадения соединен с входом второго инвертора, входом формирователя тактов и вторым входом

20 коммутатора, выход второго инвертора соединен с третьим входом коммутатора, вторым входом второй схемы совпадения и с первым входом первой схемы совпадения, второй вход которой

25 подключен к первому выходу логической схемы, при этом выход второй схемы совпадения подключен к третьему входу нуль-органа, а второй выход логической схемы соединен с вторым

30 входом схемы определения знака, четвертый вход коммутатора соединен с выходом генератора функционально нарастающего напряжения, вход прецизионного источника напряжения соеди35 нен с выходом преобразователя напряжения, а выход - с входом генератора тока.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение помехозащищенности. Выходной сигнал коммутатора 2 через исто- ковый повторитель 3 поступает на вход двухкаскадного усилителя. Усиленный разностный сигнал между напряжением датчика 1 температуры и функционально нарастающим напряжением проходит схему 5 подавления помехи коммутации и поступает на вход усилителя 6. С выхода, последнего сигнал поступает на вход нуль-органа 7. В момент сравнения напряжений датчика 1 температуры и генератора I6 происходит изменение фазы сигнала на выходе коммутатора 2. Это изменение определяется фазовым детектором, где формируется сигнал, устанавливающий схему В Старт - стоп в состояние Стоп. Сигнал с выхода схемы 8 Старт - стоп поступает на логическую схему 9, импульс с которой поступает на вход схемы 17 совпадения, на второй вход которой поступают импульсы с выхода инвертора 24. На вход счетчика 23 поступят только те импульсы, которые по времени совпадут с импульсом логической схемы 9, длительность которого пропорциональна измеряемой температуре.I ил. (Л