Цифровой термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K7/32 

СО

ел ф

ста

1137

Изобретение относится к области , температурных измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения нестабильности элементом термометра.

На чертеже приведена блок-схема цифрового термометра.

единичным состоянием инверсного выхода триггера 15, поступают на суммирующий вход счетчика 19, суммируясь в нем с нуля. Счетчик 12, производя вычитание, досчитывает до нуля, после

чего на его выходе заема (-iO) появляется импульс, переводящий триггер 9 в нулевое состояние. При этом ключ

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения нестабильности элементов термометра. Устр-во работает с чувствительным элементом, имеющим как положительную, так и отрицательную температурную зависимость. Обладает шка-. лой, начинающейся с отрицательных температур и плавно переходящей через нуль. Дает информацию о положительных и отрицательных температурах в прямом коде. Имеет возможность произво- дить отсчет температуры как по шкале .Цельсия, так и по шкале Кельвина. 1 ил.

Цифровой термометр содержит термо- Q 11 размыкается, ключ 10 замыкается

20

чувствительньй элемент 1, первый выключатель 2, опорный элемент 3, второй выключатель 4, частотный преобразователь 5, первую шину 6 данных, многопозиционный переключатель 7, вторую 5 шину 8 данньпс, первый триггер 9, первый ключ 10, второй ключ 11, двоично- десятичный реверсивньй счетчик 12 с установкой начальных данных, блок 13 индикации, элемент ИЛИ 14, второй триггер 15, генератор 16 прямоуголь-. ных импульсов, третий ключ 17, четвертый ключ 18 и двоичный реверсивный счетчик 19.

Б качестве термочувствительного элемента может быть использован термопреобразователь сопротивления или термочувствительньш конденсатор, Если в качестве термочувствительного элемента используется термопреобразова- зо тель сопротивления, то в качестве частотного преобразователя должен .использоваться преобразователь сопротивления в частоту, а в качестве опорного элемента - эталонньй резистор. П|эи использовании в качестве термочувствительного элемента термочувствительного конденсатора в качестве частотного преобразователя и опорного элемента должны быть использованы соответственно преобразователь емкости в частоту и эталонный конденсатор.

Цифровой термометр работает следующим образом.

В первом такте работы триггер 9 находится в единичном состоянии, а триггер 15 - в нулевом состоянии. Единичное состояние инверсного выхода триггера 15 замыкает выключатель 4

и импульсы частотного преобразовате ля 5 начинают поступать на суммирую щтнй вход Счетчика 12. Первьй такт работы устройства заканчивается в м мент, когда счетчик 12 достигает пе реполнения, после чего на его выход переноса II появляется импульс, кото рьш устанавливает триггер 15 в единичное состояние и формирует единич ный импульс на выходе элемента ИЛИ 14. Этот импульс устанавливает триг гер 9 в единичное состояние .и, пост пая на вход 3 управления загрузкой начальных данных счетчика 12, произ 25 водит запись в него числа N, с вход переустановки, соединенных через пе реключатель 7 с первой щиной 6 данных.

Во втором такте импульсы генератора 16, поступая через ключ 18 на вычитакзщий вход счетчика 19, вычита ются из записанного в нем числа Nj,, до которого он досчитал в течение первого такта. Единичное состояние прямого выхода триггера 15 замыкает выключатель 2, термочувствительный элемент 1 подключается к частотному преобразователю 5, выходные импульс которого через замкнутый ключ 11 на чинают поступать на вычитающий вход счетчика 12, котор ьй уже во втором такте отсчитывает результат измерения. Второй такт заканчивается в мо мент, когда счетчик 19, вычитая, до читает до нуля. При этом на его выходе заема ( 0) появляется импульс который поступает на вход управлени считыванием результата блока 13 инд кации, в которьш переписывается результат измерения с выходов разрядо

35

40

45

и подключает к частотному преобразо- счетчика 12. Если во втором такте

вателю 5 опорньш элемент 3. При этом выходные импульсы частотного преобразователя 5 через ключ 11, открытый единичным состоянием прямого выхода триггера 9, поступают на вычитающий вход счетчика 12, вычитаясь из записанного в нем числа nj, а импульсы генератора 16 через ключ 17, открытый

0

5

о

и импульсы частотного преобразователя 5 начинают поступать на суммирую- щтнй вход Счетчика 12. Первьй такт работы устройства заканчивается в момент, когда счетчик 12 достигает переполнения, после чего на его выходе переноса II появляется импульс, кото- рьш устанавливает триггер 15 в единичное состояние и формирует единичный импульс на выходе элемента ИЛИ 14. Этот импульс устанавливает триггер 9 в единичное состояние .и, поступая на вход 3 управления загрузкой начальных данных счетчика 12, произ- 5 водит запись в него числа N, с входов переустановки, соединенных через переключатель 7 с первой щиной 6 данных.

Во втором такте импульсы генератора 16, поступая через ключ 18 на вычитакзщий вход счетчика 19, вычитаются из записанного в нем числа Nj,, до которого он досчитал в течение первого такта. Единичное состояние прямого выхода триггера 15 замыкает выключатель 2, термочувствительный элемент 1 подключается к частотному преобразователю 5, выходные импульсы которого через замкнутый ключ 11 начинают поступать на вычитающий вход счетчика 12, котор ьй уже во втором такте отсчитывает результат измерения. Второй такт заканчивается в момент, когда счетчик 19, вычитая, досчитает до нуля. При этом на его выходе заема ( 0) появляется импульс, который поступает на вход управления считыванием результата блока 13 индикации, в которьш переписывается результат измерения с выходов разрядов

5

0

5

счетчик 12, вычитая, не успевает досчитать до нуля, то в знаковый разряд Зн блока 13 индикации переписывается нулев ое состояние инверсного выхода триггера 9, дающее информацию об отрицательном значении измеряемой температуры. Если счетчик 12 успевает досчитать до нуля, то управление с

3

его выхода заема () переключает триггер 9, счетчик 12 начинает суммровать, а в знаковый разряд Зн блок 13 индикации в конце второго такта уже поступает единица с инверсного выхода триггера 9, информирующая о положительном значении измеряемой тпературы. Импульс с выхода заема (х счетчика 19 одновременно с выдачей результате измерения переводит триггер 15 в нулевое состояние, а через элемент ИЛИ 14 переводит триггер 9 в единичное состояние, и, поступая на вход 3 управления загрузкой начальных данных, производит загрузку

в счетчик 12 числа п-, тем самым производя запуск первого такта нового цикла измерения.

При подключении термочувствитель- ного элемента к частотному преобразователю на его выходе формируется час

где

коэффициент

.частотного преобразо

вателя; П - параметр термочувствительного элемента, отсчитываемьш в омах для случая использования термопреобразователя сопротивления, в фарадах - для использования термочувствительного конденсатора и т.д. При подключении к частотному преобразователю опррного элемента формируется частота о Кп По, где П - параметр опорного элемента, характер которого соответствует характеру параметра термочувствительного элемента.

Так как длительность первого такта задается поступлением в счетчик 12 максимального числа импульсов

она равна ,Nм/fo ° время в

счетчик 19 поступает N, импульсов, где f - частота импульсов генератора 16 прямоугольных импульсов. Во втором такте счетчик 19, производя вычитание импульсов генератора 16 из числа N, досчитывает до нуля за время ,/f ( -f )/f- N„/fp; за время втором такте в счетчик 12 поступает N-г Jj f., импульсов, откуда можно записать

--i f Т к П ЕС п

К,

- --п:Число импульсов, поступающее в .счетчик 12.во втором такте и опреде- ляющее результат измерения, не. зави- ;сит от f и К, определяясь только i параметрами термочувствительного и топорного элементов.

0

5

n

5

Рассмотрим случай, когда термочувствительный элемент имеет положительную температурную зависимость, т-.е. его параметр при верхнем пределе диапазона измерений имеет большее значение, чем при нижнем П , Тогда, если произвести выбор

ТВ

то в

счетчик 12 при верхнем-пределе диапазона измерений во втором такте поступит Nj N импульсов. Соответственно в нижнем пределе диапазона измерений в счетчик 12 согласно (1) поступит ..импульсов. Изменение числа импульсов от N ц до N. должно соответствовать числу единиц мпадше- го разряда в диапазоне измерений температуры, т.е.

Ne-N, (T,-Tj K,(2)

где Tg и Т - значения температуры соответственно в верхнем и нижнем пределах диапазона измерений, а К 1,10,100... соответственно при измерении температуры с точностью до 1, 0,1, 0,01°С. Откуда получаем условие

K(T,-TH)N,(I - II--),

ii о

(3)

которое удовлетворяется выбором N. Число предустановки п определяется из выражения

п. о

К т,

(4)

5

Тогда если измеряется температура нижнем пределе диапазона измерений.

счетчик которые

то в сов, сов, и в цательное

12 поступает N „ импуль- вычитаются «з п импуль- записьшается отрисчетчикечисло

. п

nifi.

КТ -N,

П1

и

-TK-K, (5)

45

50

55

что представляет собой результат измерения температуры в нижнем пределе диапазона измерений с точностью К. Информацию об отрицательном значении полученного результата дает нахождение счетчика 12.в режиме вычитания к концу второго такта, что определяется нулевым состоянием инверсного выхода триггера 9, поступающим в знаковый разряд блока 13 индикации. . Если измеряется температура в верхнем пределе диапазона измерений, то в счетчик 12 во втором такте поступает Ng импульсов, из которых Hj импульсов приводят счетчик 12 в нулевое состояние, а остальные суммируются в нем и в конце второго такта в блок 13 индикации вьщается число

шкале Цельсия, так и по шкале Кель вина.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий термочувствительный элемент, частотный преобразователь, двоично-десятичный реверсивный счетчик с установкой начальных данных, выходы которого соединены с блоком индикации, знаковый разряд которого подключен к инверсному выходу первого триггера, вход управления загрузкой начальных данных и выход заема соединены сооти нулевым входами первого триггера, а входы прямого и обратного счета подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, первые входы которых устройства при измерении Тп определя-20 соединены соответственно с инверсным

,N, ,Км(1- -)+КТн

о

КТ8,(6)

ЧТО представляет собой результат из- , мерения температуры в верхнем пределе диапазона измерений с точностью К, Нахождение счетчика 12 в режиме суммирования к концу второго такта дает информацию о положительном значении ю полученного результата, что передается в знаковый разряд Зн блока 13 индикации в виде единичного состояния нулевого выхода триггера 9.

Если измеряется некоторая промежу- 5 ветственно с единичным точная температура „ из диапазона

Т -Т

п а

то импульсов.

в счетчик 12 поступает Nп для которых выполняется

условие , т.е. режим работы

ется вьфажением (5) при Np ,, и вы- рагкением (6) при Nn Hj.

При необходимости произвести измерение по шкале Кельвина производится переключение переключателя 7 и к 25 его выходам подключается вторая шина

данных, на которой записано число , п Пд-лТ-К, где ДТ - Цел.ьсия и Кельвина.

мер, для сывается

случая число

(6)

смещение шкал При этом, напри- в счетчике запи30

и прямым выходами первого триггера, а вторые входы соединены между собой, генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу третьего ключа, отличающи й- с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения влияния нестабильности элементов термометра, в него введены первый и второй выключатели, опорный элемент, второй триггер, четвертый ключ, дво- ичньш реверсивньш счетчик и элемент РШИ, выход которого соединен с единичным входом первого триггера, второй вход соединен с единичным входом второго триггера и с выходом переноса двоично-десятичного счетчика, а первый, вход соединен с нулевым входом второго триггера, с входом управления считыванием результатов блока индикации и выходом заема двоичного реверсивного счетчика, входы обратного и прямого счета которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, соединенными соответственно с управляющими входами первого и второго выключателей, входы которых соединены соответственно с выходами термочувствительного и опорного элементов, и выходы подключены к входам частотного преобразователя, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, при этом вход четвертого ключа подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов.

Нц-п з СК8-Пз)+йТ-К(Тв+йТ .-К,

I

что представляет собой результат измерения температуры в верхнем пределе диапазона измерений с точностью К по шкале Кельвина.

Для случая отрицательной температурной зависимости термочувствительного элемента приведенные соотношения рассматриваются при взаимной замене Т на , а в знаковом разряде Зн блока 13 индикации единица соответствует отрицательным значениям измеряемой температуры.

Таким образом, предлагаемое устройство может работать с чувствительным элементом, имеющим как положительную, так и отрицательную температурную зависимости, обладает шкалой, начинающейся с отрицательньпс температур и плавно переходящей через нуль, и дает информацию о положитель- HbTx li отрицательных температурах в прямом коде. Кроме этого, предлагае- мое устройство имеет возможность производить отсчет температуры как по

5

0

5

0

0 5

5

и прямым выходами первого триггера, а вторые входы соединены между собой, генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу третьего ключа, отличающи й- с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения влияния нестабильности элементов термометра, в него введены первый и второй выключатели, опорный элемент, второй триггер, четвертый ключ, дво- ичньш реверсивньш счетчик и элемент РШИ, выход которого соединен с единичным входом первого триггера, второй вход соединен с единичным входом второго триггера и с выходом переноса двоично-десятичного счетчика, а первый, вход соединен с нулевым входом второго триггера, с входом управления считыванием результатов блока индикации и выходом заема двоичного реверсивного счетчика, входы обратного и прямого счета которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, соединенными соответственно с управляющими входами первого и второго выключателей, входы которых соединены соответственно с выходами термочувствительного и опорного элементов, и выходы подключены к входам частотного преобразователя, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, при этом вход четвертого ключа подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов.