Электронный термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K1/02 

со

9 О

ИзоЬретение относится к приборе- строению и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется измерение температуры с повьппенной информативностью.

Цель изобретения - упрощение конструкции термометра и повьшение информативности визуального отображения величины измеряемой температуры и ее изменения.

На чертеже представлена схема электронного термометра.

Термометр содержит измерительный преобразователь 1 температуры в на- пряжение, п пороговых индикаторных ячеек 2.1, 2.2,...,2.п, размещенных в линейку, тактовый генератор 3 импульсов, аналоговый ключ 4, первый 5 и второй 6 логические элементы 2И- НЕ, инвертор 7, шину 8 управления, сигнальную шину 9, шину 10 обратной связи, два дифференциатора 51 и 12, в каждом из которых содержатся конденсатор 13, резисторы 14-16, состав ной транзистор 17, причем база составного транзистора 17 подключена к первой обкладке конденсатора 13 и к общим первым выводам резисторов 14 и 15, образующих делитель напряжения, вторые вьгооды которых подключены соответственно к шине 18 питания и к общей шине 19, вторая обкладка конденсатора 13 подключена к выходу измерительного преобразователя 1 тем- пературы в напряжение и к информационному входу 20 аналогового ключа 4, управляющий, вход 21 которого подключен к первому входу первого элемента 2И-НЕ 5, к пшне 8 управления и к вы- ходу второго элемента 2И-НЕ 6, первы вход которого подключен к коллектору составного транзистора 17 первого дифференциатора II и первому выводу резистора 16 нагрузки, второй вывод которого подключен к шине 18 питания второй вход второго элемента 2И-НЕ 6 подключен к выходу инвертора 7, вход которого подключен к коллектору составного транзистора 17 второго диф

ференциатора 2 и первому выводу резистора 16 нагрузки, второй вывод которого подключен к шине 18 питания, эмиттер составного транзистора 17 каждого дифференциатора 11 и 12 под- ключен к общей шине 19, выход аналогового ключа 4 подключен к сигнальной шине 9, тактовый генератор 3 подключен к второму входу первого эле

5 0 5 0 5 0 5

0

j

мента 2И-НЕ 5, выход которого подключен к шине 10 обратной связи. В каждой пороговой индикаторной ячейке 2.1,...,2.п содержатся биполярный транзистор 22, первый 23, второй 24 и третий 25 резисторы, первьй разделительный диод 26, индикаторный све- тодиод 27, светодиод 28 обратной связи, фотодиод 29 обратной связи, анод которого подключен к базе транзистора 22 и к первым выводам первого 23 и второго 24 резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к катоду первого разделительного диода 26 и к общей шине 19, к которой подключен эмиттер транзистора 22, между коллектором которого и шиной 18 питания включены последовательно третий резистор 25, индикационный светодиод 27 и светодиод 28 обратной связи, которьш Оптически связан с фотодиодом 29 обратной связи своей пороговой индикаторной ячейки, катод которого подключен к шине 10 обратной связи. Анод первого разделительного диода 26 подключен к сигнальной шине 9. В каждой пороговой индикаторной ячейке 2.1,...,2.(п-1), за исключением последней 2 п, введены второй разделительный диод 30, первый фотодиод 31 гашения, анод которого подключен к аноду второго разделительного диода 30, катод которого подключен к шине 8 управления, в каждой пороговой индикаторной ячейке 2.2,..., 2.Пэ за исключением первой 2.1, введен первый светодиод 32 гашения, включенный последовательна в коллекторную цепь транзистора 22 и оптически связанньда с первым фотодиодом 31 гашения предыдущей пороговой индикаторной ячейки. В каждой пороговой индикаторной ячейке 2.2,...,2.(п-1), за исключением первой 2.1 и последней 2.П, содержится второй фотодиод 33 гашения, анод которого подключен к катоду первого фотодиода 31 гашения, катод второго фотодиода 33 га- шения, а в первой индикаторной ячейке 2.1 - катод первого фотодиода 31 гашения подключен к базе транзистора 22. В каждой пороговой индикаторной ячейке 2.1,...,2.(п-2), за исключением двух последних 2.(п-|) и 2.п, введет. четвертый резистор 34, третий разделительный диод 35, второй светодиод 36 гашения, анод которого подключен к первому выводу четвертого резистора 34 и к аноду третьего разделительного анода 35, катод которого подключен к коллектору транзистора 22, а второй вывод четверто- го резистора 34 подключен к шине 18 питания, общая шина 19 подключена к катоду второго светодиода 36 гаше- ния, который оптически связан с вторым фотодиодом.33 гашения последующей пороговой индикаторной ячейки.

Термометр работает следующим образом.

Резисторы 14 и 15 первого II и второго 12 дифференциаторов вы браны таким образом, что в нормальном состоянии, т.е. когда на выходе преобразователя 1 присутствует постоянное напряжение, составной транзистор 17 первого дифференциатора 11 находится в закрытом состоянии и на выходе этого дифференциатора присутствует напряжение 1, а составной транзистор 17 второго дифференциатора 12 находится в открытом состоянии и на его выходе присутствует напряжение О. Рабочие точки составных транзисторов 17 nejpBoro 11 и второго 12 дифференциаторов выбраны в начале и конце активной области транзистора соответст- венно. Конденсатор 13 и сопротивление, образованное параллельным включением резисторов 14 и 15, и сопротивления транзистора 17 со стороны базы образуют дифференцирующую RC- цепочку, на выходе которой напряжение изменяется пропорционально скорости изменения напряжения Upp на выходе преобразователя 1. Если скорость

dU пр г

изменения напряжения -- - О, то на

СХи

выходах RC-цепочек дифференциаторов 11 и 12 присутствует положительное напряжение, которое откроет составной транзистор 17 первого дифферен циатора 11 вследствие его большого коэффициента усиления и на выходе первого дифференциатора 11 появляется напряжение О. Составной транзистор 17 второго дифференциатора 12 переходит в более глубокое насьщение

Если , О, то на выходе RCСПу

цепочек дифференциаторов 11 и 12 присутствует отрицательное напряжение, которое закрьтает составной транзистор 17 второго дифференциатора 12 вследствие его большого коэффициента

усиления и на его выходе появляется напряжение 1. Составной транзистор 17 первого дифференциатора 11 еще больше закрывается.

Пороговые индикаторные ячейки 2,1,,,,,2,п с помощью резисторов 23 и 24 настроены таким образом, что пороговое напряжение для преобразователя 1 температуры в напряжение с линейной характеристикой для i-й пороговой индикаторной ячейки, где i 1,)2,,,.,п, определяется как

Ur,opor.i UMHH + (i-П

/иакс UMVIH

п

где ,H 5 UMOKC соответственно наименьшее и наибольшее напряжения, соответствующие наименьшей и наибольшей измеряемой температурам. Причем пороговые индикаторные ячейки путем соответствующего подбора делителей напряжения, собранных на резисторах 23 и 24, позволяют обеспечить линеаризацию любых видов термопреобра- зователей с высокой степенью точно-, сти.

Если температура на входе пр еоб- разоватепя 1 изменяется и достигает HeKOTOpqro уровня, которому соответствует напряж.ение Uno о,; шине 8 управления формируют напряжение 1, Поэтому на выходе аналоговое го ключа 4 присутствует напряжение лорог.; шину 10 обратной связи проходят импульсы тактового генератора 3. В момент времени, когда на шине 10 обратной связи присутствует напряжение 1, возбуждаются i пороговых индикаторных ячеек 2,1,,.,,2,i, По коллекторной цепи транзистора 22 в каждой из этих индикаторных ячеек протекает ток, вызывающий включение индикационного светодиода 27, светодиода. 28 обратной связи и первого светодиода 32 гащения. Световой по ток от светодиода 28 поступает на фотодиод 29 обратной связи, его обратное сопротивление резко уменьша-- ется и в базу транзистора 22 поступа- е.т, дополнительный ток, поддерживая- транзистор 22 в открытом состоянии. Второй светодиод 36 гашения включен, так как он зашунтирован третьим разделительным диодом 35 и переходом коллектор - эмиттер открытого транзистора 22.

Световой поток от первого свето- диода 32 гашения поступает на фотодиод 31 гашения предьщущей пороговой индикаторной ячейки, но гашение не происходит, так как на шине 8 управления напряжение 1. В паузе между импульсами на шине 10 обратной связи фотодиод 29 обратной связи воз бужденных пороговых индикаторных ячеек 2.1,...,2.1 оказьшается включенным в прямом направлении, поскольку на шине 10 обратной связи присутствует напряжение О. Происходит гашение всех ранее возбужденных пороговых индикаторных ячеек. Таким образе тактовый генератор 3 производит дискретизацию во времени изменяющегося напряжения, соответствующего изменяющейся температуре. Если температура изменялась и достигала некоторого постоянного уровня, которому соответствует напряжение и„др; const, то возбудилось 1 пороговых индикаторных ячеек 2,15...,2.i. На шине управления устанавливается напряжение О, поэтому на шине 10 обратной связи появляется напряжение 1, приводящее к постоянному возбуждению i пороговых индикаторных ячеек 2.1,...,2, i и к снятию напряжения с сигнальной шины 9 посредством запирания ключа 4. Поскольку вторая пороговая индикаторная ячейка 2.2 возбуждена, то световой поток от первого светодиода 32 гашения этой ячейки поступает на первый фотодиод 31 гашения первой пороговой индикаторной ячейки 2.1. Обратное сопротивление этого фотодиода резко уменьшается, происходит гашение первой пороговой индикаторной ячейки 2,lj поскольку на шине 8 управления есть напряжение О, что и приводит к закрыванию транзистора 22, Третий разделительный диод 35 данной ячейки оказывается включенным в обратном направлении, поэтому через ее второй светодиод гашения.36 начинает протекать ток. Световой поток от этого светодиода гашения поступает на второй фотодиод 33 гашения второй пороговой индикаторной ячейки 2.2, уменьшая его обратное сопротивление. Поскольку третья пороговая индикаторная ячейка 2.3 возбуждена, то обратное сопротивление первого фотодиода 31 гашения второй пороговой индикаторной ячейки 2.2 также мало, что приводит к гашению последней.

5

0

Следовательно, производится гашение той пороговой индикаторной ячейки, предыдущая ячейка которой невоз- буждена, а последняя - возбуждена, т.е. производится последовательное гашение всех ранее возбужденных пороговых индикаторных ячеек 2.1,...,2.(1- -1), кроме возбужденной ячейки 2.1,

0 на первый фотодиод 31 гашения которой не поступает оптический сигнал от первого светодиода 32 гашения последующей невозбужденной ячейки 2.(i+ +1).

Таким образом, постоянная температура отображается только одной возбужденной пороговой индикаторной ячейкой. Если температура опять изменилась, то на шине 10 обратной связи появляются тактовые импульсы и первой же паузой между импульсами происходит гашение этой возбужденной пороговой индикаторной ячейки, устройство вновь готово к работе.

5 В последней пороговой индикаторной ячейке 2.п отсутствуют фотодиоды гашения, поскольку ее гашение осуществляется по шине 10 обратной связи,

Q Формула изобретения

1. Электронный термометр, содержащий измерительный преобразователь температуры в электрическое напряжение, подключенный к входу логического устройства с блоком индикации измеряемой величины и тенденции ее изменения, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции термометра и повышения информативности визуального отображения величины измеряемой температуры и ее изменения, логическое устройство снабжено п-пороговыми индика торными ячейками, размещенными в линейку, тактовым генератором импульсов, аналоговым ключом, информационный вход которого подключен к вькоду измерительного преобразователя температуры в электрическое напряжение, а его выход - к общей для всех пороговых индикаторных ячеек сигнальной шине, двумя дифференциаторами, соединенными входами с выходом измерительного преобразователя температуры, первым 5 и вторым логическими элементами 2И- НЕ и инвертором, включенным между выходом одного из дифференциаторов и одним из входов второго логическо-

5

0

5

0

го элемента 2И -НЕ, второй вход которого соединен с вькодом другого диф ференциатора, а его выход - с управляющим входом аналогового ключа, шиной управления и одним из .входов первого логического элемента 2И-НЕ,,второй вход которого подключен к выходу тактового генератора, а его выход соединен с общей для.всех пороговых ин- дикаторных ячеек шиной обратной связи, при этом каждая из пороговых индикаторных ячеек вьшолнена в виде биполярного транзистора, первого, второго и третьего резисторов, первого разделительного диода, анод которого соединен с сигнальной шиной све- тодиода обратной связи, индикационного светодиода, фотодиода обратной связи, катод которого соединен с ши- ной обратной связи, а его анод подключен к базе транзистора и к объединенным первым выводам первого и второго резисторов, вторые выводы которых подключены соответственно к като- ду первого разделительного диода и к общей шине, к которой подключен эмиттер транзистора, между коллектором которого и шиной питания включены последовательно третий резистор, ин- дикационный светодиод и светодиод обратной связи, который оптически свя- зан с фотодиодом обратной связи своей пороговой индикаторной ячейки, каждая пороговая индикаторная ячейка, за исключением последней, снабжена вторым разделительным диодом и первым фотодиодом гашения, анод которого подключен к аноду второго разделительного диода, а катод подключен к шине управления, каждая пороговая индикаторная ячейка; за исключением первой, снабжена первым светодиодом гашения, включенным последовательно в коллекторную цепь транзистора и оп- тически связанным с первым фотодио

о Q

5

дом гашения предыдущей пороговой ин дикаторной ячейки, каждая пороговая индикаторная ячейка, за исключением первой и последней, снабжена вторым фотодиодом гашения, катод которого подключен к базе транзистора, а его анод - к катоду первого фотодиода гашения; каждая пороговая индикаторная ячейка, за исключением двух по следних,снабжена четвертым резисто ром, третьим разделительным диодом и вторым светодиодом, катод которого соединен с общей шиной, а его анод подключен к первому выводу четвертого резистора и к аноду третьего разделительного диода, катод которого подключен к коллектору транзистора, причем второй светодиод гашения оптически связан с вторым фотодиодом гашения последующей пороговой индикаторной ячейки, второй вывод четвертого резистора подключен к шине питания, а катод первого фотодийда гашения в первой пороговой индикаторной ячейке подключен к базе его транзистора..

2, Термометр по п. 1, о т л и - чающийся тем, что каждый из дифференциаторов снабжен составным транзистором, коллектор;, которого через резистор нагрузки подключен к шине питания, а его эмиттер соединен с общей шиной, резистивным делителем напряжения, включенным между пшной питания и общей шиной и соединенным своей средней точкой с базой транэи- стора, и конденсатором, включенным между базой транзистора и выходом измерительного преобразователя температуры, причем коллектор транзистора одного из дифференциаторов соединен с входом инвертора, а коллектор транзистора другого дифференциатора с вторым входом второго логического элемента 2И-НЕф

Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - упрощение конструкции термометра и повышение информативности визуального отображения величины измеряемой температуры и ее изменений. Тактовый генератор 3 производит дискретизацию во времени изменяющегося напряжения, соответствующего изменяющейся температуре. Если температура изменилась и достигла некоторого постоянного уровня, то возбудилось i пороговых индикаторных ячеек ...2.1. Производится гашение той пороговой индикаторной ячейки, предьщущая ячейка которой не возбуждена, а последняя - возбуж- . дена, т.е. производится последовательное гашение всех ранее возбужденных пороговых ячеек 2,l,...,2.(i- -1), кроме возбуяоденной ячейки 2.1, на первый фотодиод 3I гашения которой не поступает оптический сигнал от первого светодиода 32 гашения последующей невозбужденной ячейки 2.(i+ +1). Постоянная температура отображается только одной возбужденной пороговой индикаторной ячейкой. Если температура .опять изменилась, то на шине 10 обратной связи появляются тактовые импульсы, первой же паузой между импульсами происходит гашение возбужденной пороговой ячейки и устр- во вновь готово к работе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. i (Л