Цифровой термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K7/32 

гр

ILJZHсо

со -J

4;

00

Г39

генератора 7, линию 8 связи и цифровой измеритель 10, состоящий из формирователя 1 1 сигнала датчика температуры, блока 12 фазовойавтоподстрой- ки, регистров 13 и 14, счетчика 15, регистра 16, блока t7 сравнения кодов, счетчика 18 измерительного интервала, генератора 19, триггера 20 одновибратора 21, ключа 22, формирователя 23 и счетчика 24„ Введение

управляемого- ключа А и элемента И 8 и образование новых связей между элементами устр-ва позволяет на вькоде датчика 1 те пературы и на входе Lu- фpoвoгo измерителя 10 температуры иметь только стандартные уровни сигнала О и 1 как при передаче частотного сигн,ала, так и при передаче информации о параметрах датчика температузчы, 3 ил.

Изобретение м.б. использовано для измерения температуры контактным методом с помощью датчиков с частот ным выходом. Цель изобретения - повышение надежности цифрового термометра. Устр-во содержит датчик 1 температуры, состоящий из кварцевого резонатора 2, генератора 3, запоминающего устр-ва 5, счетчика 6 адреса.

1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения температуры контактным методом с помощью датчиков с частотным выходом, в частости пьезоквар- цевых датчиков температуры.

Цель изобретения - повьшгение надежности цифрового термометра.

На фиг„1 представлена схема предлагаемого щзфрового термометра на фиг.2 схема блока фазовой автоподстройки частоты; на фиг.З- схема формирователя импульса сброса.

Цифровой термометр содержит датчик 1 тe fflepaтypы, состоя1Щй из тер- мочувствительного кварцевого резонатора 25 генератора 3, управляемого ключа 4, постоянного запонинакщего устройства 5 (ПЗУ), счетчика б адреса, вспомогательного генератора 7 и элемента И 8, линию 9 связи и цифрвой измеритель lO, состоящий из форм рователя 11 сигнала датчика температуры, блока 12 фазовой автоподстройки частоты, первого 13 и второго 14 регистров, счетчика 15 результата, индикаторного регистра 16, блока 17 сравнения кодов, счетчика 18 измерительного интервала, опорного генератора 19, триггера 20, одновибратора 21, ключа 22, формирователя 23 импулса сброса и счетчика 24.

Блок 12 фазовой автоподстройки частоты (фи1 ,2) содержит диффе 5енци- рующуго цепь 25, первый 26 и второй 2 триггеры, ком(утатор 28, одновибра- тор 29 и управляемый генератор 30, резисторь R1, R2 5 R3, конденсатор С1

Формирователь 13 импульса сброса (фиг.З) содержит элемент И 31,

5

- 0 0

ь

G

5

ключ 32 J резис : иры R4, R5, конденсатор С2.

Цифровой те))1-гометр работает следующим образом.

Генератор 3 с резонатором 2 в его обратной связи вырабатывает сигнал, частота которого зависит от температуры

Г

где т„ частота генератора при тем- перагуре 0 S - крутизна характеристики

преобразования кварцевого

резонатора;

0 - температура резонатора, Вспомогател1,ный низкочастотный генератор 7 вырабатывает импульсы, которые при наличии 1 на выходе старшего разряда счетчика 6 адресов ПЗУ 5 поступают через элемент И 8 на управляющий вход управляемого ключа 4. При подаче, единичного уровня на управляющий вход управляемого ключа 4 к его выходу подключается выход ПЗУ 5, а при подаче нулевого - выход генератора 3, При нуле на выходе старшего разряда счетчика 6 адресов через управляемый ключ 4 так же проходит сигнал с выхода генератора 3, Переключение счетчика 6 адресов ПЗУ осуществляется задним фронтом импульсов генератора 7, Таким образом, сигнал датчика 1 температуры представляет собой частотные посьшки с паузами между ними. Частота посьшки равна частоте генератора 3, а уровень каждой паузы соответствует уровню выходного сигнала ПЗУ 5 по адресу,в котором находится счетчик 6 адреса.

В ПЗУ 5 записаны в виде кода число предустановки счетчика 15 результата и длительность счетного интервала,

соответствующая крутизне характеристики резонатора 2 в виде числа,

подаваемого на вторые входы устройства 1 7 сравнения кодов.

Сигнал датчика 1 температуры по лнии 9 связи поступает на вход дифро- вого измерителя 10 температуры, где он формируется формирователем 11 по напряжению до стандартного уровня логических микроэлементов, С выхода формирователя 11 частотные посьшки с паузами между ними поступают на входы блока 12 фазовой автоподстройк частоты и первого регистра 13.

Блок 12 фазовой автоподстройки частоты предназначен для выработки сигнала, частота которого равна частоте входного сигнала. Выходной сигнал блока должен сохраняться и его частота должна быть неизменной при кратковременном пропадании входного сигнала на время передачи очередного, бита информации о параметрах датчика. Кроме того, блок 12 фазовой автоподстройки частоты вьщает на своем втором выходе сигнал о том, что на- ступила пауза между частотными посыпками, уровень которой (О или 1) является уровнем бита передаваемой информации.

По сигналам на втором выходе блока 12 производится сдвиг в первый регистр 13 и в него бит за битом поступает информация о параметрах датчика температуры резонатора 2. Каждый поступающий в первьй регистр 13 бит информации соответствует уровню сигнала во время паузы между частотными посьшками, которая вызывает на втором выходе блока 12 сигнал Сдвиг на тактовом входе первого регистра 13 и добавление 1 в счетчик 24. Установка в 1 старшего разряда счетчика 24 вызьтает перенос принятой о параметрах датчика информации из первого регистра 13 во второй 14. Установка в О счетчика 24 производится по сигналу формирователя 23 импульса сброса, который вьфабатывает этот импульс в ответ на импульс на втором выходе блока 12, когда этот импульс поступает после длительной паузы, т.е. после того, как старший разряд счетчика 6 адресов ПЗУ

переходит из состояния О в состояние Г.

Счетчик 18 измерительного интервала непрерывно подсчитывает импульсы опорного генератора 19. При переполнении счетчика 18 измерительного интервала триггер 20 устанавливается в О. При этом запускается одно- вибратор 21 и передним фронтом своего импульса переносит полученный в счетчике 15 результата результат измерения в индикаторньпЧ регистр 16, Кроме того, импульс одновибратора 21 переносит число из части разрядов второго регистра 14 в счетчик 15 рейуль- тата, осуществляя тем самым его предварительную ненулевую установку. Когда число в счетчике измерительного интервала 18 становится равным числу, записанному в части разрядов второго регистра 14, поданных: на входы устройства 17 сравнения кодов, триггер 20 становится в 1 и ключ 22 замыкается С этого момента начинается подсчет импульсов от датчика 1 температуры счетчиком 15 результата.

Результат измерения, таким образом, зависит от чисел, передаваемых по линии связи из ПЗУ 5.

Число, образованное в счетчике 15 результата, равно

Np

Т, N

о

0

поступающее в счет- из второго регистгде NO - число, чик 15 ра 14 i

длительность счетного интервала . обеспечить вьтолление равенTC Еслиства

Т -

1

- N,

S-U0

S 40

где д9 - цена деления младшего разряда термометра, а знак (-) перед N означает, что N, необходимо вводить в обратном коде,

6

то

N

U0

Для обеспечения эаданног о значения Т число N, передаваемое ПЗУ 5 и поступаюи(се на вторые входы устройства 17 сравнения кодов лолв: 1о быт п связано с параметраг-ш датчика следующим соотношением

N

TC

- fl-

S.U0

где

f о

частота опорного генератора 19,

Число N,, в ПЗУ записано в обратном коде.

Блок 12 фазовой автоподстронкичастоты работает следующим образом.

Входные импульсы через дифференцирующую цепь 25 устанавливают первый триггер 26 в 1,а импульсы управляемого генератора - в О. В это время второй триггер 27 каждым импульсом управляемого генератора 30 устанавливается в 1, так как в момент прихода каждого импульса упраБляемого генератора первый триггер 26 находится в 1.

При установке первого триггера 26 в 1 к выходу коммутатора 28 через резистор R2 подключается источник питания и конденсатор С1 на В}:оде управляемого генератора 30 заряжаетс При установке первого триггера 26 в О импульсом от управляемого генератора 30 коммутатор 28 подключает к входл управляемого генератора 30 через резистор R3 общую шлну,, и конденсатор на входе управляемого генератора 30 разряжается, В состоянии динамического равновесия напряжение на конденсаторе С1 устанавливается таким, что частота управляемого генератора 30 равна входной. Таким образом, при наличии входных импульсов работа блока 12 фазовой автоподстройки частоты не отличается от обычной, 15сли частота управляемого генератора 30 начинает по каким-либо причинам уменьшаться, т.е, начинает становиться меньше входной, первый триггер 26 дольше находится Б 1, что приводит к росту частоты управляемог з енератора 30 и наоборот.

При пропадании входных импульсов первый после зтого И отульс управляемого генератора 30 устанавливает первьш триггер 26 в О и иодт йер;;-;- дает. второй триггер 27 в 1, а ззторой импульс управляемого генератора 30 подтверждает нулевое состояни первого триггера 26 и устанавливает второй триггер 27 в О, При этом коммутатор 28 перестает подключать

нсточ 1ик питания и общую шиьгу к своему выходу и напряжение на конденсаторе С1 остается нензмен ым. Так происходит до возоб овления поступления входного сиг-нала, после чего второй триггер 27 устанавливается в 1, а блок 12 автоподстройки вновь следит за изменен1 ем частоты вход1юго сигнала,

При установке второго триггера 27 в О запускается одновибратор 29, и на втором выходе блока 12 автоподстройки появляется имггульс, задний

фронт которого оказывается примерно в середине паузы между частотными посылками датчика. Этот фронт производит сдвиг информации в первом регистре 13,

Формирователь 23 и myльca сброса (фиг.З) работает следующим образом.

Входной импульс проходит через элемент И 31 и одновременно замыкает ключ 32, что приводит к разряду кгонденсатора С2 чео&з резистор R4, и

на втором входе элемента И 31 устанавливается О. Задняя часть входного 11 -1пульса уже не проходит через --элемент И 31., Следующий входной импульс не проходит через элемент И 31

5

5

0

0

импульсаьш кондер1сатор С2 не успевает зарядиться да единичного уровня, В то же время следующий импульс вновь раз1 яжает конденсатор, тем самым препятствует следующему входному импульсу пройти на выход.

Только после паузы между импульсами, за время которой конденсатор С2 успевает зарядиться до единичного уровня, часть входного импульса снова проходит на выход, производя сброс сче 1 чика 2Д (фиг,1).

Таким образом, в предлагаемом термометре на выходе датчика и на входе цифрового измерителя температуры имеются только стандартные уровни сигнала О и 1 как при передаче частотного сигнала, так и при передаче информации о параметрах датчика.

Формула : зобретения

Цифровой термометр, содержащий датчик температуры, состоящий из ге- : ;ератора, в частотно-задающую цепь которого включен термочувствитель- мьп кварцевый резонатор, постоянного запоминающего устро 1ства со счетчиком адресов и вспомогательного генератора, выход которого подключен к входу счетчика адресов, а выход датчика температуры через линию связи подключен к входу формирователя сигнала датчика температуры цифрового измерителя, содержащего дополнительно последовательно соединенные ключ и счетчик результата с индикаторным регистром, опорный генератор и подключенный к его выходу счетчик измерительного интервала, выходы которого подключены к первой rpjmne входов блока сравнения кодов, а старший раз ряд дополнительно к первому входу триггера, к второму входу которого подключен выход блока сравнения кодов, а выход - к входу одновибратора и управляющему входу ключа, причем выход одновибратора подключен к входу Перенос индикаторного регистра и входу разрешения предварительно установки счетчика результата, два регистра, выходы первого из которых подключены к входам второго регистра, первая часть выходов которого подключена к информационным входам предварительной установки счетчика результата, а вторая часть - к второй группе входов блока сравнения кодов.

отличающийся тем, что, с цепью повышения надежности, в датчик температуры введены управляеньш ключ и элемент И, к первому входу которого подключен выход вспомогательного генератора, к второму входу выход старшего разряда счетчика адресов, а выход подключен к управляющему входу управляемого ключа, первый вход которого подключен к выходу генератора, второй вход - к выходу постоянного запоминающего устройства, а выход является выходом датчика температуры, при этом в цифровой, измеритель введены блок фазовой автоподстройки частоты, счетчик, формирователь импульса сброса, причем входы блока фазовой автоподстройкп частоты и первого регистра подключены к выходу формирователя сигналов датчика, первый вьгход блока фазовой автоподстройки частоты подключен к входу ключа, а второй выход - к входз формирователя импульса сброса счетчика, к входу Сдвиг первого регистра и счетному входу счетчшса, вход цброса которого подключен к выходу формирователя импульса сброса, а выход старшего разряда - к входу Перенос второго регистра.

Фиг.г

Вк

Фи.З