Устройство для измерения температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K7/32 

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температуры термопреобразователями с частотным выходом и с большим разбросом параметров, например пьезокварцевыми преобразователями температуры.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения и повыше.ние надежности устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения температуры содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, например пьезокварцевый преобразователь температуры, опорный генератор 2, например кварцевый, первый 3 и второй 4 счетчики, две логические схемы 5 и 6, регистр 7, дешифратор 8, цифро- вой индикатор 9, первый ждуш,ий мультивибратор 10, элемент ИЛИ 11.

Логическая схема 5 содержит дешифраторы 12.1, 12.2,...,12.п, входы которых являются входами логической схемы, коммутирующие элементы 13, например группу переключателей или наборное поле с перемычками, и элемент 14, выход которого является выходом логической схемы.

Логическая схема 6 содержит дешифраторы 15.1, 15.2,...,15.п, коммутирующие элементы 16 и элемент ИЛИ-НЕ 17. Входы элементов И-НЕ 14 и 17 через резисторы 18.1, 18.2,...,18.п, 19.1 J9.219.п

подключены к источнику напряжения, формирующему сигнал логической единицы, например источнику питания устройства.

Устройство содержит также первый 20 и второй 21 D-триггеры, первый 22 и второй 23 элементы И, первый 24 и второй 25 RS-триггеры, сигнализатор 26, первый инвертор 27, третий D-триггер 28, второй ждущий мультивибратор 29 и второй инвертор 30.

Устройство работает следующим образом.

Термопреобразователь 1 формирует последовательность импульсов, частота которых функционально зависит от температуры термопреобразователя. Для того, чтобы из счетчика 3 результата в регистр 7 попадала верная информация в моменты уста- новивщегося результата, а не в моменты смены состояния разрядов счетчика, необходимо засинхронизировать импульсы с термопреобразователя импульсами опорного генератора. Для этого частотный сигнал с термопреобразователя поступает на D-вход триггера 28, на С-вход которого поступает инвертированный сигнал с выхода опорного генератора. На счетный вход счетчика 3 результата поступает последовательность импульсов с выхода триггера 28. Таким образом, триггер 28 может переворачиваться только в моменты отрицательного фронта импульса на выходе генератора 2.

Импульсы с выхода триггера 28 подсчитываются счетчиком 3 результата. С помощью дещифраторов 12.1, 12.2,...,12.п осу- ществляется преобразование кода, поступающего с выходов счетчика 3 в десятичный код. Причем каждому десятичному разряду соответствует отдельный дешифратор 12. Выходы дешифраторов посредством

0 коммутирующих элементов 14 подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ 14, в результате чего осуществляется набор числа NKCH. При нормальной работе контактов резисторы, подключенные к входам элементов ИЛИ-НЕ 14 и 17, никакого воздействия

не оказывают. Например, набор числа осуществляется путем подключения входов элемента ИЛИ-НЕ 14 к 7-му выходу дешифратора старшего. разряда, к 5-му выходу дешифратора среднего разQ ряда и 3-му выходу дешифратора младшего разряда. При поступлении на счет ный вход счетчика 3 количества импульсов, равного числу NKCH, выбранного с помощью коммутирующих элементов, на выходах дещифраторов 12, соответствующих числу

5 NKCH, появляются уровни логического нуля, в результате этого на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 возникает положительный перепад напряжения. Этот перепад запускает ждущий мультивибратор 29, который вырабатывает положительный импульс, пос0

тупающии на один из входов элемента

И 22, на второй вход которого в это время поступает единица с выхода триггера 20, так как он был установлен в единицу импульсом, поступившим с выхода ждущего, мультивибратора 10 на S-вход этого

5 триггера. Положительный импульс, поступающий с выхода элемента И 22, проходит через элемент ИЛИ 11, поступает на установочный вход R счетчика 3 и сбрасывает его .в ноль.

0 Импульс с выхода ждущего мультивибратора 29, кроме того, поступает на С-вход D-триггера 20 через инвертор 27 и своим задним фронтом (положительным перепадом) устанавливает триггер в ноль, тем самым запрещая прохождение повторного им5 пульса с выхода до тех пор, пока очередной импульс с выхода ждущего мультивибратора 10 в начале следующего цикла измерения не установит D-триггер 20 в единицу. Кроме того, установка счетчика 3 в ноль осуществляется сигналом, поступаю щим при переполнении счетчика 4 с его старщего разряда через ждущий мультивибратор 10 и элемент ИЛИ 11.

На счетный вход счетчика 4 поступают импульсы с генератора 2 опорной частоты.

5 К выходу счетчика 4 подключены дешифраторы 15.1, 15.-2,... 15.П, с помощью которых осуществляется преобразование кода, поступающего с выходов счетчика 4, в десятичный код. Причем каждому десятичному разряду соответствует отдельный дешифратор 15. Выходы дешифраторов 15 подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ 17 с помощью коммутируюш,их элементов 16, в ре- зультате чего осуш,ествляется набор числа Кип. При поступлении на счетный вход счетчика 4 количества импульсов, равного, числу Кнк , на выходах дешифраторов 15.1, 15.2,...,15.п, соответствующих числу Кик, появляются уровни логического нуля. В результате этого на выходе элемента ИЛИ-НЕ 17 возникает положительный импульс, поступающий на вход переноса информации регистра 7. При этом в регистр переписывается код счетчика 3, соответствующий значению измеренной температуры. Этот код поступает в дешифратор 8 и индицируется на цифровом индикаторе 9.

В случае исправной работь коммутирующих элементов 13 и 16, которыми могут быть переключатели, перемычки, тумблеры, первый 24 и второй 25 RS-триггеры устанавливаются в единицу. С выхода элемента И 23 единица поступает на D-вход D-триггера 21 к моменту прихода импульса с выхода ждущего мультивибратора 10. D-триггер 21 этим импульсом устанавливается в единицу, и поступающий с инверсного выхода D-триггера ноль не включает сигнализатор 26./

Однако существует вероятность того, что коммутирующие элементы 13 и 16 не сработают в результате пропадания контакта. В случае неисправной работы одного или нескольких коммутирующих элементов 13 и 16 на один или несколько входов элементов ИЛИ-НЕ 14 и 17 постоянно поступает единица через один из резисторов 18.1, 18.2,...,18.п, 19.1, 19,2,...,19.п. В результате с выхода элемента ИЛИ-НЕ 14 и (или) 17 не будет поступать положительный импульс, устанавливающий по S-Еходу RS-триггеры 24 и 2S в единицу. Вследствие этого с выхода элемента И 23 ноль поступает на D-вход D-триггера 21, к моменту-прихода синхроимпульса с выхода ждущего мультивибратора 10 D-триггер 21 устанавливается в ноль, а единица, поступающая с инверсного выхода D-триггера 21 на сигнализатор 26, включает его, чем сообщается пользователю о наличии неисправности.

При использовании термопреобразователя с линейной термочастотной характеристикой его выходная частота fg связана с измеряемой температурой соотношением f fo+aT, (1)

где fo - частота термопреобразователя, соответствующая нулевой температуре; а - температурный коэффициент термопреобразователя.

За полный цикл работы счетчик 3 считывает число импульсов ,(t«-t,), (2)

под0

5

-|.

Гпоч

-f - длительность временного инГго

fn

tl

где1л -

терзала, задавае.мого коэффициентом Кмк;

-частота генератора 2, опорной частоты;

-время работы счетчика 3 от момента его сброса до момента поступления на его вход количества импульсов, равного числу NKCH,

которое определяется выражением

А/«

TS

При выполнении условий

t,.

и Ыксн -Й5Ь . „ 1гоч

где Т - коэффициент, численно равный приращению количества импульсов при изменении температуры термопреоб- разо вателя на единицу отсчета температуры, например 1°С, число импульсов , т. е. результат измерения прямо пропорционален измеряемой температуре.

Формула изобретения

5

0

5

Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь с частотным выходом, первый счетчик, выход которого через регистр и дешифратор подключен к цифровому индикатору, второй счетчик, вход которого соединен с выходом опорного генератора, две логические схемы, каждая из которых состоит из последовательно включенных дешифраторов, коммутирующих элементов и элемента ИЛИ-НЕ, эле.мент ИЛИ и первый ждущий мультивибратор, вход которого соединен с выходом старшего разряда второго счетчика, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с ус5 тановочным входом первого счетчика, входы дешифраторов логических схем соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, а выход элемента ИЛИ-НЕ второй логической схемы соединен с управляющим входом регистра, отличающееся

0 тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения надежности, в него введены два элемента И, два инвертора, три D-триггера, сигнализатор, резисторы, два RS-триггера и второй ждущий мультивибратор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ первой логической схемы, а выход подключен к первому входу первого элемента И и через первый инвертор соединен с С-входом первого D-триггера, D-вход которого подключен к общей шине устройства. S-вход соединен с выходом первого ждущего мультивибратора, а выход подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ и S-входом первого RS-триггера, R-вход которого соединен с выходом первого ждущего мультивибратора, R-входом второго RS-триггера и С-входом второго D-триггера, выход которого подключен к сигнализатору, а D-вход соединен с выходом второго элемента И, вхо

ды которого соединены соответственно с выходами RS-трнггеров, при этом S-вход второго RS-триггера соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ второй логической схемы, а выход опорного генератора через второй инвертор подключен к С-входу третьего D-триггера, D-вход которого соединен с выходом термопреобразователя, а выход подключен к счетному входу первого счетчика, причем входы элементов ИЛИ-НЕ логических схем подключены через резисторы к источнику питания устройства.

Изобретение относится к термометрии и позволяет расширить диапазон измеряемых температур и повысить надежность устройства. На счетный вход счетчика результата 3 поступает последовательность импульсов с выхода триггера 28 с частотой термопреобразователя 1. При поступлении количества импульсов NKCH, набранного с помощью коммутирующих элементов 12.1...12.п и пропорционального начальной частоте термопреобразователя, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 14 возникает положительный перепад напряжения, запускающий второй ждущий мультивибратор 29, выходной сигнал которого через элемент И 22 и элемент ИЛИ 11 сбрасывает счетчик 3 в «О, а также устанавливает триггер 20 в «О, запрещая прохождение повторного импульса с выхода первого ждущего мультивибратора 10 до начала следующего цикла измерения. При формировании результата измерения это дает возможность получения любого результата, в том числе и большего, чем число NKCB, а следовательно, увеличивает диапазон измеряемых температур. Счетчик 3 подсчитывает импульсы термопреобразователя 1 в течение интервала времени, формируемого генератором опорной частоты 2, счетчиком 4 и логической схемой 6. При неисправной работе какого- либо коммутирующего элемента 13, 16, один из RS-триггеров 24, 25 установится в нулевое состояние, на выходе элемента И 23 возникнет нулевой сигнал, и триггер 21 установится в нулевое состояние, что вызовет срабатывание сигнализатора 26. 2 ил. (Л 1СЛ 4 ю фиг.

Н

Вых.Ю

Вы}(. 17

ВхЮ