Цифровой термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K5/18 G01K1/02 

4i

СО

О9

Изобретение относится к измерению температуры, а именно к устройствам для измерения температуры контактны- fи методами с коррекцией нелинейное- ти характеристики первичного измерительного преобразователя и цифровой индикацией результата измерений.

Цель изобретения - повышение точмости измерения,

На фиг,1 приведена функциональная схема цифрового термометра} на фиг.2 схема регистрации; на фиг.З - график поясняющий определение функции коррекции нелинейности по фиксированным точкам.

Цифровой термометр содержит заполненный контрастирующей термочувствительной жидкостью герметический прямоугольный прозрачный капилляр 1 с |6аллоном и расположенные на определенном расстоянии по разные стороны от -капилляра 1 источник 2 света и фотоприемную матрицу 3, оптически сопряженные с помощью осветительных 4 и приемных 5 волоконных световодов одни концы которых, расположенные по разные стороны от капилляра 1, жестк закреплены ме жду собой и стенкой капилляра 1, причем выходные освети- тельные торцы 6 уложены вдоль стенки капилляра 1 равномерно, а входные приемные торцы 7 расположены параллельно к выходным осветительным торцам 6 вдоль противоположной стенки капилляра 1 и уложены в линию с переменным шагом квантования по закону обратной нелинейной характеристики термопреобразователя; осветительные свет оводы связаны с источником 2 света, а приемные световоды 5 выходными торцами пристыкованы к фотоприемной матрице 3, электрически связанной через соответствующие усилители фототока и компараторы 8 со схе-

Jмой регистрации.

Кроме того, цифровой термометр содержит генератор 9 тактовых импульсов, кольцевой регистр 10, логически элемент И 11, триггер 12 управления, счетчик 13 числа импульсов, блок 14 индикации, схемы 15 совпадения и элемент ИЛИ-ПЕ 16, соединенный с вы:ходами схем 15 совпадения, первые входы каждой из схем 15 совпадения

соединены соответственно с выходами кольцевого регистра 10, вторые входы через соответствующие компараторы 8 соединены с фотоприемной матри

5

0 5 . О Q с

5

5

цей 3,. а выход элемента И1Ш-} Е 16 подсоединен к входу.сброса триггера 12 управления, выход генератора тактовых импульсов 9 соединен с входом кольцевого регистра 10 и первым входом логического элемента И 11, первый выход кольцево го регистра 10 с.оединен с S-входом управляющего тригг ера 12

.и с шиной сброса счетчика 13 числа импульсов, выход, триггера 12 управления подключен к второму входу эле- И 11, выход которого соединен со счетным входом счетчика 13 числа импульсов, выход,которого соединен с блоком 14 индикации, который ре- т истрирует числовые значения абсолютных и относительных значений измеряемой температуры и вы.дает световой сигнал при выходе за пределы рабочего диапазона,

На фиг,3.прямая 17 соответствует линейному закону выходного сигнала цифрового термометра от темпер&туры кривая 18 показывает,как меняется выходной.сигнал термометра при отсутствии коррекции нелинейности

|термопреобразователя, а кривая 19 показывает функцию коррекции нелинейности термопрео.бразователя (функцию укладки входных торцов 7 приемных световодов 5) ,

Цифровой термометр работает следующим образом.

Генератор 9 тактовых импульсов выдает импульсы на синхронизирующий вход кольцевого регистра 10 и на логический элемент И 11, С кольцевого регистра 10 на входы схем 15 совпадения поступает последовательность импульсов, сдвинутых друг относительно друга на T/N, где Т - период следования импульсов; а N - количество измеряемых уровней температуры. Первый импульс кольцевого регистра 10 сбрасывает в нулевое положение счетчик 13 числа импульсов и переключает триггер 12 управления в положение, при котором единичный потенциал имеет первый вход логического элемента И 11. В результате через логический элемент И 11 проходят тактовые им- пульсы генератора 9. на счетчик- 13 числа импульсов, С изменением уровня ртути в капилляре 1 на величину ЛЬ световой поток воспринимается только теми установленными вдоль прозрачного капилляра .1 приемными световодами 5, входные торцы 7 которых расположены выше уровня ртути. Воспринятый волоконными световодами световой поток направляется на соединение с ними фотоприемную матрицу 3, электрические сигналы которой через соответствующие усилители фототока и компараторы 8 поступают к первым входам схем 15 совпадения и при поступлении на вторые входы схем 15 совпадения импульсов от кольцевого регистра 10 на выходах схем 15 совпадения, соответствующих освещенному уровню, будет сигнал 1 О

нал

, не освещенному - сиг , а в паузах между импульсами кольцевого регистра 10 - сигнал уровня о. В результате для неосвещенных приемньк торцов 7 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 16 сигнал представляет собой последовательность импульсов, период которых определяется периодом следования импульса кольцевого регистра 10, а длительность определяется длительностью импульса -.генератора 9 тактовых импульсов. Пербый же импульс этой последовательности, поступая на вход сброса триггера 12 управления, опрокидывает его в положение, при котором снимается высокое напряжение с первого входа логического элемента И 11, и импульс генератора 9 тактовых импульсов не проходит на счетчик 13 числа импуль сов. На счетчике 13 числа импульсов остается зафиксированным число, пропорциональное температуре вплоть до появления следующего пускового импульса, выдаваемого кольцевым регистром 10. Такой процесс счета происходит до тех пор, пока не произойдет изменение уровня ртути термопреобразователя. Результаты измерений индицируются блоком 14 индикации.

Для получения на выходе цифрового термометра характеристики (кривая 17) линейно зависящей от измеряемой температуры, достаточно к характеристике термопреобразователя (кривая 18) прибавить функцию коррекции нелиней

10

20

0

15 25

5

0

5

0

ности термопреобразователя (кривая 19), которая может быть определена при градуировке.термопреобразователя экспериментально. Ввиду выраженно,й для контактных термопреобразователей нелинейности характеристики (кривая 18), функция коррекции нелинейности (кривая 19) аппроксимируется ступенчатой функцией, определяющей шаг укладки входных приемных торцов 7 световодов. При любом значении темпераг туры максимальная погрешность измерения температуры определяется погрешностью укладки входных торцов 7 световодов и половиной шага квантования частоты генератора 9 тактовых импульсов и может быть достаточно малой.

Цифровой термометр позволяет измерять температуру с более высокой точностью, благодаря исключению нелинейной погрешности термопреобразо- вателя и позволяет расширить сферу применения устройства.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий заполненный контрастирующей термо чувствительной жидкостью герметический прямоугольный прозрачный капилляр с баллоном, схему регистрации, расположенные по разные стороны от капилляра, и оптически сопряженные с ним посредством световодов источник света и фотоприемную матрицу, причем выходные осветительные торцы.световодов уложены вдоль стенки,капилляра равномерно и примыкают друг к другу, входнне приемные торцы световодов уложены вдоль противоположной стенки капилляра и примыкают друг к другу, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, входные приемные торцы световодов выполнены разной величины с.увеличением размера|ПО закону обратно нелинейной характеристики термочувствительной жидкости.

Изобретение относится к области измерения те1 пературы. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет устранения погрешности, вызванной неидентичностью характеристики термопреобразователя по крутизне. Цифровой термометр содержит заполненный контрастирующей тер- ,мочувствительной жидкостью герметический прямоугольный прозрачный ка-г пилляр с баллоном, расположенные на определенном расстоянии по разные стороны от капилляра и оптически сопряженные источник света и фотоприемную матрицу. Выходные осветительные торцы уложены вдоль стенки капилляра равномерно, а входные приемные торцы расположены параллельно выходным осветительным торцам вдоль противоположной стенки капилляра и уложены в линию с переменным шагом по закону обратной нелинейной характеристики термометра. Осветительные световоды связаны с источником света, приемные световоды выходными торцами пристыкован к фотоприемной матрице, соединенной со схемой регистрации. 3 ил. $ (Л

Схема регистрации

8

Фие.1

15

/4

О1Z

13

15

16

S

10

Фиг.2