Цифровой термометр Советский патент 1989 года по МПК G01K7/32 

BmopuvHbii} npuffop

пит

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить достоверность результата путем автоматического контроля соответствия параметров используемого термопреобразователя требуемым значениям. Цифровой термометр содержит преобразователь 7 напряжение-код, фильтр 6 нижних частот, преобразователь 8 код - ток, схему ,16 сравнения кодов, преобразователь 14 ток- код,сигнализатор 18, цифровой индикатор 15, первый и второй резисторы 4 и 5. 5 ил.

I У8 I

Фие.7

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры контактным методом с помощью термопреобразовате- лей с частотным выходным сигналом (например, пьезокварцевых).

Цель изобретения - повышение достоверности результата измерения пу тем автоматического контроля соответ- ю ствия параметров используемого термопреобразователя требуемым значениям.

На фиг.1 изображена схема цифрового термометра; на фиг.2 - вариант выполнения первой схемы разделения 15 частот; на фиг.З - вариант выполнения второй схемы разделения частот; на фиг.4 - схема преобразователя частоты в значение измеряемой температуры; на фиг.З - схема подключения 20 сменного элемента.

Цифровой термометр содержит термочувствительный кварцевый резонатор (ТКР) 1, включенный посредством первичного канала 2 связи в частотно- задающую цепь генератора 3, первый (идентифицирующий) резистор 4, включенный параллельно выводам ТКР 1, второй резистор 5, фильтр 6 нижних частот, преобразователь напряжение - код 7, преобразователь 8 код - ток, первую схему 9 разделения частот, стабилизатор 10 напряжения, вторичный канал И связи, вторую схему 12

25

30

ченную между выводами конденсаторо 25 и 26.

Вторая схема 12 разделения частот содержит конденсатор 28, включенный между первым проводом втори ного канала 11 линии связи и вывод 23, конденсатор 29, включенньй меж выводами 22 и 24, и индуктивность включенную между выводами конденса ров.

Генератор 3 может быть выполнен по стандартной схеме, при этом он должен иметь большое входное сопро тивление. При наличии генератора с небольшим входным сопротивлением н входе .генератуэра следует включить конденсатор. В качестве стабилизат ра 10 напряжения, фильтра 6 низких частот, преобразователя 7 напряжение - код, преобразователя 8 код - ток, преобразователя 14 ток - код, схемы 16 сравнения кодов использую ся типовые элементы, выполненные п необходимости в микроэлектронном и полнении .

Преобразователь 13 частоты в зн чение измеряемой температуры может быть выполнен по типовой схеме, со держащей ключ 31, опорный кварцевы генератор 32, делитель 33 частоты базы времени с выводами 34 для под ключения части выводов сменного эл мента 17, счетчик 35 результата с

ныи канал J i иилли, .- --,

разделения частот, преобразователь 13 35 измерительным входом, выводами 36

..Trno norrVrtinueiiiMa иягти ВЫВОПОВ СМе

частоты в значение измеряемой температуры, преобразователь 14 ток - код, цифровой индикатор 15, схему 16 сравнения кодов, сменный элемент 17 и сигнализатор 18.

Выводы 19-21 первой схемы 9 разделения частот соединены соответственно с земляной шиной, с выходом генератора 3 и выходом преобразователя 8 код - ток.45

Выводы 22 - 24 второй схемы 12 разделения частот соединены соответственно с входами преобразователя 13 частоты в значение измеряемой темпе- JQ ратуры и преобразователя ток код.

Первая схема 9 разделения частот выполнена на пассивных LC-элементах и содержит конденсатор 25, включенный между выводами 19 и 21, конден- 55 сатор 26, включенный между выводом 20 и первым проводом вторичного канала 11 связи, не соединенным с земляной шиной, и индуктивность 27, вклюдля подключения части выводов сме ного элемента 17 и выводами в ин каторньй регистр 37, цифровой инд тор 38 кода значения измеряемой т температуры.

В качестве сменного элемента 1 может быть использовано наборное ле из коммутирующих элементов (пе ключателей или тумблера), ответна часть распаянного разъема или пос янное запоминающее устройство, ча вьшодов которого подключена к вхо 36 счетчика 35 результат-а измерен входящего в состав преобразовател 13 (дискретная коррекция технолог ческого разброса термочастотной х рактеристики ТКР по номинальной ч тоте) , часть выводов подключена к выводам 34 делителя 33 частоты ба времени, входящего в состав преоб зователя 13 (дискретная коррекция технологического разброса ТКР по тизне) , а дополнительные выводы п ключены к входам схемы 16 сравнен

5 0

5

0

ченную между выводами конденсаторов 25 и 26.

Вторая схема 12 разделения частот содержит конденсатор 28, включенный между первым проводом вторичного канала 11 линии связи и выводом 23, конденсатор 29, включенньй между выводами 22 и 24, и индуктивность 30, включенную между выводами конденсаторов.

Генератор 3 может быть выполнен по стандартной схеме, при этом он должен иметь большое входное сопротивление. При наличии генератора с небольшим входным сопротивлением на входе .генератуэра следует включить конденсатор. В качестве стабилизатора 10 напряжения, фильтра 6 низких частот, преобразователя 7 напряжение - код, преобразователя 8 код - ток, преобразователя 14 ток - код, схемы 16 сравнения кодов используются типовые элементы, выполненные при необходимости в микроэлектронном исполнении .

Преобразователь 13 частоты в значение измеряемой температуры может быть выполнен по типовой схеме, содержащей ключ 31, опорный кварцевый генератор 32, делитель 33 частоты базы времени с выводами 34 для подключения части выводов сменного элемента 17, счетчик 35 результата с

,

измерительным входом, выводами 36

Trno norrVrtinueiiiMa иягти ВЫВОПОВ СМе

для подключения части выводов сменного элемента 17 и выводами в инди- каторньй регистр 37, цифровой индикатор 38 кода значения измеряемой тем- температуры.

В качестве сменного элемента 17 может быть использовано наборное поле из коммутирующих элементов (переключателей или тумблера), ответная часть распаянного разъема или постоянное запоминающее устройство, часть вьшодов которого подключена к входам 36 счетчика 35 результат-а измерения, входящего в состав преобразователя 13 (дискретная коррекция технологического разброса термочастотной характеристики ТКР по номинальной частоте) , часть выводов подключена к выводам 34 делителя 33 частоты базы времени, входящего в состав преобразователя 13 (дискретная коррекция технологического разброса ТКР по крутизне) , а дополнительные выводы под- ключены к входам схемы 16 сравнения

кодов (параллельный код, соответствующий идентифицирующему сигналу,образованному на выходе ТКР).

На фиг.5 изображен вариант выполнения сменного элемента 17 в виде наборного поля из коммутирующих элементов, содержащего коммутирующие элементы 39, которые подключены к выводам 36 триггеров соответствующих декад счетчика 35 результата. Через коммутирующие элементы 39, корректирующие номинальную частоту ТКР, осуществляется сброс счетчика результата в заданное коммутирующими элементами 39 состояние Предустановка счетчика результата, реализуемое по-г дачей, определяемого технической документацией для выбранной интегральной схемы счетчика, импульса Сброс. Наборное поле сменного элемента 17 также содержит коммутирукнцие элементы 40, которые подключены к выводам 34 триггеров делителей 33 частоты базы времени. Через коммутирукщие элементы 40 делителя 33 частоты базы времени, корректирующие крутизну ТКР, осуществляется подача на ключ (селектор) 31 опорного сигнала кварцевого генератора 32, что задает базу времени цифрового термометра. Кроме того, наборное поле сменного элемента 17 содержит коммутирующие элементы 41 (дополнительные выводы сменного элемента 17), которые подключены к выводам схемы 16 сравнения кодов. Таким образом, сменный элемент 17 и схема 16 сравнения кодов соединены четырьмя линиями, что позволяет идентифициро- ватй в двоичном коде 10 термочувствительных кварцевых резонаторов, находящихся на исследуемом объекте.

Цифровой термометр работает следующим образом.

Напряжение питания на стабилизатор 10 напряжения, генератор 3 и преобразователи 7 и 8 подается от источника питания термометра, (на фиг.1 показана шина 4-Uny) через преобразователь

14

12

ток - код, вторую схему I

разделения частот, вторичный канал

11 связи и первую схему 9 разделения частот. Питание генератора 3 от делителя напряжения на резисторах 4 и 5 осуществляется от стабилизатора 10 напряжения, а питание преобразователей 7 и 8 может осуществляться или непосредственно с выводов 21 схемы 9,

или с выхода стабилизатора 10 напряжения (цепи питания преобразователей 7 и 8, а также преобразователь 13

частоты в значение измеряемой температуры, схема 16 сравнения кодов и цифровой индикатор 15 на фиг.1 не показаны) .

Преобразователь ток - код, имеющий низкое входное сопротивление, формирует на своих входах код, пропорциональный току, потребляемому генератором 3, преобразователями 7 и 8 и делителем напряжения на резисторах 4 и 5.

5

0

5

0

5

0

5

Частотный сигнал ТКР 1, пропорциональный измеряемой температуре среды в которой размещен ТКР, с выхода генератора 3 поступает через первую схему 9 разделения частот, вторичный канал 11 связи и вторую схему 12 разделения частот на вход преобразователя 13 частоты в значение измеряемой температуры. Наряду с частотным сигналом, частота которого пропорциональна .измеряемой температуре, на выходе ТКР 1 при помощи делителя напряжения на резисторах 4 и 5, подключенного к стабилизатору 10 напряжения, формируется напряжение постоянного тока, значение однозначно идентифицирует данный ТКР. Значения сопротивлений резисторов 4 и 5 выбирают высокоомными, чтобы не нагружать ТКР 1 и стабилизатор 10 напряжения. В то же время несколько значений сопротивлений первого резистора 4, однозначно определягадего данный ТКР, выбирают сильно отличающимися друг от друга. Образованный делителем напряжения на резисторах 4 и 5 идеи-, тифицирующий сигнал напряжения постоянного тока, уровень которого однозначно определяет данный ТКР, поступает на фильтр 6 низких частот, который задерживает высокочастотный сигнал ТКР I, направляющийся в схему генератора 3. Из фильтра 6 идентифицирующий сигнал поступает в преобразователь 7 напряжения - код, а из последнего - в преобразователь 8 код - ток, величина выходного сопротивления которого однозначно связана с входным кодом (в простейшем случае преобразователь код - ток может быть выполнен в виде ключей, которые коммутируют выходные нагрузочные резисторы) .

1Д55245

Так как величина выходного сопро- -ривления преобразователя 8 однознач- Ио связана с сигналом с выхода дели- (вля напряжения на резисторах 4 и 5 Н преобразователь 8 подключен к источнику питания через преобразова- Уель ток - код, то и ток,протекающий шрез преобразователь 14 ток - код также будет однозначно связан с сиг- чалом с выхода делителя и будет изме- мться при изменении выходного сопротивления преобразователя 8 код - ток 1ри этом на выходах преобразователя 14 ток - код образуется параллельный од однозначно идентифицирующий дан- шй ТКР. Этот параллельный код поступает на входы схемы 16 сравнения ко- 5ОВ, на другие входы которой поступает параллельньй код сменного элемента 17, соответствующий данному ТКР.

При совпадении параллельных кодов поступающих на схему 16 сравнения включенный на выходе последней сигна- пизатор 18 показывает, что установ- пенный на объекте (недоступный оператору) ТКР 1 и установленный во вторичном приборе сменный элемент 17, ранее настроенный в процессе юстиров ки цифрового термометра, соответст- ;вуют друг другу. В противном случае сигнализатор 18 показывает, что установленный на объекте ТКР 1 и ошибочно установленный во вторичном приборе сменный элемент 17 не соответствуют друг другу. При этом сменный элемент 17 заменяется другими, причем процедура замены повторяется до появления соответствующего сигнала от сигнализатора 18. Для облегчения работы оператора параллельный код с выхода преобразователя 14 ток - код поступает, кроме входов схемы 16 сравнения, также на цифровой индикатор 15, который индицирует код номера конкретного ТКР, находящегося на объекте.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий термочувствительный кварцевый резонатор, выводы которого через первичный канал связи подключены к частотно- определякицему входу и общему выводу генератора, соединенному с земляной шиной термометра, стабилизатор напряжения, выход которого подключен к питающей шине и общему выводу генератора, преобразователь частоты в значе- ние измеряемой температуры, соединенный с выходами сменного элемента, вторичный канал связи, вход которого соединен с выходом первой схемы разделения частот, а выход подключен к 5 входу второй схемы разделения частот, отличающий ся тем, что, с целью повышения достоверности результата измерения, в него введены преобразователь напряжение - код, 0 фильтр низких частот, преобразователь код - ток, схема сравнения кодов, преобразователь ток - код, сигнализатор, цифровой индикатор, первый и второй резисторы, включенные соответственно между вьшодами термочувствительного кварцевого резонатора и между питающим и частото-опре- деляющим входом генератора, соединенным через фильтр низких частот с пер- 0 вым входом преобразователя напряжения - код, второй вход которого соединен с общим выводом генератора, а выход подключен к входу преобразователя код - ток, включенного меяду 35 входом стабилизатора напряжения и общим вьшодом генератора, соединенными соответственно с первым и вторым выводами первой схемы разделения частот, третий вывод которой соединен с 40 выходом генератора, при этом первый и второй выводы второй схемы разделения частот соединены с входом преобразователя частоты в значение измеряемой температуры, а третий вьгаод 45 подключен к источнику питания термометра через преобразователь ток - код, выходы которого соединены с входами цифрового индикатора и первыми входами схемы сравнения, вторые вхо- 50 ды которой соединены с дополнительными выходами сменного элемента, а выход подключен к сигнализатору.

Фиг. г

Фие.

Фи9,

фие.5