Цифровой термометр Советский патент 1989 года по МПК G01K7/32 

I цыш -Л«г- я

Изобретение относится к темпера- irypHbiM измерениям с применением термочувствительных стабильных кварцевых резонаторов и может быть использовано в различных отраслях промьш- ленности, где требуется измерение температуры с повышенной точностью.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем снижения по-... }грешности измерения, обусловленной I нестабильностью частоты опорного ге- 1 нератора.

На чертеже представлена структур- : ная схема цифрового термометра, i Цифровой термометр содержит пер- вый термопреобразователь 1 с частот- : уым выходом. Например, генератор с кварцевым термочувствительным пьезо- резонатором, второй термопреобразователь 2 с частотным выходом, идентичный первому, термочувствительный элемент которого размещен совместно с кварцевым пьезорезистором генератата измерения 10 содержит двоично10

15

20

десятичный реверсивный счетчик 11 и последовательно подключенные к нему реверсивный сдвиговый регистр 12, дешифратор 13 цифрового двоичного кода в код семисегментного светодиодного цифробуквенного индикатора 14, вход RO установки в О двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 подключен к выходу второго элемента ИЛИ 9, а счетньй С-вход - к выходу первого элемента ИЛИ 8. С-вход синхронизации реверсивного сдвигового регистра 12 соединен с шестым выходом распределителя импульсов 5. Вход Rg установки в О первого триггера знака 15 соединен с выходом второй схемы ИЛИ 9, информационный D-вход с выходом Р переноса двоично-десятичного реверсивного счетчика 11, вход +1 управления реверсом которого подключен к выходу первого триггера знака 15. Одновременно, выход первого

тора опорной частоты 3 в корпусе, об-25 триггера знака 15 подключен к инфор- ладающем высокой теплопроводностью, например, в корпусе, вьтолненном из алюминия, в котором вырезаны два отверстия под пьезорезонг{торы на расстоянии 3 мм одно над другим, причем отверстия вырезаются с учетом того, что пьезорезонаторы будут устанавливаться на теплопроводящую пасту. Выход генератора опорной частоты 3 под- - ключей к входу формирователя временных интервалов 4, выполненному на программируемом счетчике, выход которого подключен к С-входу синхронизации распределителя импульсов 5, в качестве которого используется счетчик-делитель на 8. Выход первого термопреобразователя 1 подключен ко входу первого ключа 6, управляющий вход которого соединен с пятым выходом распределителя импульсов 5, а выход второго термопреобразователя 2 - ко входу второго ключа 7, управляющий вход которого соединен с вторым выходом распределителя импульсов 5, седьмой выход которого соединен с R-входом установки в О распределителя импульсов 5. I

Выход первого ключа 6 и выход второго ключа 7 подключены соответственмационному В входу второго триггера знака 16, вход установки в О которого соединен с шестым выходом распределителя импульсов 5, а выход

30 подключен к индикатору 17 знака измеряемой температуры в качестве которого может быть использован, например , с.ветодиод.

Блок памяти 18 включает в себя

2J реверсивный сдвиговой регистр 19, информационные входы которого соединены с выходами данных двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 счетчика результата измерения 10, а С-вход

40 синхронизации реверсивного сдвигового регистра 19 соединен с третьим выхо- .дом распределителя импульсов 5, а также перепрограмируемое запоминающее устройство (ППЗУ) 20, например, пе45 репрограмируемое постоянное запоминающее устройство с электрической записью информации и стиранием ее ультрафиолетовым излучением, адресные .входы которого соединены с выхо5Q дами данных реверсивного сдвигового регистра 19 устройства памяти 18, а выходы - с информационными входами (D;, -Вц)двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 счетчика результата

но к первому и второму входам первой 55 измерения 10.

схемы ИЛИ 8, а вторая схема ИЛИ 9 входами подключена соответственно к первому и четвертому выходам распределителя импульсов 5. Счетчик резульЦифровой термометр работает следующим образом.

Генератор опорной частоты 3 с кварцевым пьезорезонатором формирует

14621222

тата измерения 10 содержит двоично

десятичный реверсивный счетчик 11 и последовательно подключенные к нему реверсивный сдвиговый регистр 12, дешифратор 13 цифрового двоичного кода в код семисегментного светодиодного цифробуквенного индикатора 14, вход RO установки в О двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 подключен к выходу второго элемента ИЛИ 9, а счетньй С-вход - к выходу первого элемента ИЛИ 8. С-вход синхронизации реверсивного сдвигового регистра 12 соединен с шестым выходом распределителя импульсов 5. Вход Rg установки в О первого триггера знака 15 соединен с выходом второй схемы ИЛИ 9, информационный D-вход с выходом Р переноса двоично-десятичного реверсивного счетчика 11, вход +1 управления реверсом которого подключен к выходу первого триггера знака 15. Одновременно, выход первого

триггера знака 15 подключен к инфор-

мационному В входу второго триггера знака 16, вход установки в О которого соединен с шестым выходом распределителя импульсов 5, а выход

подключен к индикатору 17 знака измеряемой температуры в качестве которого может быть использован, например , с.ветодиод.

Блок памяти 18 включает в себя

реверсивный сдвиговой регистр 19, информационные входы которого соединены с выходами данных двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 счетчика результата измерения 10, а С-вход

синхронизации реверсивного сдвигового регистра 19 соединен с третьим выхо- дом распределителя импульсов 5, а также перепрограмируемое запоминающее устройство (ППЗУ) 20, например, перепрограмируемое постоянное запоминающее устройство с электрической записью информации и стиранием ее ультрафиолетовым излучением, адресные .входы которого соединены с выходами данных реверсивного сдвигового регистра 19 устройства памяти 18, а выходы - с информационными входами (D;, -Вц)двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 счетчика результата

измерения 10.

Цифровой термометр работает следующим образом.

Генератор опорной частоты 3 с кварцевым пьезорезонатором формирует

последовательность импульсов, поступающую на вход формирователя временных интервалов 4, с выхода которого импульсы, длительностью равные ин- тервалу счета, поступают на вход синхронизации С распределителя импульсов 5. Импульс с первого выхода распределителя импульсов 5 через вторую схему ИЛИ 9 поступает на вход О первого триггера

R установки в О двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 ,по которому происходит запись на информационные входы(Рп.,-0ц)

R установки в знака 15 и на вход

15 19 блока памяти 18, куда поступает также информация о знаке измеряемой температуры с выхода первого триггера знака 15.

Третий импульс с третьего выхода

присутствующего на них в виде кода значения частоты термопреобразователя 2 при ,известного из паспортной характеристики.

При этом.,на информационных входах 20 распределителя импульсов 5 поступает (), соответствующих единицам, на вход синхронизации С реверсивного

сдвигового регистра 19 блока памяти

десяткам и сотням градусов, этот код набирается путем установки перемычек между общей шиной или шиной питания и информационными входами () счетчика 11. Он равен значению частоты термопреобразователя 1 при О С умноженному на интервал счета.

На входы (В,-Вц) счетчика 11, соответствующие десятым и сотым долям градусы, информация поступает с выхода ППЗУ 20, однако она практически не влияет на точность измерения, так как значение частоты кварцевого пье- зорезонатора генератора опорной частоты 3 при изменении температуры на десятые и сотые доли градуса остается практически постоянным.

Второй импульс со второго выхода .

18, по которому в него записывается информация в виде цифрового кода,

25 находящаяся на его информационных входах. Эта информация с выходов реверсивного сдвигового регистра 19 блока памяти 18 поступает на входы ППЗУ 20, в которое предварительно с

30 помощью программатора занесены значения поправок на нестабильность частоты опорного генератора для каждого из поддиапазонов рабочих температур, причем их количество определяется, исходя из требований к точности измерений в интервале рабочих температур, производя выборку по адресу конкретного значения поправки для данного поддиапазона температур. Далее

35

счетчика 11 также меняется состояние, и он начинает работать на сложение.

По окончании периода счета на .выходах (D,-В)данных двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 появляется цифровой код, соответствующий температуре, при которой находится кварцевый пьезорезонатор второго термопреобразователя 2, а, следовательно, и кварцевьй пьезорезонатор генератора опорной частоты 3, который поступает на информационные входы реверсивного сдвигового регистра

19 блока памяти 18, куда поступает также информация о знаке измеряемой температуры с выхода первого триггера знака 15.

Третий импульс с третьего выхода

18, по которому в него записывается информация в виде цифрового кода,

находящаяся на его информационных входах. Эта информация с выходов реверсивного сдвигового регистра 19 блока памяти 18 поступает на входы ППЗУ 20, в которое предварительно с

помощью программатора занесены значения поправок на нестабильность частоты опорного генератора для каждого из поддиапазонов рабочих температур, причем их количество определяется, исходя из требований к точности измерений в интервале рабочих температур, производя выборку по адресу конкретного значения поправки для данного поддиапазона температур. Далее

Изобретение относится к температурным измерениям с применением кварцевых термопреобразователей и позволяет повысить точность измерения температуры,путем снижения погреш- ности, обусловленной нестабильностью частоты опорного генератора. Частотный сигнал с выхода терМопреобразователя 2, термочувствительный элемент которого размещен совместно с кварцевым резонатором генератора 3 опорной частоты, поступает через ключ 7 и элемент ИЛИ 8 на вход двоично-де- сятичного реверсивного счетчика 11, где преобразуется в цифровой код температуры. Этот код, а также информация о знаке температуры поступают с выхода первого триггера 15 на входы реверсивного сдвигового регистра 19 блока памяти 18. В постоянном перепрограммируемом запоминакнцем устройстве 20 записаны коды поправок на нестабильность частоты опорного генератора поступающие при измерении температуры термопреобразователем 1 на информационные входы счетчика 11. 1 ил. (Г (/

ка 11.

Четвертый импульс с четвертого выраспределителя импульсов 5 поступает 40 поправка в виде кода подается на на второй вход второго кпюча 7. Ключ информационные входы () счетчи- 7 открывается. В течение этого им- пульса частотный сигнал с.выхода второго термопреобразователя 2 через первый вход второго ключа 7 и далее 45 хода распределителя импульсов 5 че- через первый элемент ИЛИ 8 поступаетрез схему ИЛИ 9 поступает на вход R

на счетный С-вход двоично-десятич- . , ного реверсивного счетчика 11. Двоично-десятичный счетчик 11 начинает

50

установки в О первого триггера знака 15 и возвращает его в исходное состояние, а также на вход R установки в ноль счетчика 11, по которому происходит запись на информационные входы (D.K-Df,), присутствующие в виде кода значения частоты термопреобразователя 1 с частотным В1 ходом

работать на вычитание записанного в . нем кода. При переходе содержимого двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 через О выходной сигнал с его выхода переноса Р, поступая на

информационный D-вход первого тригге- 55 РИ 0 С, известно из его паспортной ра знака 15, переводит его в противо- характеристики, а на входы () положное устойчивое состояние. Припроисходит записьзначения поправки

этом, на входе +1 управления ревер-на нестабильность частоты опорного

сом двоично-десятичного реверсивногогенератора, которая находится в виде

ка 11.

поп информа хода ра рез схе

Четвертый импульс с четвертого вы поправка в виде кода подается на ормационные входы () счетчи- а распределителя импульсов 5 че- схему ИЛИ 9 поступает на вход R

поправка в виде кода подается на информационные входы () счетчи- хода распределителя импульсов 5 че- рез схему ИЛИ 9 поступает на вход R

установки в О первого триггера знака 15 и возвращает его в исходное состояние, а также на вход R установки в ноль счетчика 11, по которому происходит запись на информационные входы (D.K-Df,), присутствующие в виде кода значения частоты термопреобразователя 1 с частотным В1 ходом

РИ 0 С, известно из его паспортной характеристики, а на входы () происходит записьзначения поправки

jKOfla на выходах ППЗУ 20 блока памяти 18.

i Пятый импульс с пятого выхода распределителя импульсов 5 поступает на второй вход первого ключа 6. В течение этого импульса частотный сигнал с выхода первого термопреобразователя i1 через первый ключ 6 и первую схему ИЛИ 8 поступает на счетный С-вход ю двоично-десятичного реверсивного счетчика 11. Двоично-десятичный счетчик реверсивный 11 начинает работать на вычитание записанного в нем кода. При переходе содержимого двоично-15

десятичного реверсивного счетчика 11 через О импульс с его выхода переноса Р поступает на информационный D- вход триггера знака 15 и переводит его в

тояние. При этом, по импульсу с вы- , хода триггера знака 15 двоич.но-деся- тичного реверсивный счетчик 11 изме- няет направление счета и до конца

периода измерения работает на сложе- ние. По окончании периода счета на ; выходах данных двоично-десятичного реверсивного счетчика 11 появляется информация об измеряемой температуре, поступающая на информационные входы реверсивного сдвигового регистра 12 счетчика результата измерения 10.

Шестой импульс с выхода распределителя импульсов 5 поступает на вход установки в О второго триггера йнака 16 и на вход С синхронизации реверсивного сдвигового регистра 12 счетчика результата измерения 10.

тор опорной частоты с кварцевым пьезорезонатором, подключенный к формирователю временных интервалов, счетчик результата измерения с цифровым индикатором, первый триггер знака, второй триггер знака, вход ко торого соединен с выходом первого триггера знака, выход подключен к индикатору знака, а вход установки соединен с шестым выходом распредели теля импульсов и входом синхронизации счетчика результата измерения, выход переноса и вход управления реверсом которого соединены соответстве но с информационным входом и выходом первого триггера знака, о т-л и ч а- ю щ и и .с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него

i-li i ЛvJAJl - J. ., противоположное устойчивое сое- 20 введены второй термопреобразователь

25

30

35

При этом, на индикаторе знака 17 отображается информация о знаке измеряемой температуры, а на цифровом индикаторе 14 - значение величины .измеряемой температуры.

Седьмой импульс с выхода распределителя импульсов 5 поступает на R- вхрд установки в О распределителя импульсов 5 и возвращает его в исходное состояние. На этом цикл измерения заканчивается.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу первого .ключа, второй ключ, генерас частотным выходом, термочувствительный элемент которого размещен совместно с кварцевым пьезорезонатором генератора опорной частоты в монолитном корпусе, обладающем высокой теплопроводностью, первый и второй элементы ИЛИ, и блок памяти, информа ционные входы которого соединены со- ответст венно с выходами данных счетчика результата измерения и выходом первого триггера, а выходы подключены к информационным входам счетчика результата измерения, вход разрешения записи информации которого соеди нен с входом установки в О первого триггера знака и выходом второго эле мента ИЛИ, а счетный вход подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с Q выходами первого и второго ключей, при этом входы второго элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и четвертым выходами распределителя импульсов, вход которого подключен

, к выходу формирователя временных

45

интервалов, второй выход распредели теля импульсов соединен с управляющим входом второго ключа, вход кото рого соединен с выходом второго тер мопреобразователя, третий и пятый вы ходы распределителя импульсов соеди нены соответственно с входом синхро низации блока памяти и управляющим входом первого ключа, а седьмой вых соединен с управляющим входом рас50

55

пределителя импульсов.

тор опорной частоты с кварцевым пьезорезонатором, подключенный к формирователю временных интервалов, счетчик результата измерения с цифровым индикатором, первый триггер знака, второй триггер знака, вход которого соединен с выходом первого триггера знака, выход подключен к индикатору знака, а вход установки соединен с шестым выходом распределителя импульсов и входом синхронизации счетчика результата измерения, выход переноса и вход управления реверсом которого соединены соответственно с информационным входом и выходом первого триггера знака, о т-л и ч а- ю щ и и .с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него

0 введены второй термопреобразователь

5

0

5

с частотным выходом, термочувствительный элемент которого размещен совместно с кварцевым пьезорезонатором генератора опорной частоты в монолитном корпусе, обладающем высокой теплопроводностью, первый и второй элементы ИЛИ, и блок памяти, информационные входы которого соединены со- ответст венно с выходами данных счетчика результата измерения и выходом первого триггера, а выходы подключены к информационным входам счетчика результата измерения, вход разрешения записи информации которого соединен с входом установки в О первого триггера знака и выходом второго элемента ИЛИ, а счетный вход подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с Q выходами первого и второго ключей, при этом входы второго элемента ИЛИ соединены соответственно с первым и четвертым выходами распределителя импульсов, вход которого подключен

, к выходу формирователя временных

45

интервалов, второй выход распределителя импульсов соединен с управляющим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом второго термопреобразователя, третий и пятый выходы распределителя импульсов соединены соответственно с входом синхронизации блока памяти и управляющим входом первого ключа, а седьмой выход соединен с управляющим входом рас50

55

пределителя импульсов.