Цифровой термометр Советский патент 1992 года по МПК G01K7/32 

Изобретение относится к измерению температуры контактными методами с помощью термопреобразователей с частотным выходным сигналом, в частности пьезокварцевых термопреобразователей.

Известен цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходным сигналом, генератор опорной частоты, смеситель, коммутирующий элемент, счетчик результата, систему индикации.

Недостатком этого цифрового термометра является низкая точность измерения, вызванная тем, что не во всех случаях нелинейность характеристики период-частота компенсирует нелинейность характеристики датчика температуры.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом и связанный с ним первым входом смеситель, генератор опорной частоты, выход которого подключен к второму входу смесителя, делитель частоты, ключ, счетчик результата с регистром, входы которого подключены к выходам счетчика и цифровой индикатор, входы которого подключены к выходам регистра.

Недостатками этого термометра являются низкая точность, вызванная неустраняемой погрешностью датчика от нелинейности, и низкое быстродействие. Низкое быстродействие усугубляется при применении датчиков с низкой чувствительностью к температуре. Миниатюрные датчики имеют крутизну термочастотной характеристики 2 0,15 Гц/°С, а нелинейность достигает половины крутизны. При попытке реализовать такой термометр по принципу действия прототипа быстродействие не превышает 50 с на одно измерение для получения нормы чувствительности 0,01°С.

Цель предлагаемого изобретения - повышение точности и быстродействия цифрового термометра.

VI ГО 00 ON XI О

Эта цель достигается тем, что в цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу смесителя, вторым входом подключенного к выходу генератора опорной частоты, делитель частоты, ключ, счетчик результата, выходами подключенный ко входам регистра, подключенного выходами к цифровому индикатору, введены последовательно соединенные первый и второй одновибраторы, 1-К-триг- гер, элемент неравнозначности и постоянное запоминающее устройство, подключенное адресными входами к выходам счетчика результата, а выходом соединенное с первым входом элемента неравнозначности и I, К и R входами I-K- триггера, подключенного выходом ко второму входу элемента неравнозначности, а С-входом к С-входу счетчика результата и выходу ключа, подключенного входом к выходу генератора опорной частоты, а управляющим входом соединенного с выходом делителя частоты, включенного между выходом смесит.еля и входом первого одновиб- ратора, выход элемента неравнозначности подключен к входу разрешения счета счетчика результата, входом сброса подключенного к выходу второго одновибратора, подключенного входом к входу регистра.

Введение новых связей между элементами позволяет увеличить быстродействие термометра, наличие ПЗУ - устранить погрешность от нелинейности результирующей характеристики датчика совместно с нелинейностью зависимости частоты от периода, связи ПЗУ, элемент неравнозначности и l-К-триггер - упростить устройство за счет возможности применения одноразрядного ПЗУ и объединения функций счетчика адресов и счетчика результата.

На фиг, 1 показана схема предлагаемого цифрового термометра; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Цифровой термометр содержит датчик 1, опорный генератор 2 (генератор опорной частоты), смеситель 3 с фильтром и формирователем на выходе, делитель 4 числа импульсов, одновибратор 5, ключ 6, одновибратор 7, регистр 8 результата, счетчик 9 результата, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 10, индикатор 11 результата, 1-К-триггер 12 и элемент 13 неравнозначности.

Датчик температуры 1 и опорный генератор 2 подключены своими выходами к входам смесителя 3, выход которого через делитель 4 числа импульсов поступает на вход однозибргтора 5 и управляющий вход ключа 6. Выход одновибратора 5 подключен

к входу одновибратора 7 и к входу ПЕРЕНОС регистра 8. Выход одновибратора 7 подключен к входу установки нуля счетчика 9 результата, выходы которого параллельно

подключены к входам регистра 8 и к адресным входам ПЗУ 10. Выходы регистра 8 подключены к входам цифрового индикатора 11. Выход опорного генератора 2 через ключ б подключен к счетному входу счетчика результата 9 и к С-входу 1-К-триггера 12, выход которого подключен к первому входу элемента 13 неравнозначности, к второму входу которого и к входам , К и R триггера 12 подключен выход ПЗУ. Выход элемента 13

неравнозначности подключен к входу разрешения счета счетчика 9 результата.

Цифровой термометр работает следующим образом. Датчик температуры 1 вырабатывает сигнал, частота которого зависит

от температуры, опорный генератор 2 вырабатывает сигнал постоянной частоты, смеситель 3 с фильтром нижних частот и формирователем вырабатывает импульсы, частота следования которых равна разности

частот датчика 1 и генератора 2, Делитель 4 делит разностную частоту сигнала на выходе смесителя 3. Импульсы, поступающие с выхода делителя 4, включают на время

своей длительности ключ 6, м импульсы с выхода генератора 2 поступают на счетный вход счетчика 9 результата и на С-вход триггера 12. Задний фронт импульса делителя 4 запускает цепочку одновибраторов 5 и 7,

которые вырабатывают два коротких импульса, следующих один за другим. Импульс одновибратора 5 переносит своим задним фрйнтом результат из счетчика 9 в регистр 8, затем импульс одновибратора 7 устанавливает в исходное состояние счетчик 9 результата. При подсчете импульсов генератора 2 счетчиком 9 переключаются адреса ПЗУ 10. При наличии на выходе ПЗУ нуля триггер 12 удерживается в нулевом положении наличием нуля на его R-входе, при этом на выходе элемента 13 неравнозначности тоже имеется 0, так как нуль имеет на его обоих входах. Этот нуль, поступая с выхода элемента 13 на вход разрешения счета счетчика 9, позволяет ему произвести подсчет очередного импульса. Таким образом, при наличии нуля на выходе ПЗУ счетчик подсчитывает очередной импульс. Если после подсчета очередного импульса на входе

ПЗУ установится адрес, по которому в него записана 1, то единица появится на выходе ПЗУ, в результате чего триггер 12 перестанет удерживаться в нулевом положении, а на выходе элемента 13 появится 1, которая

запретит счетчику 9 подсчитать следующий импульс. Этот следующий импульс установит триггер 12 в 1, так как на его I и К входах будет 1 с выхода ПЗУ, разрешающая работать триггеру 12 в счетном режиме. После установки триггера 12 в 1 на выходе элемента 13 появится нуль, разрешающий счетчику 9 подсчитать следующий за этим импульс. Этот следующий импульс будет подсчитан счетчиком 9. Кроме того, этот импульс установит триггер 12 в 0. На выходе ПЗУ появится следующий бит записанной в него информации, и если это будет нуль, то триггер 12 будет еще подтвержден в нулевом состоянии сигналом на R-входе, а счетчик 9 будет подготовлен к подсчету следующего импульса, который не установит в 1 триггер 12. Если же следующий бит информации снова будет 1, то следующий импульс установит в 1 триггер 12, а счетчик 9 этот импульс не подсчитает. Таким образом, нуль на выходе ПЗУ разрешает счетчику 9 подсчитать все импульсы, поступающие на его вход, а единица разрешает установку триггера 12 в 1 и запрещает подсчет этого импульса счетчиком 9. После установки очередным импульсом триггера 12 в 1 следующий импульс установит триггер 12 в 0 и будет подсчитан счетчиком 9. Иначе говоря, нуль на выходе ПЗУ позволяет подсчитывать все импульсы генератора 2, а единица - через один. Поэтому в случае записи в ПЗУ всех нулей счетчик будет подсчитывать все входные импульсы, а в случае записи всех единиц - счетчик будет подсчитывать импульсы через один, т.е. частота подсчитываемых импульсов уменьшится вдвое. Записывая в ПЗУ нули и единицы, можно обеспечить изменение частоты подсчета импульсов счетчиком 9 вдвое в соответствии с характеристикой датчика и получить отсчет измеряемой температуры.

На фиг.2 показан процесс счета импульсов счетчиком 9 результата. На фиг.2,а показаны импульсы опорного генератора 2; на фиг.2,в - сигнал на выходе ПЗУ, который может переходить из 1 в 0 и обратно только в моменты подсчета очередного импульса счетчиком 9 (фиг.2с). На фиг.2с - сигнал на выходе элемента 13 неравнозначности, который является рарешающим (нуль) или запрещающим.(единица) для подсчета импульсов счетчиком 9 результата, причем сразу же после поступления импульса на вход счетчика результата этот уровень может измениться, это не приводит к сбоям в работе, так как счетчик 9 реагирует на состояние управляющего входа непосредственно перед поступлением счетного импульса.

На фиг.2,д показан сигнал на выходе триггера 12. Триггер 12 устанавливается в 1,

когда счетчик 9 пропускает - не подсчитывает очередной входной импульс, т.е. в зависимости от состояния выхода ПЗУ входной импульс либо устанавливает в 1 5 триггер 12, либо подсчитывается счетчиком 9. На фиг.21 показан процесс роста числа в счетчике 9. При записи в ПЗУ всех нулей счетчик 9 подсчитывает все входные импульсы -линия 1 на диаграмме, при записи

0 в ПЗУ всех I накопление, числа в счетчике 9 происходит вдвое медленнее - линия II на временной диаграмме. Требуемая характеристика может быть получена путем записи единиц и нулей в ПЗУ 10. Она лежит между

5 линиями I и II и ее крутизна нигде не должна выходить за пределы наклонов линий I и II. Таким образом, в отличие от прототипа и других термометров, в предлагаемом приборе осуществляется устранение погрешно0 сти от нелинейности суммарной характеристики - датчика и характеристики период -частота путем записи 1 и 0 в одноразрядное ПЗУ, причем счетчик адресов ПЗУ и результата - один и тот же, чем дости5 гается упрощение устройства, повышение точности и быстродействия.

Формула изобретения Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом.

0 подключенный к первому входу смесителя, вторым входом подключенного к выходу генератора опорной частоты, делитель частоты, ключ, счетчик результата, выходами подключенный к входам регистра, подклю5 ченного выходами к цифровому индикатору, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при одновременном повышении точности измерения, в него введены последовательно соединен0 ные первый и второй одновибраторы, I-K- триггер, элемент неравнозначности и постоянное запоминающее устройство, подключенное адресными входами к выходам счетчика результата, а выходом элемента

5 ненное с первым входом элемента неравнозначности и I, К и R входами I-K- триггера, подключенного выходом ко второму входу элемента неравнозначности, а С-входом к С-входу счетчика результата и

0 выходу ключа, подключенного входом к выходу генератора опорной частоты, а управляющим входом соединенного с выходом делителя частоты, включенного между выходом смесителя и входом первого одновйбра5 тора, выход элемента неравнозначности подключен к входу разрешения счета счетчика результата, входом сброса подключенного к выходу второго одновибратора. подключенного входом к входу регистра.

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить быстродействие при одновременном повышении точности измерения. Период сигнала разностной частоты измеряется посредством его заполнения импульсами опорного генератора 2. Накопленное числа импульсов поступает в счетчик . 9 результата. Накапливаемое тело импульсов корректируется путем исключения некоторых из них, что определяется выходным кодом постоянного запоминающего устройства 10. 2 ил.