Устройство для измерения температуры и разности температур Советский патент 1993 года по МПК G01K3/02 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температур, разности температур и теплового потока.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и надежности устройства в работе.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема устройства с выносным зондом в корпусе; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема блока управления устройством.

Устройство содержит термопреобразователь 1 сопротивления, подключенный к мостовой схеме с эталонным сопротивлением 2, которые совместно установлены в выносном зонде 3 и соединены проводами 4 с резисторами 5-7 и входами усилителя постоянного тока (УПТ) 8. Выход УПТ 8 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9 и к первой клемме второго входа блока 10 управления, который выполнен в виде электронного коммутатора (ЭК). К первой информационной шине первого входа ЭК 10 подключены выходы первого регистра памяти (РП) 11, ко второй информационной шине второго входа ЭК 10 подключены выходы второго регистра памяти (РП) 12, входы которого подключены к выходам АЦП 9 и к первой информационной шине третьего входа ЭК 10. Первая информационная шина четвертого входа ЭК 10 подключена к выходам третьего регистра памяти (РП) 13, выходы которого подключены к цифровым выходам вычислительного блока (ВБ) 14, а вторая клемма четвертого входа ЭК 10 подключена к логическому выходу блока вычитания (БВ) 15. Неинвертирующие входы БВ 15 подключены через первый регистр температуры (РТ) 16 к выходам АЦП 9, а инвертирующие входы через второй регистр температуры (РТ) 17 и буферный регистр температуры (БРТ) 18 - к первой информационной шине третьего выхода ЭК 10, первая клемма второго выхода которого соединена со второй клеммой четвертого выхода и подключена к первому входу дешифратора знака (ДШЗ) 19, второй вход которого подключен к выходу элемента опорного напряжения 20, который через ограничивающий ток резистор 21 подключен к источнику тока 22. Выход ДШЗ 19 подключен к знаковому входу блока индикации электронных наручных часов (ЭНЧ) 23, разрядный вход которого соединен с первой информационной шиной четвертого выхода, со второй информационной шиной второго выхода и с первой информационной шиной первого выхода ЭК 10.

Управляющий вход ЭК 10 соединен через компаратор (КМ) 24 с выходом формирователя стробирующего импульса (ФС) 25, первый вход которого соединен со входом

КМ 24 и подключен через кнопку 26 блока управления к элементу опорного напряжения 20. Второй вход ФС 25 подключен к выходу формирователя временных интервалов (ФВИ) 27 электронных наручных часов,

который соединен с управляющими входами АЦП 9, РП 11, РП 12.РП13, РТ16, РТ17, БРТ 18. Аналоговый выход ВБ 14 подключен через регулируемый пороговый элемент (ПЭ)28 к зуммеру 29 ЭНЧ. Вычислительный

блок 14 имеет ручку 30 потенциометра установки коэффициента К теплоизоляции одежды, а регулируемый пороговый элемент 28 снабжен ручкой 31 потенциометра установки дозы Д количества теплоты в килокалориях. Выход ФС 25 через логический элемент НЕ 32 соединен с входом сброса ЭК 10. Выход записи ФВИ 27 соединен с соответствующими служебными входами выше указанных регистров. Устройство размещается в корпусе 33 ЭНЧ с браслетом 34.

Блок управления выполнен в виде электронного коммутатора (ЭК) 10 с синхронизирующим входом и входом сброса,

включающим (см.фиг.З) четыре логических элемента И, два D-триггера и четыре группы транзисторных ключей, входы и выходы которых соединены соответственно с четырьмя входами и выходами клемм и

информационных шин блока управления. Общая база каждой группы транзисторных ключей соединена с выходом соответствующего логического элемента И, входы сброса D-триггеров объединены и подключены к

входу сброса блока управления. Синхронизирующий вход ЭК 10 связан с синхронизирующим входом первого D-триггера, связанного информационным входом с его инвертирующим выходом и первыми входами второго и четвертого логических элементов И, другие входы которых соединены соответственно с неинвертирующим выходом второго D-триггера и с его информационным входом, соединенным также с

первым входом третьего логического элемента И и инвертирующим выходом второго D-триггера. Неинвертирующий выход первого D-триггера связан с синхронизирующим входом другого D-триггера, другим

входом третьего логического элемента И и входом первого логического элемента И. другой вход которого подключен к неинвертирующему выходу второго D-триггера.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении на синхронизирующий вход ЭК 10 и компаратора 24сигна- лы не поступают, на выходе ФС 25 логический О, поэтому с выхода логического элемента НЕ 32 на вход сброса ЭК 10 подается логическая 1, происходит коммутация первых входов и выходов ЭК 10. Сигналы текущего времени с выхода РП 11 приходят через ЭК 10 на вход блока индикации 23, который работает в режиме элект- ронных наручных часов (ЭИЧ).

В режиме измерения температуры окружающей среды выносной зонд 3 помещают в окружающую среду, где его температура быстро выравнивается с тем- пературой среды в результате малой тепловой инерции зонда 3. Дифференциальный сигнал термопреобразователя сопротивления 1 и эталонного сопротивления 2 с выхода мостовой схемы поступает на вход УПТ 8, усиливается и поступает на вход АЦП 9, Оператор производит одно нажатие на кнопку 26 блока управления, что вызывает подачу одного импульса на первый вход формирователя стробирующего импульса

25 одновременно с одним из импульсов, поступающих на второй вход ФС 25 с выхода ФВИ 27. Это приводит к срабатыванию ФС 25, который формирует на выходе стро- бирующий импульс известной длительно- сти, например, 10 секунд, Импульсе кнопки

26 поступает одновременно на первый вход компаратора 24 и совпадает по времени со стробирующим импульсом, поступающим на второй вход КМ 24, кото рый срабатывает и выдает на управляющий вход электронного коммутатора 10 один шаговый импульс, который переключает ЭК 10 на один шаг. При этом первые входы и выходы ЭК 10 размыкаются, а вторые входы и выходы ком- мутируются.чтоведетк прекращению индикации текущего времени на блоке индикации 23, а вызывает индикацию величины температуры окружающей среды, поступающей в цифровой форме с РП 12 и в знаковой форме с ДШЗ 19 на блок индикации 23. Индикация автоматически прекращается по истечении времени действия стробирующзго импульса, после чего ЭК 10 возвращается в исходное положение,

В режиме измерения температуры тела выносной зонд 3 приводят в соприкосновение с телом, где его температура быстро выравнивается с температурой тела в результате малой тепловой инерции зонда. Дифференциальный сигнал термопреобразователя сопротивления 1 и эталонного сопротивления 2 с выхода мостовой схемы поступает на вход УПТ 8, усиливается и поступает на вход АЦП 9. Оператор производит два нажатия на кнопку 26, что вызывает подачу двух импульсов на входы ФС 25 и КМ 24, которые запускают формирователь строба 25 и приводят к двухкратному срабатыванию компаратора 24, который выдает на синхронизирующий вход ЭК 10 два шаговых импульса. При этом первые входы и выходы, а также вторые входы и выходы ЭК 10 размыкаются, а третьи входы и выходы коммутируются, что ведет к записи текущего значения температуры тела на регистре 17 температуры и перезаписи на буферном регистре 18 температуры. Визуальный контроль записи величины температуры тела можно выполнить по истечении времени действия стробирующего импульса, дополнительным нажатием На кнопку 26 при сохранении зонда 3 на теле. Тогда, аналогично режиму измерения температуры окружающей среды, устройство производит измерение температуры тела и отображение знаковой и цифровой информации на блоке индикации 23, которая автоматически прекращается по истечении времени действия следующего стробирующего импульса.

В режиме измерения разности температур выносной зонд 3 снова помещают в окружающую среду, где его температура быстро выравнивается с температурой среды. С выходов АЦП 9 цифровой сигнал температуры окружающей среды поступает на регистр 16 температуры, а с его выходов на неинвертирующие входы блока вычитания 15. Одновременно на инвертирующие входы БВ 15 поступает цифровой сигнал температуры тела с регистра 17 температуры, Синхронизация сигналов достигается подачей на управляющие входы АЦП 9, РП 11, РП 12, РП 13, РТ 16, РТ 17 и БРТ 18 сигналов с ФВИ 27. При этом информация на РТ 17 сохраняется, снова перезаписываясь с буферного регистра 18, поскольку температура тела достаточно стабильна. Информация на РТ 16 постоянно обновляется, поступая с выхода АЦП 9 в соответствии с изменениями температуры окружающей среды, Разность температур поступает на вход ВБ 14, который вычисляет количество теплоты, получаемое мли излучаемое телом по формуле Н К.С.5Д Т где Н - количество теплоты, ккал;

К - коэффициент теплоизоляции одежды; .С - коэффициент формы тела;

S - площадь поверхности тела, м2;

Д Т- разность температур.

Информация о тепловом потоке поступает на регистр памяти 13, а с его выходов - на первую информационную шину четвертого входа ЭК 10. Одновременно на вторую клемму четвертого входа ЭК 10 с логического выхода БВ 15 поступает знаковая информация о разности температур. Для визуальной индикации величины теплового потока полученной или потерянной телом за текущее время, оператор производит три нажатия на кнопку 26, что вызывает подачу трех импульсов на входы ФС 25 и КМ 24, которые запускают формирователь строби- рующего импульса 25 и приводят к трехкратному срабатыванию компаратора 24, который выдает на управляющий вход ЭК 10 три шаговых импульса. При этом, первые, вторые и третьи входы и выходы ЭК 10 раз- мыкаются, а четвертые входы и выходы коммутируются, что обеспечивает вывод цифровой информации о тепловой дозе с выхода РП 13 на блок индикации 23 ЭНЧ, а также знаковой информации о полученной (+) или потерянной (-) тепловой дозе с выхода ДШЗ 19 на блок индикации 23 ЭНЧ. По окончании стробирующего импульса с ФС 25 на логический элемент НЕ 32 подается логический О, поэтому с его выхода на вход сброса ЭК 10 подается логическая 1, возвращающая ЭК 10 в исходное положение.

С аналогового выхода ВБ 14 информационный сигнал о тепловой дозе на всех режимах работы устройства поступает на вход регулируемого порогового элемента 28, где сравнивается с пороговой величиной тепловой дозы, которая устанавливается оператором ручкой 31 потенциометра Д - доза в килокалориях. В соответствии с действующими нормами термометрии, ручкой 31 устанавливают допустимую дозу, например 300 ккал. для человека в течение известного промежутка времени. При достижении указанной дозы ПЭ 28 сбрасывает и выдает сигнал на зуммер 29, расположенный в корпусе ЭНЧ, что является сигналом для обязательного изменения теплового режима тела во избежание переох- лаждения или перегрева. Также возможна звуковая сигнализация заданных промежуточных доз тепловых воздействий на тело человека, что повышает удобства использования устройства.

На всех режимах работы устройства, независимо от того, какая информация выдается блоком индикации 23 в текущее время, другие виды информации сохраняются, так как присутствуют на регистрах памяти 11- 13 и на регистра температуры 16-18, что дополнительно повышает точность и надежность устройства в работе. Устройство имеет незначительные размеры и вес и может быть размещено в корпусе электронных наручных часов, использованием их отдельных блоков в работе.

Формула изобретения Устройство для измерения температуры и разности температур, содержащее дешифратор знака, соединенный выходом со знаковым входом блока индикации, а одним из входов - с выходом блока управления в виде коммутатора, термопреобразователь сопротивления, аналого-цифровой преобразователь, выход которого связан с одним из входов блока управления, блок вычитания, соединенный с входом вычислительного блока, связанные последовательно источник тока, формирователь импульсов временных интервалов и первый регистр памяти, а также второй регистр памяти, выход которого подключен к одному из входов блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры и надежности работы устройства, в него введены третий регистр памяти, два регистра температуры, буферный регистр температуры, логический элемент НЕ, шина нулевого потенциала, усилитель постоянного тока, компаратор, формирователь стробирующего импульса, потенциометр установки коэффициента теплоизоляции одежды, подключенный к другому входу вычислительного блока, потенциометр установки дозы тепла, выводы которого соединены с входом подстройки регулируемого порогового элемента, связанного выходом с входом зуммера, подключенного к общей шине, кнопочный выключатель, эталонный резистор, источник опорного напряжения и четыре резистора, два из которых, а также эталонный резистор и термопреобразователь сопротивления подключены по мостовой измери- тельной схеме, в диагональ которой включен усилитель постоянного тока, блок управления выполнен в виде электронного коммутатора с синхронизирующим входом и входом сброса, включающим четыре логических элемента И, два D-триггера и четыре группы транзисторных ключей, входы и выходы которых соединены соответственно с четырьмя входными и четырьмя выходными клеммами и информационными шинами блока управления, общая база каждой группы транзисторных ключей соединена с выходом соответствующего логического элемента И, входы сброса D-триггеров объединены и подключены к входу сброса блока управления, синхронизирующий вход которого связан с синхронизирующим входом одного D-триггера, связанного информационным входом с его инвертирующим выходом и первыми входами второго и

четвертого логических элементов И, другие входы которых подсоединены соответственно к неинвертирующему выходу другого D-триггера и его информационному входу, соединенную также с первым входом треть- его логического элемента И и его инвертирующим выходом, неинвертирующий выход D-триггера связан с синхронизирующим входом другого D-триггера, другим входом третьего логического элемента И и входом первого логического элемента И, другой вход которого подключен к неинвертирую- щему выходу другого D-триггера, выход усилителя постоянного тока подключен к первой клемме второго входа блока управ- ления и к входу аналого-цифрового преобразователя, соединенного выходом с входами второго регистра памяти и первого регистра температуры, а также с информационной шиной третьего входа блока управ- ления, клемма источника постоянного тока связана с общей шиной, а другая клемма -через резистор с входом источника опорного напряжения, выход которого подключен к другому входу дешифратора знака и через кнопочный выключатель - к входам компаратора и формирователя стробирую- щего импульса, другой вход которого связан с выходом формирователя временных интервалов, соединенного также с другим входом первого регистра памяти, входами буферного регистра температуры, второго регистра температуры, третьего регистра памяти, входом запуска аналого-цифрового преобразователя и другими входами второ- го регистра памяти и первого регистра температуры, соединенного выходом с входом блока вычитания, другой вход которого связан с выходом второго регистра температу

0 5 0 5

5

0

ры, к которому также подсоединён другой вход буферного регистра температуры, соединенный выходом с другим входом второго регистра температуры, который также связан с информационной шиной третьего выхода блока управления, один выход вычислительного блока соединен с другим входом третьего регистра памяти, подключенного выходом к информационной шине четвертого входа блока управления, соединенного клеммой четвертого входа с выходом блока вычитания, другой выход вычислительного блока подключен к входу порогового элемента, связанного другим входом с выходом источника опорного напряжения, соединенного через другой резистор с электрическим входом мостовой измерительной схемы, выход формирователя стробирующего импульса подключен к другому входу компаратора, соединенного выходом с синхронизирующим входом блока управления, вход сброса которого через логический элемент НЕ связан с выходом формирователя стробирующего импульса, вход первого регистра памяти подключен к информационной шине первого входа блока управления, выход второго регистра памяти соединен с информационной шиной второго входа блока управления, информационная шина второго информационного выхода которого объединена с его клеммой четвертого выхода и подсоединена к входу дешифратора знака, информационные шины первого, второго и четвертого выходов блока управления подключены соответственно к разрядным входам блока индикации, а термопреобразователь сопротивления и эталонный резистор установлены совместно в выносном зонде.

Использование: термометрия, измерения температуры, разности температур, теплового потока. Сущность изобретения: устройство содержит: термопреобразователь 1 сопротивления, эталонное сопротивление 2, выносной зонд 3, N проводов 4, четыре резистора 5,6,7 и 21, усилитель 8 постоянного тока, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 управления, три реги// стра памяти 11-13, вычислительный блок 14, блок 15 вычитания, два регистра 16 и 17 температуры, буферный регистр 18 температуры, дешифратор знака 19, источник 20 опорного напряжения, источник 22 тока, блок 23 индикации электронных наручных часов, компаратор 24, формирователь 25 стробирующего импульса, кнопочный выключатель 26, формирователь 27 временных интервалов, пороговый элементов, зуммер 29, потенциометр 30 установки коэффициента теплоизоляции одежды, потенциометр 31 установки дозы тепла, логический элемент НЕ 32, корпус электронных наручных часов с браслетом. 1-3-4-8-9-16-14-15- 30, 20-21-27-11-10-23, 20-5-4-3-7-10, 20-26-25-52-10, 1-3-4-6-9, 27-18-17-15, 20-26-25-10, 20-28-29, 20-13-23, 27-12- 16, 27-9-16, 22-27, 27-13. 1 п.ф-лы, 3 ил. ел с

Руг, 2.