Цифровой измеритель температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ3 с 01 К 7 00 ИЕ ИЗОБРЕТЕНМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСН о дклю пряж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) 1, Заявка ФРГ 9 2817498, кл. О 01 К 7/00, опублик. 19782. Патент Швейцарии 9 615508, кл. О 01 К 7/16, 1980.3. Авторское свидетельство СССР 9 838408 кл. О 01 К 7/00, 1979 (прототип).(54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий термопреобраэователь напряжение-код, блок памя-. ти, блок индикации, включающий в себя дещифратор и индикатор, последовательно соединенные сумматор и регистр, выход которого соединен с входом сумматора, блок управления, соединенный с преобразователем на.пряжение - код, сумматором, регистратором и блоком памяти, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения при снижении требований к преобразователю напряжение - код, в него введены интегратор, разделительный конденсатор и аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с выходом тер)опреобраэователя, второй вход через резделительный конденсатор подключен к выходу интеграт - ра, соединенному с блоком управления, а выход по чен к входу преобразователя на ение - код, вы- а ход которого подключен к второмуЩ входу сумматора, при этом вход блока памяти соединен с выходом регистра, а выход подключен к бло,ку индикации.ФИзобретение относится к температурным измерениям, а именно цифровым измерителям температуры, к может быть использовано, например, в качестве медицинского термометра для применения в стационарных клиниках, поликлиниках к в быту.Известны электронные медицинские цифровые термометры, содержащие по" следоВательно соединенные термопре,обраэователь, преобразователь напря жения код, блок памяти, оптоэлектрон" ный индикатор и схему управления.Характерным для указанных медицинских термометров является использование преобразователя напряженке - код 15 в виде интегральной схемы с большой степенью интеграции (БИС), которая включает в себя блок памяти и дешифратор .для управления цифровым ; индикатором 1 Д и 2 Д . 20Недостаток термометров - низкая помехозащищенность обусловленная тем, что результаты измерения значений температуры за малое вре-мя измерения подвержены Флуктуациям 25 из-эа помех в выносных термодатчиках и дрейфа термопреобразователя.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой измеритель температуры, со- ЗО держащий термопреобразователь, преобразователь напряжение-код, блок памяти, блок индикации, включающий в себя дешифратор и индикатор, последовательно соединенные сумматор и регистр, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, соединенный с преобразовате ,лем напряжение-код, сумматором ре" гистратором и блоком памяти 3Недостатком известного термомет О ра является необходимость использования достаточно точного преобразователя напряжение-код, чтобы обеспечить требуемую дискретность и точность в заданном для медицинского термометра 45 диапазоне температур 34,0-42,0 С, что ведет к увеличению габаритов термометра и повышению его стоимости.Действительно, для преобраэовате лей напряжение-код, выполненных в виде интегральной схемы, характерно:Р что максимальное значение его шкалы в десятичном представлении на индикаторе равновик П я11где и - количество двоичных разрядов преобразователя напряженке-код.Чтобы выделить на шкале преобра"с 1 60 зователя участок температуру от 34 до 42 С с дискретностью 0,1 С, неОобходимо и иметь равным 10. Тогда максимальное значение шкалы будет равно 1023 единицам. Используя часть 65 диапазона преобразователя от значений шкалы 340 до 420 и три младших разряда индикатора, можно обеспечить измерение температуры с дискретнос". тью в 0,1 С.Однако наличие инструментальной погрешности преобразователя напряжение-код, равной как правило нескольким единицам младшего разряда, приводит к недопустимой ошибке измерения, которая установлена вДля устранения этой ошибки используют преобраэо.ватель с большей ,разрядностью, например 11-12 разрядов о предельным значением шкалы в 2043 или 4095 единиц. В этом случае значение старшего десятичного разряда индикатора сдвигают пере.кодированием на 3 или 1 единицу соответственно, а в термометре индицируют четыре или три старших разряда индикатора.Цель изобретения - повышение точности измерения при снижении требований к преобразователю напряжениекод и уменьшение габаритов прибора,ПоставЛенная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры, содержащий термопреобразователь, преобразователь напряжение-код,. блок памяти, блок индикации, включающий в себя дешифратор и индикатор, последовательно соединенные сумматор и регистр, выход которого соединен с первым входом сумматора, блок управления, соединенный с преобразователем напряжение-код, сумматором, регистратором и блоком памяти, введены интегратор, разделительный конденсатор и аналоговый сумматор, первый вход которого сое" динен с выходом термопреобраэователя, второй вход через разделительный конденсатор подключен к выходу интегратора, соединенному с блоком управления, а выход подключен к входу преобразователя напряжение-код, выход которого подключен к вто-: рому входу сумматора, при этом вход блока памяти соединен с выходом регистра, а выход подключен к блоку индикации.На чертеже приведена блок-схема цифрового измерителя температуры.Устройство содержит термопреобразователь 1, аналоговый сумматор 2, интегратор 3, конденсатор 4, преобразователь напряжение-код 5, сумматор б, регистр 7, блок 8 памяти, блок индикации, включающий в себя. дешифратор 9 и индикатор 10 и блок управления 11 яЦифровой измеритель температуры работает следующим обраэом.Сигнал в виде напряжения, пропбрционального температуре, с выхода термопреобразователя 1 посту1084624 ВНИИПИ Заказ 1984/35 Подписное Тирал 823 филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 пает на вход аналогового сумматора 2 и через него - на вход преобразователя напряжение-код 5, Последний по команде с блока 11 управления производит преобразованиевходного напряжения в соответствую 5щий код, который поступает на входцифрового сумматора б, где складывается с кодом, поступающим с выходарегистра 7. Перед началом цикланакопления код в регистре 7 соответст"вует напряжению, равному нулю, Послеэтого цикл преобразования повторяется несколько раз и в регистре 7 накапливается сумма результатов измерений. 15Одновременно с началом первогоцикла преобразования на выходе 12блока 11 управления появляется импульс, который начинает интегриро-.ваться интегратором 3. На выходе 20последнего появляется пилообразноенапряжение. Период следования импульсов на выходе 12 точно совпадает с длительностью цикла накопления,а скважность равна двум. Поэтому, до стигнув максимума к середине цикланакопления, напряжение на выходе интегратора 3 начинает уменьшаться истановится равным нулю к концу цикла накопления, ЗОПостоянная составляющая пилообразного напряжения на выходе интегратора 3 отфильтровывается разделительным конденсатором 4. Переменная составляющая поступает на второй вход аналогового сумматора 2 искладывается с напряжением термопреобразователя 1.ЧЫким образом, в процессе повторяющихся циклов преобразования напряжение на входе преобразователя увеличивается с минимального в пределахполовины цикла накопления, а затемуменьшается с максимального до минимального значения в пределах второйполовины цикла накопления45Медленно меняющееся напряжение навходе преобразователя напряжениекод 5 смещает напряжение термопреобраэователя 1 в различные симметричнорасположенные точки характеристики 50преобразования, величина и знак по-,грешности преобразования в которыхтакже различны.После суммирования в цифровом сумматоре б и накопления в регистре 7результатов 2 ф циклов преобразования(где ш равно числу младших разрядоврегистра 7), не связанных с блоком 9памяти, двоичный код с и старшихразрядов регистра 7 поступает в блок8 памяти, где хранится до завершенияследующего цикла накопления,Сумматор б и регистр 7, таким образом, вычисляют среднее значение кодов, поступивших эа 2 ф циклов преобразования. В результате усредняются как значения напряжения на входе преобразователя напряжение-код 5, так и ошибки преобразования.В силу симметричности напряжения, поступающего на второй вход аналогового сумматора 2 через разделительный конденсатор 4, его среднее значение равно нулю. В результате случайного характера знака и величины инструментальной ошибки в различных точках характеристйки преобразования получающееся среднее значение этой ошибки также может быть получено Весьма близким к нулю.Полученное значение кода, более точно соответствующее значению напряжения на выходе термопреобразователя, иэ блока 8 памяти поступает на дешифратор 9, где преобразуется в сигналы семисегментного кода для управления индикатором 10.Получаемый дополнительный выигрыш в точности позволяет снизить требование к точности и разрядности преобразователя напряжение-код 5. Это делает возможность упростить схемотехнику интегрального преобразователя, освободить дополнительное место на кристалле микросхемы и разместить в микросхеме блоки цифрового сумматора б и регистра 7.При испытаниях экспериментального образца термометра,в котором использовался 8-ми разрядный преобразователь напряжение-код с инструментальной погрешностью + 3 единицы младшего разряда, погрешность измерения температуры составила + 0,07 ОС что соответствует инструментальной . погрешности н +0,02 С или 0,2 единицы младшего разряда, В известных устройствах указанная инструментальная погрешность при дискретности шкалы в 0,1 ОС может быть получена при использовании 11-ти разрядного преобразователя напряжение-код с инструментальной погрешностью + 2 единицы младшего разряда.Наличие в цифровом термометре новых элементов - аналогового сумматора, интегратора и новые связи между элементами устройства выгодно отличают его от прототипа, так как позволяют повысить точность измерения температуры при снижении требований к преобразователю напряжение-код, а также снизить габариты термометра и его стоимость.