Цифровой термометр

(5 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСАН К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ ков и В.Н.Курдюков 88.8)В., Рыбинский Ю.В. Электриния. - М.: Колос, 1979, с. 351, ОЙ ТЕРМОМЕТРие относится к области теммерений, Цель изобретения - етрологической точности изполнение источников 3 и 6 бразующих фазовую измерив виде источников переменидального напряжения, г между которыми не равеневаЪ(57) Изобретенпературных изповышение ммерений. Вы напряжений, отельную цепь,ного синусофазовый сдви ние трех компараторов 7-9, ов И 10 и 11 и преобразование ропорционального температую форму с индикацией на блоощью счетчика 14 импульсов высить метрологическую точний за счет того, что в предлатройстее информацию о несет фаза суммарного сигнаэо, Вэ 1 или Вэг), измеренная фазы другого суммарного сиг- Ъ), при этом фаэовые сдвиги естабильностью источников 3 и мпенсируются и не влияют на мерений, что повышает его точ 180, введе двух элемент сдвига фаз, и ре, в цифрову ке 15 с пом позволяет по ность иэмере гаем ом ус температуре ла (вектор В относительно нала (вектора вызванные н 6, взаимно ко результат из ность. 3 ил, 1682825Изобретение относится к области температурных измерений.Цель изобретения - повышение метрологической точности измерений,На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - соответственно векторные и временные диаграммы, поясняющие его раба гу.Цифровой термометр (фиг.1) содержит последовательно включенные терморезистор 1, первый эталонный резистор 2, первый источник 3 напрякения (Е 1), последовательно включенные второй 4 и третий 5 эталонные резисторы (Р 2 и РЗ) и второй источник б напряжения (Е 2) первые выводы источников 3 и б напряжения, ерморезистора 1 и второго эталонного резистора 4 соединены с общей шиной (не обозначена), Термометр содержит такке первый 7, второй 8 и третий 9 компаратсры, первый 10 и второй 11 элементы И, генератора 12 импульсов, дешифратор 13, счетчик 14 импульсов и блок 15 индикации,Первый вход первого компаратора 7 подключен к общей точке первого источника 3 напряжения и первого эталонного резистора 2, второй вход - к общей точке второго источника б напряжения и третьего эталонного резистора 5, выход этого компаратора соединен с первыми входами элементов И 10 и 11, вторые входы которых подключены к выходу второго компаратора 8, первый вход которого связан с общей точкой терморезистора 1 и первого эталонного резистора 2, а второй вход - с общей точкой второго и третьего эталонных резисторов 4 и 5. Третий компаратор 9 входами подключен параллельно второму источнику б напряжения, а выходом - к третьему входу первого элемента И О и к входу дешифратора 13, второй выход которого подключен к третьему входу второго элемента И1, а первый выход - к входу обнуления счетчика 14 импульсов, счетным входом связанного с выходом элемента И 11, к четвертому входу которого подсоединен выход генератора 12 импульсов. Выходы элемента И 10 и счетчика 14 импульсов подключены к входам блока 15 индикации.Цифровой термометр работает следующим образом.Источниками напряжения Е 1 и Е 2 служит электрическая сеть синусоидального напряжения промышленной частоты с использованием фазосдвигающей цепочки(не показана) для получения фазового сдвига, не равного 180 О, между напряжениями Е 1 и Е 2 этих двух источников,Напряжение Е 1, которому на фиг.2 соответствует вектор А 1 с амплитудой А 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55(фиг.За), поступает на последовательно соединенные терморезистор 1 и первый эталонный резистор 2, напряжение Е 2 с выхода второго источника б (вектор А 2 на фиг.2 с амплитудой А 2 на фиг, За) поступает на последовательно включенные второй 4 и третий 5 эталонные резисторы, а также на вход третьего компаратора 9, на выходе которого в положительные полупериоды напряжения А 2 формируются импульсы (фиг. Зб). На входе первого компаратооа 7 будет напряжение АЗ (фиг. За), равное разности напряжений А 1 и А 2, что показано на фиг.2, где вектоо АЗ получен как разность векторов А 1 и А 2, на выходе компаратора 7 образуются в положительные полупериоды напряжения АЗ импульсы (фиг. Зв),Сопротивления всех эталонных резисторов равны между собой и равны сопротивлению терморезистора при нулевой температуре, когда на нем будет падать напряжение В 10 (фиг. Зг), соответствующее вектору В 1 о на фиг.2. Разность этих иапряжений Бзо, которой соответствует вектор Взопоступает на вход второго компаратора 8, на выходе которого образуются импульсы в отрицательные полупериоды его входного напряжения. Таким образом, при нулевой температуре напрякения на входах первого и второго компа 1 аторов 7 и 8 совпадают по фазе (векторы АЗ и В ло совпадают по направлению), а их выходные импульсы (фиг, Зв, д) не будут совпадать во времени. эти импульсы поступают на входы второго элемента И 11, и на его выходе будет при этом нулевой потенциал при нулевой температуре терморезистора,В случае повышения температуры падения напрякения на терморезисторе 1 (Влл на фиг.Зе и вектор В и на фиг,2) увеличивается, в результате чего изменяется фаза напряжения Вз 1, равного разности напряжений В 11 и В 2 на входе второго компаратора 8 (на векторной диаграмме фиг,2 вектор Вз получен как разность векторов В 1 л и В 2), при этом между напряжениями АЗ и Вз 1(или их векторами АЗ и Взл) появится фазовыйсдвиг на угол 4 В.В случае понижения температуры из-за уменьшения сопротивления терморезистора 1 падение напряжения на нем(Вц фиг,Зз и вектор В 12 фиг.2) уменьшится и фаза напряжения Вз 2, равного разности напряжений В 12 и В 2, также не будет совпадать с фазой напряжения АЗ, между ними образуется фазовый сдвиг 9 г.Таким образом, в случае отличия от нулевой измеряемой температуры, фазы напряжений на входах первого и второгоцикл повторяется, эти циклы повторяются затем в течение всего времени работы цифрового термометра. Импельсы с первого входа дешифратора поступают на обнуление счетчика 14 импульсов, с второго выхода на третий вход второго элемента И 11 (остальные входы дешифратора не показаны и они не подключены к остальным элементам устройства), В течение второго импульса на выход второго элемента И 11 могут прохо 30 35 дить импульсы с выхода генератора 12 импульсов, если интервалы времени Тз 1 и Тз 2отличны от нуля (фиг. Зо). Частота следова- .ния импульсов генератора 12 выбираетсятакой, чтобы количество импульсов, проходящих через элемент И 11 за время Тз 1 (или 40 Тзг) было бы численно равно измеряемой температуре. Блок 15 индикации индицирует количество этих импульсов, что соответствует измеряемой температуре, Чем выше(ниже) температура, тем больше интервал времени ТЗ 1 (ТЗ 2), тем больше импульсов генератора 12 проходит через элемент И 11, подсчитывается счетчиком 14 импульсов и в цифровом коде индицируется на блоке 15 50 индикации, показания которого сохраняются до окончания цикла работы дешифратора 13, после чего оно стирается (при обнулении счетчика 14 вначале следующего цик- ла), а затем показывается новое значение 55 измеряемой температуры Первый элемент И 10 предназначен для формирования знака температуры, на его выходе импульсы появляются в каждый период питающего напряжения только при отрицательных значениях измеряемойг компараторов 7 и 8 не будут совпадать, а выходные импульсы этих компараторов (фиг,Зж, к) будут частично совпадать во времени, причем чем больше отличие температуры от.нулевой, тем больше фазовый сдвиг 5 и больше временной интервал этого совпадения. Эти временные интервалы на фиг.З обозначены как Тз 1 для положительной и Тз 2 для отрицательной температуры,Преобразование измеряемой темпера турц в цифровой сигнал осуществляется следующим образом. Импульсы с выхода третьего компаратора 9 с длительностью Т/2 (Т - период частоты питающего напряжения) поступают на вход дешифратора 13, 15 который распределяет эти импульсы так, что с приходом первого импульса импульс длительностью Т появляется на его первом выходе. (фиг.Зл),с приходом второго импульса - на его второго выходе (фиг. Зм), 20 третьего импульса- на третьем выходе(фиг. Зн) и так далее, до 16-го импульса, после чего заканчивается один цикл работы дешифратора 13. С приходом 17-го импульса температуры (фиг, Зп), при этом на индикаторе знака блока 15 индикации высвечивается знак "минус",При положительных значениях температуры индикатор знака не светится.Повышение метрологической точности предлагаемого цифрового термометра обеспечивается за счет того, что, в отличие от прототипа, где погрешность измерения прямо пропорциональна нестабильности источника питающего напряжения, в данном устройстве информацию о температуре несет фаза суммарного сигнала, измеренная относительно фазы другого суммарного сигнала, а именно вектора Взо(Бз 1 или Взй) относительно вектора АЗ, поэтому при изменении напряжений Е 1 или Е 2 источником питания или их нестабильности фазовые сдвиги между напряжениями, поступающими на компараторы, практически не изменятся и результат измерения будет в значительно меньшей степени зависеть от нестабильности источника питающего напряжения,Формула и зоб рете н и я Цифровой термометр, содержащий последовательно включенные первый источник напряжения, терморезистор и первый эталонный резистор, последовательно соединенные второй и третий эталонные резисторы, а также блок индикации, причем первые выводы первого источника напряжения, терморезистора и второго эталонного резистора соединены с общей шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения метрологической точности измерений, в него введены второй источник напряжения, включенный между общей шиной и вторым выводом третьего эталонного резистора, три компаратора, два элемента И, генератор импульсов, дешифратор и счетчик импульсов, при этом первый и второй входы первого компаратора подключены соответственно к общим точкам первого источника напряжения и первого эталонного резистора, второго источника напряжения и третьего эталонного .резистора, а выход первого компаратора связан с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу второго компаратора, первый и второй вкоды которого соединены соответственно с общей точкой терморезистора и первого эта-. лонного резистора и с общей точкой второго и третьего эталонных резисторов, третий компаратор, который входами подключен параллельно второму источнику напряжения и выходом связан с третьим1682825 Адгф входом первого элемента И и с входом дешифратора, второй выход которого соединен с третьим входом второго элемента И, четвертым входом подключенного к выходу генератора импульсов, а выходом - к счетному входу счетчика импульсов, вход обнуления которого, соединен с первым выходом дешифратора, выход первого элемента И и выход счетчика импульсов подключены к входам блока индикации, при этом первый и второй источники напряжения выполнены в 5 виде источника синусоидального напряжения, фазовый сдвиг между которыми не равен 180 О,