Цифровой термометр

)4 С 01 К 732 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ Бюл.17ордена Ленинаут им. Ленинс олитех го ком ов и Клаус Циммерман свидетельство СС 01 К 7/32, 1979 идетельство СССР С 01 К 7/32, 198(54) ЦИ (57) Из ных изм ОВОЙ ТЕРМОМЕТРретение касается темений и может быть испостроении цифровыхаботающих с термопреературользоермобразовано етров,7 УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское830151, кл.Авторское с1117463, кл. вателями, имеющими частотный выход,например пьезокварцевыми термопреобразователями. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит термопреобразователь 1с частотным выходом, счетчик 4, коммутирующий элемент 5, схему 6 совпадения, схему 7 управления, генератор 8 опорной частоты, схему И 9,коммутирующий элемент 10, счетчик 11 результата, триггер 12 знака, реверсивную систему 13 индикации, Вновь введены генератор 2 частоты смещения исмеситель 3, Введение новых элементов и образование новых связей междуэлементамиустройства гозволяет устранить погрешность, вызванную нелинейностью характеристики термопреобразователя. 3 ил.Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых термеметров, работающих с термопреобразователями, имеющими частотный выход, например пьезокварцевыми термопреобраэователями.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения погрешности, вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя.На фиг. 1 представлена блок-схема термометра, на фиг. 2 - схема управления, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового термометра. Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, генератор 2 частоты смещения,смеситель 3, счетчик 4, коммутирующий элемент 5, схему 6 совпадения,схему 7 управления, генератор 8 опорной частоты, схему И 9, коммутирующий элемент 10, счетчик 11 результата, триггер 12 знака, реверсивнуюсистему 13 индикации,Схема 7 управления, входы 14-16которой соответственно соединены спервыми двумя выходами счетчика 4 ивыходом схемы 6 совпадения, а выходы 17-20 соединены соответственно свходом установки в "О" счетчика 4,первым входом схемы И входом коммутирующего элемента 10 и тактирующимвходом реверсивной системы 13 индикации, содержит два инвертора 21 и 22,четыре схемы И 23-26, два триггера 27и 28, схему И 29.Цифровой термометр работает следующим образом,Импульсы с выхода смесителя 3,частота следования которых являетсяразностью частот сигналов с выходатермопреобразователя 1 и генератора 2частоты смещения, непрерывно поступают на счетный вход счетчика 4 состояние которого после поступлениякаждого импульса увеличивается наединицу. Предполагая, что в определенный момент с, триггеры 27 и 28схемы 7 управления находятся в нулевом состоянии, вход 14 имеет потенциал логической единицы, вход 15 -потенциал логического нуля, на выходе схемы И 23 возникает положительныйимпульс (фиг. 3 ц, момент времениС 1), под воздействием которого черезвыход 20 схемы 7 управления на такти 229604 2рующий вход реверсивной системы 13индикации в нее записывается. состояние счетчика 11 результата (фиг,З,момент времени Т ) и инверсного выхода триггера 12 знака, После поступления очередного импульса с выхода смесителя 3 на счетный вход счетчика 4его состояние увеличивается на единицу, в результате чего к моменту 10 временина входе 14 схемы 7 управления имеется потенциал логическогонуля, а на входе 16 - потенциал логической единицы, под воздействием которых на выходе схемы И 24 возника ет положительный импульс, поступающий через выход 19 схемы 7 управления на вход коммутирующего элемента 10 и на вход установки в единицутриггера 12 знака, устанавливающий 20 счетчик 11 результата в состояние,исключительно определяемое положением коммутирующего элемента 10 (фиг.Змомент времени ).Поступлением следующего импульсас выхода смесителя 3 на счетный входсчетчика 4 его состояние вновь увеличивается на единицу, в результате чего входы 14 и 15 схемы 7 управленияк моменту времени 1 з имеют потенциаллогической единицы, приводящий к появлению положительного импульса навыходе схемы И 25, устанавливающеготриггер 27 в единичное состояние, врезультате чего на первом входе схемы И 9 появляется сигнал, разрешающий35прохождение импульсов с выхода опорного генератора 8 на вход счетчика 11 результата.Начиная с момента времени С, импульсы с выхода генератора 8 опорной40частоты через второй вход схемы И 9поступают на счетный вход счетчика 11результата, состояние которого увеличивается до его переполнения, а возникающий нри этом импульс переноса45переключает триггер 12 знака в противоположное состояние, после чего начинается следующий цикл счета (фиг.З,момент времени- 11) . В течениеинтервала времени- с схемы И 235 О 25 закрыгы нулевым сигналом с выходасхемы И 29, При достижении счетчиком 4 состояния, определяемого положением коммутирующего элемента 5, навыходе схемы 6 совпадения, подключен 55 ном через вход 16 схемы 7 управленияк входу установки в "0" триггера 27,возникает положительный импульс, устанавливающий триггер 27 в нулевоез 1229 состояние (фиг. 36, момент Т 4), в результате чего прекращается поступление импульсов с выхода генератора 8 опорной частоты через второй вход схемы И 9 на счетный вход счетчика 11 результата и происходит установка в единичное состояние триггера 28 (фиг. 3 г)По сигналу с прямого выхода триггера 28, поступающему на вход уста О новки в "0" счетчика 4, он переходит в нулевое состояние, после достижения которого на входах 14 и 15 схемы 7 управления устанавливаются потенциалы логического нуля, приводящие 15 к появлению положительного импульса на выходе схемы И 26, устанавливающего триггер 28 в нулевое состояние (фиг. Зг, момент времени с 4), в результате чего при помощи схемы И 29 20 снимается потенциал логического нуля на третьих входах схем И 23-25. К моменту времени С начинается следующий цикл измерения,Накопленное к моменту времени С в счетчике 11 результата количество импульсов и состояние триггера 12 знака передаются в реверсивную систему 13 индикации в момент времени с импульсом, возникающим на выходе 2030 схемы 7 управления (фиг, 3 о). Реверсивная система индикации обеспечивает их запоминание и индикацию до появления следующего результата измерения температуры 9, причем при потен- З 5 циале логической единицы на инверсном выходе триггера 12 знака содержимое счетчика 11 результата выводится на индикацию только после его преобразования в обратный код, а в противном случае - непосредственно, обеспечивая тем самым правильную индикацию в градусах Цельсия как отрицательных, так и положительных температур.45При работе цифрового термометра с термопреобразователями, имеющими линейную термочастотную характеристику 1(6), возникает методическая погрешность измерения, обусловленная 50 способом определения температуры на основе измерения длительности периода сигнала, частота которого является информативным параметром измеряемой температуры 6 , без определения об ратной величины полученного результата. Эта методическая погрешность объясняется тем, что функция604 КТР,(6) 7 где К - состояние счетчика 4, прикотором на выходе схемы 6совпадения возникает положительный импульс,Т - длительность интервала вреВмени 14 - С при измеряемойтемпературе 6 ,в системе координат 6 , Т 9 расположена ниже прямой- (В-в,), (2)6 - О,р ( 1+ Г 1ОВ ------- 1 (3)2 - а+ о 1 агде о Й = (Г - Г ) Я - относиО, д,тельная девиация частоты на выходетермопреобразователя 1,Й и Г - частоты сигнала наавыходе термопреобразователя при температуре 6, и 9 соответственно,а = Г 6 И 6 - отношение частотыпсигнала термопреобразователя при измеряемой температуре 0 к его частоте при температуре 61,Анализ формулы (3) показывает,что относительная методическая погрешность измерения температуры отрицательна и прямо пропорциональна девиации частоты термопреобразователя.Таким образом, изменением относительной девиации частоты можно влиять наметодическую погрешностьизмерения,Термочастотная характеристика реального термопреобразователя описывается выражением+ В(6 - 9,), (4)где й (8) - частота термопреобразователя при температуре 6А и В - температурные коэффициенты,6 о - температура калибровки. где Т и Т - длительности интервала времени С 4 - Спри температуре 0 иВ соответственно,6,и 6 - нижний и верхний пределы измерения температуры соответственно,совпадающей с ней в крайних точкахдиапазона измерения температуры(фиг. 4), причем значение относительной методической погрешности измерения температуры 56 равно:Если характеристику (4) термопреобразователя аппроксимировать прямой, совпадающей с реальной характеристикой в крайних точках диапазона измерения температуры, то реальная характеристика при положительном значении коэффициента В проходит ниже, а при отрицательном его значении - выше этой прямой. Так как период сигнала 1 О есть обратная величина его частоты, то отрицательная частотная погрешность (В ) О) приводит к положительной погрешности периода, что противодействует методической погрешности 15 измерения температуры, компенсируя ее частично или полностью.Условие отсутствия погрешности от нелинейности в середине диапазона измерения температуры выражается 20 уравнениемК 1(- -- +2 й 0 -Ег1где Е - частота на выходе термопрефсобразователя при температуРе 1=(2) ПЕ - частота генератора частотыгсмещения, 30Решение уравнения (5) относительно Гг приводит к выражениюг йе + 21 "2 ГО3 й с 35Изложенный принцип линеаризации пригоден и для характеристик термопреобразователей с отрицательным значением коэффициента В, В этом случае частота Гг, рассчитанная по формуле (б), оказывается больше частоты термопреобразователя, в результате чего на выходе смесителя 3 имеем сигчал, частота которого равна Ггпричем результирующий температурный коэффициент частоты второго порядка оказывается положительным. Кроме того, наличие в предлагаемом цифровом термометре генератора частоты смещения и смесителя в ЕВ, l(ЕО - Я,) раэ.по сравнению с известным увеличивает его быстродействие.Формула изобретенияЦифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, счетчик, выходы которого через первый коммутирующий элемент подключены к входам схемы совпадения, схему управления, первый и второй входы которой соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика, третий вход соединен с выходом схемы совпадения, а первый и второй выходы соответственно подключены к входу установки в "0 счетчика и первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход подключен к счетному входу счетчика результата, выход переноса которого соединен с входом триггера знака, выходы подключены к входам реверсивной системы индикации соединенной с выходом триггера знака, а установочные входы соединены с выходами второго коммутирующего элемента, вход которого соединен с входом установки триггера знака ифтретьим выходом схемы управления, четвертый вьгход которой соединен с тактирующим входом реверсивной системы индикации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения погрешности, вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя, в него введены генератор частоты смещения и смеситель, входы которого соответственно подключены к выходу термопреобразователя и выходу генератора частоты смещения, а выход подключен к счетному входу счетчика.Тираж 778осударственного комитета СССам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб.,