Устройство для измерения температуры

(594 С 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Буцци ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВИ ЬСТВУ 820/245. 879.89,вскийЛенин(21) 42 (22) 08 (46) 23 (71) Ль ститут юл. У 35олитекнический инского комсомолатехнический инстии Льво кии ле тут(56) Авторское свидетельство СССР У 892233; кл. С 01 К 7)00, 1980.Авторское свидетельство СССР У 830151, кл. С 01 К 7/32, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение касается температурных измерений и может быть исполь зовано для измерения температуры с помощью термопреобразователей с частотным выходным сигналом и с нелинейной характеристикой. Целью изобретения является упрощение устройства и повьппение его надежности. Сигнал с выхода термопреобразователяпоступает через первый ключ 2, управляемый триггером 14, в счетчик 3результата. Счетчик 9 опорной частоты считает импульсы с опорногогенератора 8, формируя измерительный интервал. В момент переполнениясчетчика 9 срабатывает одновибратор21, устанавливая все счетчики в исходное состояние. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 5,10 и 19по сигналам с выходов счетчика 3 результата, счетчика 9 опорной частоты и третьего счетчика 18, выдаютединичные сигналы на счетные входыпервого 6, второго 7 и четвертого20 счетчиков. Блоки 7 и 12 сравнениясравнивают выходные сигналы счетчиков 6,1 2 и 20 и управляют работойпервого 14 и второго 15 триггеров. 2 ил3150963Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температурыработающими в комплекте с термопре 5образователями с частотным выходом,Целью изобретения является упрощение устройства и повышение егонадежности при сохранении точностиизмерения путем исключения из состава устройства сложных узлов .На фиг. 1 представлена схема устройства", на фиг. 2 - характеристикитермопреобразователей и временныедиаграммы, поясняющие процесс измерения температуры.Устройство для измерения температуры содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, первыйключ 2, счетчик 3 результата, индикаторный регистр 1, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 5,первый счетчик 6, первый блок 7сравнения, генератор 8 опорнойчастоты, счетчик 9 опорной час-,25тоты, второе постоянное запоминаю-щее устройство .(ПЗУ) 10, второй ключ11, второй счетчик 1 2, второй блок3 сравнения, первый триггер 14,второй триггер 15, третий ключ 16, 30четвертый ключ 17, третий счетчик 18,третье постоянное запоминающее.устройство 19, четвертый счетчик 20 иодновибратор 21,Характеристика термопреобразователя аппроксимируется кусочно-линейной функцией, которая в общем случаедля 1.-го участка аппроксимации имеетвид40Г; а, +сОгде У - частота термопреобразователя;8 - температура;а; - частота, соответствующая 45нулевой температуре термопреобразователя для 1-гоучастка характеристики,. если его экстраполироватьдо нулевой температуры,Б, - крутизна характеристикина 1.-ом участке.Принцип действия устройства заклк- чается в подсчете числа импульсов от термопреобразователя в счетчике 3 результата за время ;, соответствующее крутизне характеристики на -ом участке и добавления в счетчик результата числа а Г, в дополнительном коде для получения отсчета, пропорционального температуре, Причемвначале измерение производится завремя, пропорциональное минимальномувремени из всех 1, затем проверяется соответствует ли частота участку характеристики с максимальнойкрутизной, и если соответствует,то подсчет импульсов термопреобразователя прекращается, а если нет, товремя счета увеличивается на величину 6 с = Е, - 1, и счет импульсовот термопреобразователя продолжается без остановки и т.д. После подсчета импульсов от термопреобразователя производится подача импульсов,число которых равно числу а Т вОдополнительном коде,Характеристика теРмопреобразователя может иметь вид выпуклой и вогнутой кривых,Крутизна .характеристики термопреобразователя при .росте температуры уменьшается (фиг.2 а).При процессе накопления результата в счетчике 3 результата для тер-мопреобразователя видно, что времясчета Е, , Е, ,Е; для меньшихчастот меньше, чем времЕ счета длябольших частот (фиг.26),Крутизна характеристики термопреобразователя при росте температурыувеличивается (фиг,2 в).При процессе образования результата в счетчике 3 для термопреобразователя видно, что время счета дляменьших частот термопреобразователябольше, чем для больших частот.Рассматривая характеристику пофиг. 2 б и процесс накопления импульсов в счетчике результата можноубедиться, что число импульсов, которое поступает в счетчик 3 послеподсчета импульсов от термопреобразователя в этом случае при переходена участок с меньшей крутизной, т.е.при увеличении времени счета, увеличивается.Направление счета счетчиков 12 и20, а также источников информацииподключаемых к первым и вторым входам блоков 7 и 13 сравнения зависитот характера нелинейности термопреобразователя,Если используется термопреобразователь с характеристикой представленной на фиг.2 а, то счетчик 12 должен быть суммирующим, а счетчик 20 -5 150 вычитающим, к первым входам блоков 7 и 13 сравнения должны быть соответственно подключены выходы счетчиков 6 и 20, а ко вторым входам - вы- . ход счетчика 12.Если используется термопреобразователь с характеристикой, представленной на фиг.2 в, то счетчик 12 должен быть вычитающим, счетчик 20 - суммирующим, к первым входам блоков 7 и 13 сравнения должен быть подключен выход счетчика 12, а ко вторым входам соответственно выходы счетчиков 6 и 20. При этом на выходах блоща а "ков 7 и 3 сравнения появляется 1 когДа число, поданное на вторые входыбольше числа, поданного на первые входы. В остальных случаях на выхо-дах блоков сравнения нули.Счетчик 6 всегда считает на сложение.Переключение входов блоков сравнения может быть осуществлено фактическим переключением входов, а на некоторых схемах сравнения, например 564 ИП 2, - соответствующей подачейстробирующих сигналов.Начальная установка суммирующиха счетчиков производится в 0", а начальная установка вычитающих счетчиков - во все "1",Устройство работает следующим образом (фиг .2 а)При переполнении счетчика 9 опорнбй частоты сигналом с выхода его старшего разряда запускается одно- вибратор 21 и вырабатывается короткий импульс, который переносит результат предыдущего измерения из счетчика 3 результата в индикаторный регистр 4, устанавливаетв "0" счетчики 3,6 и 18 и в исходное состояние (либо нули, либо единипы) - .счетчики 1 2 и 20 и устанавливает в"1" первый триггер 14. На выходах блоков 7 и 13 сравнения появляются нули. Замыкается ключ 2 и начинается подсчет счетчиком 3 импульсов, поступающих от термопреобразователя 1. По мере увеличения числа в счетчике 3 опрашивается содержимое первого ПЗУ 5, начиная с нулевого адреса.Когда на адресных входах ПЗУ 5 оказывается адрес, по которому в этом ПЗУ записана единица, состояние счетчика б увеличивается на единицу, Импульсы генератора опорной частоты 8непрерывно подсчитываются счетчиком9632 69, и когда число в этом счетчикестанет равным адресу, по которому вПЗУ 1 О записана единица, состояниесчетчика 1 2 увеличивается на единицу,так как ключ 11 замкнут благодарятому, что триггер 15 находится в состоянии 0". Время от момента замыкания ключа 2 и до поступления первогоимпульса в счетчик 12 равно временисчета, соответствующего максимальнойкрутизне аппроксимированной характеристики термопреобразователя 1.Этовремя предварительно рассчитывается 15 по Формуле 20 1где Б, - максимальная крутизна1 ма ксхарактеристики термопреобразователя в Гц/ С,66 - разрешающая способностьустройства (значение единицы младшего разряда).25Когда время счета и соответствующее ему число в счетчике опорной частоты станет равным времени, определенному для участка с меньшей крутизной,соседнего с участком с максимальнойкрутизной, на выходе ПЗУ 10 снова появится единица и в счетчик 12 поступает второй импульс, Это время счетарассчитывается по Формулеа1(2)Я 035 Процесс счета в счетчиках 3 и 9продолжается аналогичным образом, авремя счета на каждом участке определяется по формуле й; в - (Я; 66) 40 .Когда число в счетчике2 станетбольше числа в счетчике б, сработаетблок 7 сравнения, и установит в нольтриггер 14, который устанозит в единицу триггер 15 . Ключи 2 и 1.1 раэмыкаются, ключи 1 б и 17 замыкаются.Импульсы с выхода генератора 8 начинают поступать на входы счетчиков 3и 18 и хотя они продолжают поступатьна вход счетчика 9, состояние счетчика 2 с этого момента остается неизменным. Когда число в счетчике 18станет равным адресу, по которому вПЗУ 19 записана единица в счетчик 20поступит импульс и его состояниеУменьшится на единицу. Когда числОв счетчике 20 станет меньше числа всчетчике 12, срабатывает .блок 13сравнения и устанавливает в ноль триг.гер 15В счетчик 3 результата через ключ 17 поступает такое количество импульсов, чтобы при нулевой измеряемой температуре результат был бы равен нулю, При следующем переполнении счетчика 9 одновибратор 21 переносит результат. измерения в регистр 4 и цикл измерения повторяется аналогично описанному выше. 10Если термопреобразователь имеет характеристику, изображенную нафиг.2 в, то процесс измерения температуры протекает следующим образом.При переполнении счетчика 9 одно вибратор 21 своим импульсом переносит результат предыдущего измерения в регистр 4, устанавливает в ноль счетчики 3,6,18 и 20, во все единицы счетчик .12 и в единицу триггер 14. 20 На выходах блоков 7 и 13 сравнения появляются нули, Ключ 2 замыкается и импульсы термопреобразователя 1 начинают поступать в счетчик 3. Счетчик 9 считает импульсы опорного гене ратора 8. По импульсам на.выходе ПЗУ 5 увеличивается состояние счетчика 6, а по импульсам ПЗУ 10 уменьшается состояние счетчика 12.Таким образом, состояние счетчи ков 6 и 12 в процессе измерения приближаются друг к другу, так как число в счетчике 6 увеличивается от нуля, а число в счетчике 1 2 уменьшается от единиц во всех разрядах. Когда число в счетчике 12 станет меньше числа в счетчике 6, сработает блок 7 сравнения и установит в ноль триггер 14 который установит в единицу триггер 15. Ключи 2 и 11 размыкаются, а клю чи 15 и 17 замыкаются. Импульсы с вьгхода генератора 8 начинают поступать на входы счетчиков 3 и 18. Когда число в счетчике 20 станет большечисла в счетчике 1 2, сработает блох 45 13 сравнения и установит в нольтриггер 1 5.В ПЗУ 10 записываются единиць до адресам, рассчитанным по формуле50 где(4)9,- 6;.55 определяется по характеристике термопреобразователя.В ПЗУ 5 записываются единицы по адресам, рассчитанным по формуле(5)В ПЗУ 19 единицы записываются поадресам, рассчитанным по формулеИ=к - (Р, - 88; ) Т; (6)где К - емкость счетчика 3 результата;Т - требуемое время счета на1.-ом участке характеристикитермопреобразователя,Ео - частота генератора 8Б; - значение крутизны характеристики на 1.-ом участке 1 Р ,Г - значение частоты термопре фобраэователя в начале иФконце -го участка характеристики,6;, 6; - значение температуры термопреобразователя. в начале иконце д".го-участка характеристикии.Емкости счетчиков 6, 12 и 20 равны количеству отрезков кусочно-лкнейной аппроксимации характеристики термопреобраэова,телей,Формула изобретенияУстройство для измерения температуры, содержащее термопреобраэователь с частотным выходом, подключенный через первый ключ к счетчику результата, соединенному с индикаторным регистром, счетчик опорной .частоты, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, два блока сравнения, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его надежности, в него введены четыре счетчика, три постоянных запоминающих устройства, два триггера, три ключа и одно- вибратор, вход которого соединен с восходом старшего разряда счетчика опорной частоты, а выход соединен с уйравляющим входом индикаторного регистра, с установочными входами всех счетчиков и входом установки в "1" первого триггера, вход установки в "0" которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход подключен к управляющему входу первого ключа и.входу установки в 1 второго триггера, вход установки 0" которого соединен с выходом второго блока сравнения, инверсный выход подключен1509632 ГОЯ Гя р Ую фа Ефъ Фиг,2 Составитель В, Кули Редактор Г, Волкова Техред А.Кравчукбру Корректо аказ 579 Тираж 573 одписн рытиям при ГКНТ ССС 4/5 Государственного комитета по изобретениям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб оизводственно-издательский комбинат, "Патент", г.ужгород, ул. Гага 01 к управляющему входу второго ключа,а прямой выход соединен с управляющими входами третьего и четвертогоключей, входы которых соединены с выходом генератора опорной частоты, авыходы соединены соответственно с вхоцом третьего счетчика и входом счет -чика результата измерения, выходыкоторого подключены к адресным входам 10первого постоянного запоминающегоустройства, выход которого соединенсо счетным входом первого счетчика,при этом адресные входы второго постоянного запоминающего устройства соединены с выходом счетчика опорнойчастоты, а выход через второй ключсоединен со счетньм входом второгосчетчика, адресные входы третьегопостоянного запоминающего устройства соединены с выходами третьегосчетчика, а выход подключен к счетному входу четвертого счетчика, входы первого блока сравнения соединеныс выходами первого и второго счетчиков, а входы второго блока сравнениясоединены с выходами второго и четвертого счетчиков,