Цифровой термометр

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1) Дополнительное к авт вид-ву 1" 70(22) Заявлено 02, 04. 80 с присоединением заявки (23) П риорнтет С 01 Гооударстеенный коните СССР ао ленам изобретений(71) Заявитель ИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР учета разброса параметров кварцевыхрезонаторов (КР) по значению Фс необходимо применять схемы изменениявремени измерения йо путем изменениякоэффициента деления 1 делителя частоты базы времени, Требуемые коэффициенты деления выставляются согласнотаблице с паспортной чувствительностью датчика переключателем или посредством коммутации выводов 2. тоНедостатком этого термометра является необходимость размещенчя внутри ЦТ узлов переключения большогочисла коммутирующих элементов дляпредварительной установки счетчика 15результата и делителя частоты базывремени, что усложняет ручное управление ЦТ и его конструкцию, а такжеувеличивает возможность случайного 20переключения коммутирующих элементов. Кроме того, для учета погреш"ности из-за нелинейности составляющей для ТКР с пьезоэлементом С среза в диапазоне температур -60 -емперату н Изобретение я к т р ым измерениям.По ному .-. -. Н 7 ОО 788 известен цифровой термометр (ЦТ), содержащий термопреобразователь с частотным выходом, соединенный с входом кмча, генератор опорной частоты, соединенный с делителем частоты, блок управления, вход которого соединен с выходом старшего разряда делителя частоты, а выходы соединены соответственно с управляющим входом ключа, генератором опорной частоты и входами установки нуля делителя частоты, тактирующий блок, подключенный к уп" равляющему входу сумматора, ко входам которого подключены выходы преобразователя кодов и стробоскопический блок индикации.В этом термометре для учета технологического разброса характеристик температурного кварцевого резонатора (ТКР) по номинальной частоте Го и чувствительности 5, а также для анов, В.А, Долгов, А С.Крйвовцков, А.В. Кармановский,Голембо+ 120 С и 0,2-0,3 С осуществляют либо подбор ТКР, у которых температурные коэффициенты второго и третьего порядка противоположны по знаку и равны по модулю, что возможно только теоретически, либо применяют по градуировочным таблицам.Это ведет к неудобствам в эксплуатации и является источником дополнительных случайных ошибок. 1 ОЦелЬ изобретения - повышение точности измерения путем устранения ошибки в результатах отсчета температуры, возникающей из-за нелинейности термочастотной характеристики 1 у датчика температуры и расширения диапазона измеряемых температур.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой термометр введены соединенные последовательно блок распо- , щ знавания калибровочных интервалов температуры, блок-диспетчер и электронный коммутатор, выходы которого соединены с соответствующими входами делителя опорной частоты, а вход 2 З блока распознавания калибровочных интервалов температуры соединен с выходом блока индикации.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого термометра; на фиг, 2 - его термочастотные характеристики. Устройство содержит пьезокварцевый термопреобразователь 1 с частотным выходом, который через ключ 2 и тактирующий блок 3 подключен к управляющему входу сумматора 4, ко входам которого подключены выходы преобразователя 5 кодов, служащего для преобразования прямого кода в обратный по сигналам старшего разряда делителя опорной частоты. К входам преобразователя 5 подключены выходы старших 1+1-иразрядов делителя б опорной частоты. Самый старший и-ный разряд делителя опорной частоты служит для управления работой преобразователя 5. К входу делителя б подключен генератор .7 опорной частоты, выход 1 с-го разряда делителя б - к другому входу тактирующего блока 3. К входу схемы 8 управления подключен старший и-ный разряд делителя опорной частоты. Первый выход схемы 8 управления подключен ко входам "Установка в 0" сумматора 4, делителя б опорной частоты, а второй выходк входам генератора 7 опорной часто 33 4ты и ключа 2. Выходы сумматора 4 подключены ко входам стробоскопического.блока 9 индикации, выход которогосоединен с блоком 10 распознаваниякалибровочных интервалов температуры,выход которого соединен. с входом диспетчера 11. Выход диспетчера 11 соединен с входами электронного коммутатора 12, выходы которого соединеныс входом делителя б опорной частоты.В качестве точек стабильной температуры (реперных точек) при градуи. ровке термометра используют веществас характерными точками агрегатногосостояния, температура которых достаточно точно известна,Весь диапазон измеряемых температур, составляющий -80 - + 150 С разбивают на поддиапазоны, границамикоторых являются реперные точки, Перед сдачей термометра в эксплуатацию производят корректировку погрешности из-за нелинейности ТКР путемкусочно-линейной аппроксимации термочастотной характеристики (ТХЧ) отрезками прямых с узлами в реперныхточках. ТЧХ в общем случае явпяетсянелинейной функцией температуры иописывается рядом видад ь- = Е К"(в-в.)",о и.где д= - , - х - температурныйО11 О коэффициент час 3"тоты (ТКЧ);Р и 6 - калибровочное и0текущее значениетемпературы,Для кусочно-линейной аппроксимации дополнительно введенные блокиреализуют лишь первый член формулы,так как в промежутке температур междудвумя реперными точками истинная зависимость частоты колебаний кварцаот температуры измеряемой среды остается неизвестной.Устройство работает следующим обМ разом,При измерении температуры схемауправления включает генератор 7 и открывает ключ 2. Импульсы с выходатермообразователя 1 через ключ 2поступают на вход тактирующего блока3, которое запрещает одновременноепоступление импульсов с выхода ключа 2 на вход "Перенос" сумматора 420 и импульсов с выхода 1-го разряда, На выходе преобразователя 5 во время работы цифрового термометра формируется определенная последовательность чисел, Импульсы с выхода такти рующего блока 3 вызывают перенос чисел с выходов преобразователя 5 в сумматор Ч, в котором они суммируются.При помещении пьезокварцевого тер" ф мопреобразователя в среду с температурой, соответствующей реперным значениям р,ср , ,болок 10Я,1 ф распознавания калибровочных интерва" лов температуры обучают, Процесс обучения заключается в том, что с помощью диспетчера 11, в ячейках памяти которого запоминаются определенные последовательности чисел, подают команды через электронный коммутатор 12 на делитель б для измерения его коэффициента деления до тех пор, пока цифровой индикатор не зарегистрирует температуру, соответствующую температуре реперной точки, ИВ процессе эксплуатации термометра блок 1 О распознает действительный интервал температуры (между двумя реперными точками), номер этого интервала выдает в виде двоичной последо" зфвательности диспетчеру-блоку 11, который в свою очередь вырабатывает команду, поступающую в блок 12 элект ронного коммутатора для установки электронных ключей в такую комбинацию "включено-выключено", которой соответствует определенная крутизна 5 (чувствительность) ТКР, точно приводящая его характеристику в следующую реперную точку. 40Блок 10 распознает калибровочные интервалы температуры, информация о номерах которых поступает на его вход в виде двоичного и-элементного кода. Блок 10 выполнен в виде и схем совпадений по входу, выходу которых конъюктивно объединяются соответственно новому коду, содержащему номер калибровочного интервала, т.е. блок 1 О реализует булеву матрицу, сово 0 купности входов которой соответствуют определенные значения температур, хранящихся в матрице, а совокупности выходов - значения температурных интервалов, Техническая реалиИ зация блока 10 достигнута сборкой диодной матрицы по типу дешифратора. Блок-диспетчер 11 преобразует номер температурного интервала в команду на включение соответствующих элементов электронного коммутатора 12.Блок 11 выполняет две Функции:шифратора, так как преобразует номерконкретного температурного интервалав соответствующую и-значную кодовуюдвоичную последовательность, управляющую ключами электронного коммутатора 12, и функцию усиления сигчала.Техническая реализация блока 11 достигнута также сборкой диодной матрицы по типу шифратора с транзисторнымусилием на выходе,Блок 12 электронного коммутаторауправляет работой делителя 6. Блок12 является исполнительным элементом. По входу он выполнен в виде инезависимых схем соЬпадения, а повыходу - конъюктивно связанных междусобой таким образом, цтобы срабатывание/несрабатывание определенныхэлектронных ключей (реализация определенного выходного кода) соответствовало установке определенной крутизны Б в блоке б.Техническая реализация блока 12достигнута сборкой двух диодных матриц (дешифраторной на входе и шифраторной на выходе).Принцип повышения точности и расширения диапазона измеряемых температур с помощью дополнительных блоков 10-12 поясняет фиг. 2, где 1термочастотная характеристика ЬГ Г == Г(т); 11 - линейная аппроксимация,реализуемая в известном термометре;111 - предлагаемая аппроксимация прямолинейными отрезками; 1 У - возможная ошибка измерения температуры известным устройством.. Значительная величина ошибки(Фиг. 2) объясняется большим выбранным диапазоном измерения температур.В действительности для известных термометров этот диапазон ограничивается-60 - + 120 С, а крутизна параболынесколько меньше, т.е. зависимостьдГ/дТ = Г (Ч ) более линейна.Предлагаемое устройство позволяет не только повысить точность, но и расширить интервал возможных измерений температуры до значений, практически ограничиваемых возможными граничными температурами эксплуатации данного типа кварцевого резонатора.Таким образом, введение в устройство блоков распознавания калибровочных значений температуры, диспетчера7 894 и электронного коммутатора позволяет исключить из результата измерения погрешности, вызываемые нелинейностью ТЧМ пьезокварцевого термопреобразователя и технологическим разбросом характеристик ТКР по номинальной частоте Г, и чувствительности 5, что, в свою очередь, позволяет снизить требования к стабильности элементов устройства при одновременном повышении точности и расширении интервала измеряемых температур.формула изобретенияЦифровой термометр по авт, св, У 700788, отличающийся 2233тем, что, с целью повышения точностии расширения диапазона измеряемыхтемператур, в него введены соединенные последовательно блок распознава-ния калибровочных интервалов температуры, блок-диспетчер и электронныйкоммутатор, выходы которого соединеныс соответствующими входами делителяопорной частоты, а вход блока оаспофзнавания калибровочных интервалов . температуры соединен с выходом блокаиндикации.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе 5 1. Авторское свидетельство СССРй 700788, кл. 6 01 К 7/00, 1978.892233 л й 0 Аааибро 8 очные интердаюы щеюг 4 ЬгЯКоррект Николаи едак 10дарственногоизобретений иа, Ж, Рауша а в аказ 11210/6 исноеССР По итетаткрыт ая на 4/5 Филиал ППП "Пат ТиражВНИИПИ Госпо делам13035, Моск Ужгород, ул. Проект лдв гедюаюб)иО снеж и