Цифровой термометр

СООЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН З(59 С 01 К 7 32 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЦЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им,Ленинскогокомсомола(56) 1, Авторское свидетельство СССРР 495556, кл, С 01 К 7/32, 1973.2, Голембо В.А., Котляров В,Л.,Швецкий Б.И, Пьезокварцевые аналогоцифровые преобразователи температуры, Львов, Вища школа ( изд-вопри Львовском ун-те), 1977, с147,рис.7.1 (прототип) .(54)(57) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик, выходы которого через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выходкоторой соединен с первым входомсхемы управления, реверсивную систЕЯО 117463 А му индикации, тактирующий вход которой соединен с первым выходом с схемы управления, а входы соединены с выходами триггера знака и счетчика результата, счетный вход которого соединен с выходом схемы И, установочные входы соединены с выходами второго коммутирующего элемента, а выход переноса подключен к первому входу тр)ггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующего элемента и вторым выходом схемы управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия термометра, выход термойреобразователя подключен к счетному входу счетчика, первый ,дР и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам схемы управлениятретий выход сое анен с установочным входом счетчика, а ( четвертый подключен к первому входу схемы И, второй вход которой сое- Я динен с выходом генератора опорной частоты.Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровыхтермометров, работающих в составес датчиками, имеющими частотный выход, например пьезокварцевыми датчиками температуры.Известно устройстводля измерения температуры, содержащее термопреобразователь с частотным выходом и эталонный генератор, подклю О,ченные через Формирователи импульсок входам импульсно-фазового детектора, ключ, к выходу которого подключены соединенные последовательносчетчик импульсов, дешифратор и циф" 15ровой индикатор, а к управляющемувходу ключа подсоединены последовательно соединенные Формировательвременных интервалов и перестраиваемый генератор 13 2 ООднако это устройство обладаетнизким быстродействием, обусловленным его структурой построения.Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемомуявляется цифровой термометр, содержащийтермопреобраэователь с частотным выходом, генератор опорной частоты,счетчик, выходы которого через первыйкоммутирующий элемент подключены ксхеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, реверсивную систему индикации, тактирующий вход которой соединен с первым входом схемы управления, а входы соединены с выходамитриггера знака и счетчика результата, счетный вход которого соединен с выходом схемы И, установочныевходы соединены с выходами второгокоммутирующего элемента, а выход 4 Опереноса подключен к первому входутриггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующегоэлемента и вторым выходом схемы управления 2 345Однако известный цифровой термометр также обладает низким быстродействием, обусловленным его струк"турой построения.Цель изобретения - повышениебыстродействия цифрового термометра.50Поставленная цель достигается тем,что в цифровом термометре, содержащем термопреобраэователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик, выходы которого черезпервый коммутирующий элемент подклю"чены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемыуправления, реверсивную систему индикации, тактирующий вход которой оОсоединен с первым выходом схемы управления, а входы соединены с вы"ходами триггера знака и счетчикарезультата, счетный вход которогосоединен с выходом схемы И, устано вочные входы соединены с выходами второго коммутирующего элемента, в выход переноса подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующего элемента и вторым выходом схемы управления, выход термопреобразо=-.вателя подключен к счетному входу счетчика, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьемувходам схемы управления, третий выход соединен с установочным входом счетчика, а четвертый. подключен к первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом генератора опорной частотыНа фиг,1 представлена блок-схема цифрового термометра на фиг,2 схема управления на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового термометра.Цифровой термометр содержит термопреобразователь (датчик температуры) 1 с частотным выходом, счетчик 2, первый коммутирующий элемент 3, схему 4 совпадения, схему 5 управления,генератор 6 опорной частоты, схемуИ 7, второй коммутирующий элемент 8,счетчик 9 результата, триггер 10 знака, реверсивную систему 11 индикации.Входы 12-14 схемы 5 управления соответственно соединены с первым и вторым выходом счетчика 2 и выходом схемы 4 совпадения, а выходы 15-18 соответственно соеднненЫ с входом установки в нуль счетчика 2, вторым входом схемы 7 совпадения, входом второго коммутирующего элемента 8 и тактирующим входом реверсивной системы индикации.Схема 5 управления (фиг.2) содержит два инвертора 19 и 20, пятьсхем И 21-24 и 27 и два триггера 25 и 26, причем к входу 3 подключены первый вход схемы И 22, второй вход схемы И 23 л вход инвертора 19, выход которого соединен с вторыми входами схем И 24 и 21, к первому входупоследней и к первому входу схемы И 23 подсоединен вход 12, подключенный кроме того к входу инвентора 20, выход которого соединен с вторым входом схемы И, 22 и с первым входом схемы И 24, выход схемы И 23 подключен к входу установки в единицу триггера 25, к входу установки в нуль которого подсоединен вход 14 а инверсные выходы триггеров 25 и 26, последний из которых своим тактирующим вхоцом поцключен к инверсному выходу триггера 25, через схему И 27 соединены с третьимн входами схем И 21-23, выход схемы И 21 подключен к выходу 18, выход схемы И 22 к выходу 17, выход триггера 25 к выходу 16, выход триггера 26 к выходу15 и к третьему входу схемы И 24,вы 11) 7463ход которой соединен с входом установки в нуль триггера 26,Цифровой термометр работает следующим образом.Импульсный сигнал с выхода термопреобраэователя, частота которого является информативным параметром иэ"меряемой температуры Э, поступаетна счетный вход счетчика 2, состояниекоторого после поступления каждогоимпульса увеличивается на единицу. 10Предполагая, что н определенный момент времени 1, триггеры 25 и 26схемы 5 управления находятся в нулевом состоянии, а входы 12 и 13 схемыуправления имеют соответственно по" 5тенциалы логической единицы и логи"ческого нуля, на выходе схемы И 21возникает положительный импульс(фиг.За, момент времени Т ), который через выход 18 схемы 5 управленийпоступает на тактирующий вход реверсивной системы 11 индикации, При этомв нее записываются состояния счетчика 9 результата (фиг.Зд, моментвремени 1) и инверсного выходатриггера 10 знака. После поступленияочередного импульса с выхода термопреобразователя 1 на счетный входсчетчика 2 его состояние увеличивается на единицу, в результате че"го к моменту временина входах 12 ЗОи 13 схемы 5 управления устанавли"ваются соответственно потенциалы логического нуля и логической единицы,под воздействием которых на выходесхемы И 22 возникает положительный 35импульс, поступающий через выход 17схемы 5 управления на вход коммутирующего элемента 8 и на вход устанонки в единицу триггера 10 знака, уста"навлинающий счетчик 9 результата в 4 Осостояние, исключительно определяемое положением коммутирующего элемента ( фиг.Зд, момент времени С ).При поступлении следующего импульса с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 2 егосостояние внонь увеличивается наединицу, в результате чего на входах12 и 13 схемы 5 управденйя к моментувремени 1 устанавливаются потенциазлы логической единицы, приводящие 50к появлению положительного импульсана выходе схемы И 23, который, поступая на 3 - вход триггера 25, устанавливает его в единичное состояние.При этом с прямого выхода триггера 5525 через ныход 16 схемы 5 управленияна второй вход схемы И 7 поступаетсигнал, по которому импульсы с .выхода генератора 6 опорной частоты через второй вход схемы И 7 начинают 6 Опоступать на счетный вход счетчикарезультата 9. В момент переполнениясчетчика 9 возникает импульс переноса, который переключает триггер10 знака в противоположное состоя" ние, после чего начинается следующий цикл счета (фиг.За, интервалвремени 1 - Т,).Схемы Й 21-23 в течение интервала времени (1- 1 ) закрыты сигналом, поступающим в выхода схемы И 27,на вход которой подается нулевойсигнал с инверсного выхода триггера 25.При дальнейшем поступлении импульсов с выхода термопреобразователя на счетный вход счетчика 2 егосостояние увеличивается, а при достижении состояния, определяемогоположением коммутирующего элемента 3,на выходе схемы совпадения 4, подключенном через вход 14 схемы 5 управления к входу установки в нультриггера 25, возникает положительный импульс, устанавливающий триггер25 н нулевое состояние (фиг,38, морент времени ), н результате чегопрекращается поступление импульсовс выхода генератора 6 опорной частоты на счетный вход счетчика 9 результата,При установке триггера 25 н нулевое состояниео сигналу с егоинверсного выхода триггер,.26 устананлинается н единичное состояние(фиг.З, момент времени ;,). По сигналу с прямого выхода триггера 26через выход 15 схемы 5 управлениясчетчик 2 переходит в нулевое состояние, после достижения которогона входах 12 и 13 схемы 5 упранления устанавливают;я потенциалы логического нуля, приводящие к появлению положительного импульса навыходе схемы И 24, устанавливающеготриггер 26 в нулевое состояние(фиг.З, момент времени 1 ). Приустановке триггера 26 в нулевое состояние при помощи схемы И 27 снимается потенциал логического нуляна третьих входах схем И 21-23, Кмоменту времени 1 начинается следующий цикл термометра.Накопленное к моменту временив счетчике 9 результата количество импульсов и состояние триггера 10 знака импульсов на выходе 18схемы упранления 5 (фиг.За, моментвремени С) передаются в ренесивную систему 11 индикации, обеспечивающую их запоминание и индикациюдо появления следующего результатаизмерения тмпературы О, причем припотенциале логической единицы наинверсном выходе триггера 10 знакасодержимое счетчика 9 результатана индикацию выводится только послеего преобразования в обратный код,а в противном случае непосредственно, обеспечивая тем самым правильнуюиндикацию в градусах Цельсия какотрицательных, так и положительныхтемператур.Таким абразомепрннцип работы циФрозова термометра зйкпочйется вследующем.Частота следования импульсов наВ"-Кацн "ЕгМОПР - ОбайэозаТЕЛя 1 прн.;Ощн СЕТчИКй 2 ЕЕОММУТИРУЮщЕГОвле;"ентй 3, схемы 4 совпадения исхемы 5 управления преобразуетсяВ обратна пропорциональный частотеследования интедрвйл времени Ф.э:цкаараго:.емпульсы с д 1 ОГенерйтОР. б Ог 0 ной чйстотЫ поступ 3. зй счетный вха; счотчика 9 реве;,; . е;",тй .:едвйат егьна установлен 1,-.,огсОпгеделснное исходное со. талниеабеспече.йощее получение 15Отс.етй измеряемой температуры Внее . г;.г в Г айееуйх 1 ельсеея,СТО й СЛЕДОВНИЯ ИМПУЛЬСОВ ЙОнй еьоее термопреобрйзавателя вЭЕ:.ЕЕСНМОСТИ ОТ ИЗМЕаяЕМай . сМПЕра- ЕТъэы 9 Равнад е+ Б(а) . (1)где г, - частота датчика 1 темпера."Урь при теперйтуреКРетн 3 Нй ТССМОЧс: СТОТ НОЙ Ха"Рйктерист 1 кн,т 1 йт 2 нкй 1 темпеа туры9. - темпеайтУай кслибровки,Беля через 1 Обозначить состояниесч"т-ие 2, при даст".ежении которогонй выходе схемы ,. совпадения возНь.КНЕ Пат,с,"КЕТЕЛЬЕд.Е ИМПУЛЬСе тадл .г:-: в .е наст., интервала времени1к1 (Р 12 .с ей ЛН .Ес.г За ИГ,Ли СОВ е ГОСТУПаЮЦЕЕзттптсрвйл вреОни с выхоца.:,.:.-,й . Ге едвйгетельной уста - ,; ВЛ:-Ощй."-.С РЕЗУЛЬТйтаМ ТЕеПЕрйтурЫ Зе"й й, апревляе 1 йя атноще",:Е9 -Я1 е;г сЕ гд и,- чаксимйльнае значение из 6г ";:;.;еаяемай температуры 9,ссИЕИйЛЬНОЕ ЗнаЧЕНИЕ ИЗеер яемой темперйту ры ЭРйзрезйюеейя способностьаифравога термометра, 65 Значение состояния М равнос учетом которого уравнение (4) принимает вид9 Вв о/Значениевыбирается по Формуле1 81 92 929 .Е ц где К 9 , Г в - частота следования2импульсов на выходедатчика 1 температурыпри температурах градуировки в 1 и 92 соответственно,Разлагая выражение (3) в степенной ряд и пренебрегая квадратичными членами более высокого порядка, допустимость чего утверждается неравенством У. я Я 9 выражение (7) принимает .вид:5ИВ=-КЕ 2 В (Э)гон (свидетельствующий о том, что полученное к моменту времени состояние счетчика 9 результата действительно пропорциональна измеряемой температуре 9 (фигБыстродействие ечФровога термометра оценивается по длительности ин-. тервала времени -3), котораЯ с учетом уравнения (8) равна92 1 оГ5 с 9 1 ГОН 59 Г 1 ГОц(Х 9 мало отличается от Ко) в то вре,92мя, как длительность цикла. измерения циФрсваго термометра, описанного в (2)еопределяется выражением5 д 9.;, (11). что соответствует увеличению быстродействия вГон (12) раз,Без применения специальных серий интегральных микросхем Е о может быть выбрана. Равной 1 б мГц, что при еспальзовйнии тремочувствительных пьезоквйрцевых датчиков с то=5 мГц означает увеличение быстродействия в 3, 2 раза, Быстродействие цифрового термометра далее может быть увеличено путем применения более высокочастотных элементов,пля генератора б опорной частоты, схемы И 7 и входной части счетчика 9 результата.Далее следует что при 1 эаботе пибрансга термометра по .предлагае 11174 б 3мой структуре с реальными термочувствительными пьеэокварцевыми датчиками, термочастотная характеристика которых описывается степеннымрядом с положительным квадратнымчленом, ошибка от нелинейности вовсем диапазоне измерения температуры в среднем на 30 ниже ошибки от нелинейности известного устройства Таким образом, предлагаемый термометр является более простым и в 5 то же время более быстродействующим устройством, чем известное.1117463тт ВНИИПИ Заказ 7184/24 Тираж 822 Подписное лиал ППП фПатентф, Уагород,ул.11 роектная