Цифровой термометр

(71,) Львовский ордена Ленина политехнический. институт им. Ленин комсомола(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 310131, кл, С 01 К 7/ОО, 1970.2. Голембо В.А Котляров В.Л. иий Б.И. Ньезокварцевые аналоговые преобразователи температуры. Львов, "Вища школа", 1977, с. 147, рис. 71 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содер- жащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому .входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени, установочный вход которого соединен с первым выходом схемы управления, а выходы через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соединен с вторьи входом первой схемы И, третий выход - с входом установки в положение "0" счетчика результата измерения и входом установки в положение "1 н ского Ввецк цифро ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ЯО 1125428 Я триггера знака, счетный вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения, а четвертый выход схемы управления соединен с тактирующим входом регистра индикации, входы которого соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходы через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации Второй коммутирующий элемент и вторую схему И, о т л ич а ю щ и й с я тем, что,с целью упрощения процесса градуировки термометра, в него введены делитель частоты с перестранваемым коэффициентом деления н дополнительный счетчик, выходы которого соединены с установочными входами счетчика результата, вход установки в положеВ Вние О соединен с пятым выходом схемы управления, а вход подключен к выходу второй схемы И, входы которой соответственно соединены с вторым выходом схемы управления и выходом делителя с перестраиваемым коэффициентом деления, установочные входы которого соединены с выходом второго коммутирующего элемента, а входподключен к генератору опорной частоты, при этом три промежуточных выхода счетчика базы времени соединены с вторым, третьим и четвертымвходами схемы управления, шестой выход которой соединен с установочнымвходом счетчика результата., 112 И 8Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров, работающих в составе с термопреобразователями, имеющими частотный, выход, например пьезокварцевыми датчиками температуРыеИзвестно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь с частотным выходом, соединенный с входом ключа, генератор опорной частоты, соециненный с делителем частоты, блок управления, вход. которого соединен с выходами старшего Разряда делителя частоты, а выходы подключены к управляющему входу ключа, генератору опорной частоты и входу установки в"0" делителя частоты, блок индикации 1 1.Однако это устройство характеризуется неудобством его градуировки, обусловленным его структурной схемой 10 Наиболее близким по технической д сущности к изобретению является цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени установочный вход которого соединен с35 первым выходом схемы .управления, а выходы через первый коммутирующий элемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первым входом схемы управления, второй выход которой соецинен с вторым входом первой схемы И, третий выход - с вхоцом установки в "0" счетчика результата измерения и входом установки в "1" триггера знака, счетный. вход которого соединен с выходом переноса счетчика результата измерения, а четвертый выход схемы управления - с тактирующим входом регистра индикации, входы которого сое 50 динены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходы через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, второй коммутирующий элемент и вторую схему И 21,ь 5Однако известный ц:1 фровой термометр характеризуется неудобством его градуировки, обусловленным его структурой построения. Цель изобретения - упрощение процесса градуировки цифрового термометра путем введения раздельной градуировки при 9 - 0 С и 6 Ф 100 С(например, В100 С).Поставленная цель достигается тем,что в цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотнымвыходом, подключенный к первому входу смесителя, выход которого подключен к первому входу первой схемы И,а второй вход соединен с выходомгенератора опорной частоты, соединенным с входом счетчика базы времени,установочный вход которого соединенс первым выходом схемы управления,а выходы через первый коммутирующийэлемент подключены к схеме совпадения, выход которой соединен с первымвходом схемы управления, второй выход которой соединен с вторым входомпервой схемы И, третий выход - свходом установки в 0" счетчика ре -зультата измерения и входом установки в "1" триггера знака, счетныйвход которого соединен с выходомпереноса счетчика результата измерения,. а четвертый выход схемы управления соединен с тактирующим входомРегистра индикации, входы которогосоединены с выходами счетчика результата и триггера знака, а выходы через преобразователь кодов подключенык входу блока индикации, второй коммутирующий элемент и вторую схему И,введены делитель частоты с перестраиваемым коэффициентом деления и дополнительный счетчик, выходы которогосоединены с установочными входамисчетчика результата, вход установкив 0" соединен с пятым выходом схемыуправления, а вход подключен к выходу второй схемы И, входы которойсоответственно соединены с вторьщвыходом схемы управления и выходомделителя с перестраиваемым коэффициентом деления, установочные входыкоторого соединены с выходом второгокоммутирующего элемента, а вход подключен к генератору опорной частоты,при этом три промежуточных выходасчетчика базы времени соединены свторым, третьим и четвертым входамисхемы управления, шестой выход которой соединен с установочным входомсчетчика результата,На фиг, 1 представлена блок-схемацифрового термометра; на фиг. 2схема управления; на Фиг. 3 - времен45 3 11254 ные диаграммы, поясняющие работу цифрового термометра.Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, генератор 2 опорной частоты, смеситель 3, делитель 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления, коммутирующий элемент 5, две схемы И 6 и 7, схему 8 управления, схему 9 совпадения, коммутирующий элемент 10, счетчик 11 базы времени, дополнительный счетчик 12, счетчик 13 результата, триггер 14 знака, регистр 15 индикации, управляемый преобразователь 16 кода, блок 17 индикации, при этом входы 18-20 схемы управления соединены с промежуточными выходами счетчика базы времени, а вход 21 схемы управления - с выходом схемы совпадения.Выход 22 схемы управления соединен с вторыми входами схем И б и 7, выход 23 - с входом установки в "0" дополнительного счетчика 12, выход 24 - с входом установки счетчи 25 ка 13 результата, выход 25 - с входом установки в "0" счетчика 13 результата и входом установки в "1" триггера 14 знака, выход 26 - с тактирующим входом регистра 15 индикаЗС ции и выход 27 - с входом установки в "О" счетчика 11 базы времени.Схема 8 управлении содержит три инвертора 28-30, шесть схем И 31-36 и триггер 37, причем к входу 18 подключены вход инвертора 28, выход которого соединен с первыми входами схем И 31, 33 и 35, и вторые входы схем 32 и 34.Вход 19 соединен с вторым входом схемы И 33, третьим входом схемы И 34 и входом инвертора 29, выход которого соединен с вторыми входами схем И 31 и 35 и первым входом схемы И 32.Вход 20 подключен к входу инвертора 30, выход которого соединен с третьими входами схем И 31-33 и первым входом схемы И 34, и к третьему входу схемы И 35, подключенной своим выходом к входу установки в триггера 37.Вход 21 схемы управления соединен с первым входом схемы И 36 и входом установки в "0" триггера 37, инверсный выход которого соединен с четвер- тыми входами схем И 31-35 и вторым входом схемы И 36, выход которой подключен к выходу 27. 78 4Вьходы 23-26 схемь управления соответственно соединены с выходамн схем И 34-31, а выход 22 - с прямым входом триггера .37.ЦиФровой термометр работает сле - дующжл образомСмеснтель 3 выделяет сигнал,частота которого равна разности частот датчика 1 температуры и генерато. ра 2 опорной частоты, последняя нз которых выбирается меньше минимального значения частоты термопреобразователя 1, в результате чего знак разности обеих частот во всем диапазоне измерения температуры остается )неизменным. Частота генератора 2 опорной частоты делителем 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления с использованием коммутирукицего элемента 5 преобразуется в частоту, равную частоте выходного сигна - ла смесителя 3 при температуре датчика, равной 0 С. Поступающие также на счетный вход счетчика 11 базы времени импульсы генератора 2 опорной частоты при помощи коммутирующего элемента 10, схемы 9 совпадения и схемы 8 управления преобразуется в ряд сигналов, представленных на фиг, Зо -,Предполагая, что к моменту времени г. (Фиг. 3 и ) триггер 37 схемы 8 управления и первые три выхода счетчика 11 базы времени, подключенные к входам 18-20 схемы управления 8 соответственно, находятся в нулевом состоянии, на выходе схемы И 31 образуется положительный импульс, поступающий через выход 26 схемы 8 управления на тактирующий вход регистра 15 индикации, под воздействием которого в него записываются состояния счетчика 13 результата и триггера 14 знака. Поступлением следующего импульса генератора 2 опорной частоты состояние счетчика 11 базы времени увеличивается на единицу, в результате чего на выходе схемы И 32 схемы 8 управления образуется положительный импульс (фиг. Зб, момент времени ), поступающий через выход 25 схемы 8 управления на вход установки в "0 счетчика 13 результата и на вход установки в "1" триггера 14 знака.Под воздействием следующего импульса генератора 2 опорной частоты состояние счетчика базы времени вновь увеличивается на единицу, н на. выходе схемы И 33 схемы 8 управленияобразуется положительный импульс (фиг. Зв, момент времени 1 ), поступающий через выход 24 схемы 8 управления на вход установки счетчика 13 результата, в результате чего в него 5 записывается содержимое дополнительного счетчика 12 (фиг. Зю, и ). В следующем такте на выходе схем И 34 схемы 8 управления образуется положительный импульс(фиг. Зг.,момент вре мени 1 ), под воздействием которого через выход 23 схемы 8 управления дополнительный счетчик 12 устанавливается в состояние "О".Под воздействием возникающего в 15 следующем такте на выходе схемы И 35 схемы 8 управления положительного импульса на вход установки в "1" триггера 37 схемы 8 управгения на его прямом выходе устанавливается положи тельный потенциал (фиг. 3 е, момент времени 1 ). Этот сигнал поступает через. выход 22 схемы 8 управления на вторые входы схем И 6 и 7 и тем самым разрешает счет импульсов с выхода смесителя 3 в счетчике 13 результата, работающем в режиме прямого счета, и счет импульсов с выхода делителя 4 частоты с перестраиваемым коэффициентом деления в дополнитель ном счетчике 12, работающем в режиме обратного счета.При достижении счетчиком 11 базы времени состояния соответствующего установленному коммутирующим элемен том 10 значению, на выходе схемы 9 совпадения образуется положительный импульс (фиг, Зд, момент времени 1), действующий через вхоц 21 схемы 8 управления, вход установки в "О" триггера 37 и второй вход схемы И 36 схемы 8 управления, в результате чего из-за нулевого потенциала на прямом выходе триггера 37, поступггющего через выход 22 схемы управления на вторые входы схем И б и 7, прекращается счет импульсов как в счетчике 13 результата, так и во вспомогательном счетчике 12, и из-за положительного потенциала на ггггверсном выходе триггера 37 на выходе схемы И 36 схемы 8 управления возникает положительный импульс (фиг. 3 к, момент времени 1 ), действующигг через выход 27 схемы 8 управления на вход установки в "О" счетчика 11 базы времени. Установкой счетчика 11 базы времепи в "О" начинается следующий цикл измерения (фиг. 3 а, момент времени ь )Раздельная юстировка цифрового термометра заключается в том, что установкой коммутирующего элемента 5 реализуется такой коэффициент деления делителя 4 частоты, что его выходная частота точно соответствует частоте на выходе смесителя 3 при температуре датчика 1, равной 0 С, В итоге поступающие в счетчик 13 результата и в дополнительный счетчик 12 количества импульсов при нулевой температуре датчика 1 одинаковы. Учитывая режим обратного счета доло,пнительного счетчика 12 после занесения его содержимого в счет-. чик 13 результата (фиг. Зи, момент времени 12 ) и последующего счета импульсов с выхода смесителя 3 в течение интервала времени 1,г -1 в сдгетчике 13 результата, работающем в режиме прямого счета, накапливается число, равное его максимальной емкости, представляемое в виде переггоса, устанавливающего триггер 14 знака в нулевое состояние, и нулевого состояния самого счетчика 13 результата, Полученное в этом случае нулевое показание на блоке 17 инди,кации цифрового термометра не зависит от случайно выставленной длительности интервала времени Ф,гточное значение которой на данномэтапе градуировки еще не известно.Установкой коммутирующего элемента 10определяется то состояние счетчика 11базы времени, при достижении которого на выходе схемы 9 совпадения возникает положительный импульс (фиг. ЗВ,тгомент времени Е 5 ), заканчивающийвремя счета как счетчика 13 результата, так и вспомогательного счетчика 12,Обеспечивая на термопреобразователе 1 температуру второй реперной точки изменением установки коммутирующего элемента 10, реализуем длительность интервала времени 1,г - 1, приводящую к показанию на блоке 17 индикации цифрового термометра температурьг второй реперной точки, не изменяяпри этом установку коммутирующего.элемента 5,Таким образом, раздельная юстировка.цифрового термометра производитсяв двух этапах, На первом этапе припомощи коммутирующего элемент 5устанавливается нулевое гсоказаггие125478 7цифрового термометра (в виде первой реперной точки используется тающий лед), а на втором этапе изменением установки коммутирующего элемента 10 добиваемся на блоке 17 индикации циф рового термометра температуры второй реперной точки.Частота следования импульсов на выходе термопреобразователя 1 в зависИмости от измеряемой температу О ры 9 равнак,=к,.(в-егде- частота па выходе датчика 1температуры;5 - крутизна термочастотной характеристики термопреобразователя;Оо - температура калибровки.Если интервал времени 1 - 1 обоз - начить через ТВВ (базы времени), то накопленное к моменту времени 1 В в счетчике 13 результата число равнофЕ-Е т -йасчРеэ ( 8 оч) БВ счвсп(1 5 где 1 - частота на выходе генераГочтора 2 опорной частоты М ч Всо - содержимое дополнительногосчетчика 12 к моменту вре- Зомени 1 (предыдущего цикла измерения)Причем знаком минус в формуле (2) учитывается режим обратного счета дополнительного счетчика 12, содержимое 1 которого определяется соотношениемСч ВСП ББ У, (3) где К - коэффициент деления делителя 4 частоты, определяемый 4установкой коммутирующегоэлемента 5.После первого этапа юстировки соб.людается следующ 1-есоотношение где Кю - значение коэффициентаюстигделения делителя 4 час.таты после юстировки, с учетом которого содержимое дополнительного счетчика 12 равно счВспюст р ЬВИ о гоч) Тогда содержимое счетчика 13 результата после проведения первого этапа юстировки равно811сч рез юстир БВ ( )=507 и при 9 = О действительно обращается в нуль.После второго этапа юстировки соблюдается следующее дополнительное соотношение а50 Т2 БВ юстир д 9где 02. - температура второй Реперной точки,й 6 п - разрешающая способностьцифрового термометра;ТБВ юстиР- база времени после второйюстировки,с учетом которого соотношение (б)принимает вид9, одержимое счетчика 13 реьоее юстиргзультата прйтемпературе Опосле второго этапаюстировки,свидетельствующий о том, что цифро -вой прибор после раздельной юстировки параметров К и Т действительнопоказывает значение измеряемой тем -пературыУправляющийпреобразователь 16кода при единичном значении знакового разряда регистра 15 индикациипроизводит преобразование входногокода в обратный, чем обеспечиваетсяправильность показаний цифровоготермометра при измерении отрицательных температур ( 8 ( О С), в противном случае управляеьый преобразователь 1 б кода не влияет на передачукода с. выходом регистра 15 индикациина входы блока 17 индикации.Наличие в предлагаемом цифровомтермометре делителя частоты с перестраиваемыми коэффициентам, а также новых связей между элементамивыгодно отличает его от известното,так как позволяет упростить процессего градуировки и тем самым упростить его эксплуатацию.1125478 и Составитель В.Куликов Техред Л. Коцюбняк Кор актор В.Дайктор Е.Сирох аз 8529/3О Тираж 822 Подписно НИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 13035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/ал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,