Цифровой термометр
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
(5 С О К 7/32 ПИСА ИЗОБРЕТЕН И ишанов,в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЦО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(72) В, Г. Брандорф, А, А. Гр О. А, Губанов и В. Л. Котляро (71) Львовский ордена Ленина оли" технический институт им. Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт .(56) 1. Глембо В, А., Котляров В. Л Швецкий Б. И. Пьезокварцевые аналогоцифровые преобразователи температуры. Львов, Изд-во при Львовскомгосударственном ун-те, 1977, с. 147,рис, 7, 1,.2Авторское свидетельство СССРВ 830151, кл, С 01 К 7/32, 1979(54)(57) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу тактирующего блока, выход которого соединен с входом ключа, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты и через делитель частоты подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа, а второй выход подключен к установочному входу счетчика результата, выход которого соединен с входом индикаторного регистра и первым входом первой схемы "больше- . меньше", вторые входы которой подключень 1 к источнику постоянных логических уровней, группу схем И, выходы которых соединены с входами первойсхемы ИЛИ, вторую схему ИЛИ, три,схемы И, вторую схему "больше-меньше", первые входы которой соединены с источниками постоянных опорных уровней, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса калибровки термометра, в него введены дополнительно две схемы ИЛИ дополнительный счетчик, одновибратор элемент И-НЕ, триггер, два инвертора и дешифратор, входы которого соединены с выходами счетчика результата, а выходы подключены к входам группы схем И и входам второй схемы ИЛИ, выход которой подключен к пер-вому входу схемы И-НЕ и через первый инвертор соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен:с вторым входом схемы И-НЕ и выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом первой схемы ИлИ и первым входом третьей схемы ИЛИ, второй вход которой соединен 2 с управляющим входом индикаторного регистра и вторым выходом блока управ" ления, а выход подключен к установочному входу дополнительного счетчика, выходы которого соединены с входами групп схем И, а счетный вход подключен к выходу второй схемы И, первый вход которой соединен с выходом первой схемы "больше-меньше" и третьим входом схемы И-НЕ, а второй вход соединен с выходом ключа и первым входом четвертой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выхо- фри дом первой схемы И, а выход соединен через второй инвертор с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом схемы И-НЕ, при этом входы третьей схемы И соединены соответственно с виходом триг"гера и выходом четвертой схемы ИЛИ,а выход подключен к счетному входусчетчика результата, установочныевходы которого соединены с источниками постоянных логических уровней,158873второй вход второй схемы "больше-меньше" соединен с промежуточным выходом делителя частоты, а выходподключен к второму входу блока управления.Изобретение относится кустройствам для измерения температуры, в частности созданию цифровых термометров с пьеэокварцевыми термопреобразователями температуры с частотным выходным сигналом.Известен цифровой термометр, содержащий датчик температуры с частотным выходом, ключ, счетчик результата, индикаторный регистр результата, генератор опорной частоты, делитель опорной частоты, схему И и устройство управления 1 3.Однако в данном термометре не учитывается нелинейность характеристик термопреобраэователей, что приводит к погрешности в показаниях термометра, особенно при измерениях в широком диапазоне температур,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является цифровой термометр, содержащий термопреобразоваталь с частотным выходом, подключенный к первому входу тактирующего блока, выход которого соединен с входом ключа, а второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты и через делитель частоты подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа, а второй выход подключен к установочному входу счетчика результата, выход которого соединен с входом индикаторного регистра и первым входом первой схемы "больше-меньше", вторые входы которой подключены к источнику постоянных логических уровней группу схем И, выходы которых соединены с входами первой схемы ИЛИ, вторую схему ИЛИ, три схемы И, вторую схему "больше-меньше", первые входы которой соединены с источниками постоянных опорных уровней, а также блок памяти и распределитель импульсов 2. Известный термометр позволяетустранить влияние нелинейности характеристик термопреобразователейна результат измерения температуры,погрешность из-за нелинейности внем отсутствует, однако его схемаслишком сложна, а процесс калибровки сложен.,и требует длительноговремени. Объясняется это тем, чтотермометр снабжен органами настройки,и запоминающими устройствами в объеме, необходимом для запоминания полных кусочно-линейно аппроксимированных характеристик термопреобразователей, что позволяет настроить термометр путем записи в него параметров всех участков кусочно-линейноаппроксимированной характеристикитермопреобраэователя в виде таблиц 20 подключения схем И и чисел, записываемых в запоминающее устройство дляизменения числа в счетчике результата, по одному на участок аппроксимации. Все это усложняет процесс калибровки температуры при замене термопреобразователей.Цель изобретения - упрощение процесса калибровки термометраПоставленная цель достигается тем, 30 что в цифровой термометр, содержащийтермопреобразователь с частотнымвыходом, подключенный к первому входу тактирующего блока, выход которогосоединен с входом ключа, а второйвход соединен с выходом генератораопорной частоты и через делительчастоты подключен к первому входублока управления, первый выход которого соединен с управляющим входомключа, а второй выход подключен кустановочному входу счетчика результата, выход которого соединен с входом индикаторного регистра и первымвходом первой схемы "больше-меньше",вторые входы которой подключены к ис точнику постоянных логических уровней, группу схем И, выходы которых35 з 11.58соединены с входами первой схемыИЛИ, вторую схему ИЛИ, три схемы И,вторую схему больше-меньше , первые входы которой соединены с источниками постоянных опорных уровней,в него введены две схемы ИЛИ, дапалнителЬнйй счетчик, одновибратор,элемент И-НЕ, триггер, два инвертораи дешифратор, входы которого соединены с выходами счетчика результата, И 1а выходы подключены к входам группысхем И и входам второй схемы ИЛИ,выход которой подключен к первомувходу схемы И-НЕ и через первый инфертор соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которойсоединен с вторым входом схемы И-НЕи выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом первой схемыИЛИ и первым входом третьей схемы 0ИЛИ, второй вход которой соединен суправляющим входом индикаторного регистра. и вторым выходом блока управления, а выход подключен к установочному входу дополнительного счетчика,выходы которого соединены с входамигруппы схем И, а счетный вход подключен к выходу второй схемы И, первый вход которой соединен с выходом30первой схемы "больше-меньше" и трееъим входом схемы И-НЕ, а второйвход соединен с выходом ключа и первым входем четвертои схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходомпервой схемы И, а выход соединенчерез второй инвертор с первым вхо. дои триггера, второй вход которогосоединен с выходом схемы И-НЕ, приэтом входы третьей схемы И соединенысоответственно с выходом триггера40и выходом четвертой схемы ИЛИ, авйход подключен к счетному входусчетчика результата, установочныевходы которого соединены с источниками постоянных логических уровней,45второй вход второй схемы "большеменьше" соединен с промежуточнымвыходом делителя частоты, а выходподключен к второму входу блокауправления.50На фиг. 1 представлена схема цифрового термометра; на фиг. 2 - схематактирующего блока.Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, тактирукц 1 ий блок 2, ключ 3,генератор 4 опорной частоты, делитель 5 частоты блок 6 управления,873 4счетчик 7 результата, на установочныевходы которого подано число И в виде постоянных логических уровней,индикаторный регистр 8, первую схему"больше-меньше" 9, напервые входыкоторой подано число И н виде постояйных логических уровней, вторую схему "больше-меньше" 1 О, на вторыевходы которой в виде постоянных логических уровней подано число И , дешифратор 11, п выходов которого(где и - количество узлов аппроксимации кривой ошибок от нелинейногопьезокварцевых термапреобразователей,на которых поправка к результатуизмерения положительна) подключенык первым входам всех схем И 12 груп-,пы, а ш выходов (где щ - количествоучастков аппроксимации, на которыхпоправка к результату измерения отрицательная) - к входам первойсхемы ИЛИ 13, дополнительный счетчик 14, вторую схему ИЛИ 15, одновибратор 16, первую схему И 17,третью схему ИЛИ 18, элемент И-НЕ 19,четвертую схему ИЛИ 20, триггер 21,первый инвертор 22, вторую схемуИ 23 третью схему И 24 и второй ннвертор 25,В качестве индикаторного регистра,8 применяется регистр с реверсивнойсистемой индикации,Блок управления содержит триггер26, входы которого являются первыми вторым входами блока управления, иодновибратор 27, подключенный к выходу триггера. При этом выходы триггераи одновибратора являются одновременно первым и вторым выходами блокауправления,Тактирующий блок 2 предназначен для "привязки" импульсов, поступаю" щих от термопреобразователя 1 в лю" бой момент времени, к импульсам опорного генератора, что необходимо для. того, например, чтобы перенос информации из счетчика 7 врегистр 8 не произошел в момент подсчета счетчиком 8 очередного импульса от датчика. Тактирующий блок (фиг. 2) может быть реализован на двух П-триггерах 28 и 29 и элементе И 30, выход которого является выходом тактирующего блока, а входы подключены к прямому выходу триггера 28 и инверсному выходу триггера 29. Тактовые входы обоих триггеров подключены к выходу опорного генератора, 0-вход триггера 28 подключен к выходу термопреобраэователя, а . Р-вход триггера 29 - к выходу триггера 28.Схемы "больше"меньше" 9 и 10 представляют собой устройства для вычитания двух чисел с выходом только знака результата и могут быть реализованы на основе стандартных микросхем.Работа цифрового термометра основана на том, что в немвначале производится преобразование частотыв код, зависящий только от температуры и не зависящий от разброса характеристик термопреобраэователя по номинальной частоте и крутизне, , а затем производится линеаризация полученного таким образом числа путем введения поправки. При этом используется тот факт, что после преобразования частоты термопреобразователя в код с учетом номинальной частоты термопреобразователя и крутизны, характер нелинейности для всех пьезокварцевых термопреобразователей становится одинаковым, т,е, после совмещения начальной и конечной точек характеристики путем сдвига всех ее точек перпендикулярно оси абсцисс и умножения каждой ординаты на коэффициент, определенный индивидуально для каждого термопреобразователя, характеристики в остальных точках будут совпадать.Поэтому в предлагаемом термометре в отличие от прототипа вначале осуществляется совмещение двух точек характеристики, а затем - линеаризация по общей программе.Очень важным является то, что в предлагаемом термометре процесс. совмещения двух точек характеристи.ч ки термопреобразователя заканчивается до того, как заканчивается процесс счета, .что позволяет начать и закончить линеаризацию в процессе подсчета импульсов от термопреобраэователя, не увеличивая времени измерения. Иначе говоря, особенностью предлагаемого термометра является отсутствие преобразования уже полученного кода, в котором устранены раэбросы характеристик термопреобразователей, но остается погрешность от нелинейности, в другой код, в котором отсутствует погрешность от нелинейности.В тактирующем блоке после поступления "1" на 0-вход триггера 28 от термопреобразователя ближайший фронт импульса опорного генератора установит триггер .28 в "1". При этом на выходе элемента И 30 появится "1".Следующий импульс опорного генератора установит в триггер 29 и на выходе элемента И 30 появится "0". По окончании входного импульса триггеры 28 и 29 по очереди установятся в "0" импульсами опорного генератора. Так как в 0 вначале установится триггер 28, импульс с выхода элемента И 30 не появится. Таким образом, в ответ на один импульс термопре. образователя, имеющий произвольнуюдлительность и поступающий в произвольный момент времени, тактирующий блок выдает один узкий положительный импульс, длительность которого равна периоду сигнала опорного генератора, а начало и конец совпадают с одним из фронтов этого сигнала. Счетчик результата подсчитывает поступающие на его вход импульсы.Импульсы с выхода тактирующегоблока будут. поступать в счетчик 7 5 0 15 20 25 30 Процесс получения результата впредлагаемом термометре осуществляется следующим образом,В результате очередного переполнения делителя 5 триггер 26 блока 6управления устанавливается в "0",закрывает ключ 3 и запускает одновибратор 27, импульс с выхода которого (второй выход блока управления)переносит результат из счетчика 7 виндикаторный регистр 8. При этом всчетчик 7 заносится число И, асчетчик 14 через схему ИЛИ 18 устанавливается в "0", Делитель 5 частоты при этом устанавливается в "0"и на выходе схемы 10 также устанавливается "0", так как число в делителе .(все нули) меньше числа МКогда в делителе 5 опорной частоты врезультате непрерывного подсчета импульсов генератора 4 опорной частотыпоявится число И, схема "большеменьше" 10 подает импульс в блок 6управления, триггер 26. блока управления устанавливается в "1",ключ 3открывается. Импульсы от датчика 1температуры через тактирующий блок2, ключ 3, схему ИЛИ 20 и схему И 24начинают поступать на вход счетчика 7результата.результата до тех пор, пока число в счетчике 7 не станет равным числу И. После этого входные импульсы с выхода ключа 3 начнут через схему И 23 поступать на вход счетчика 14. Счетчик 14, схемы И 12, схема ИЛИ 8 и одновибратор 16 представляют со-. бой управляемый делитель частоты, который управляется выходами дешнфратора 11, Набор коэффициентов деления управляемого делителя определяется по обобщенной характеристике не-линейности ньезокварцевьи термопреобразователей, построенной в виде зависимости числа, соответствующего температуре, от числа, зафиксированного в счетчике 7 без учета попра. вок, которые должен вырабатывать управляемый делитель (т.е. в виде кривой ошибок от нелинейности). При этом учитывается, что И и И подф, 1 2 бираются для каждого термопреобразоватвля индивидуально в зависимости от нулевой (номинальной) частоты и средней крутизны термопреобразователя между точками калибровки.Когда число в счетчике 14 станет . равным числу, при котором на выходе выбранной дешифратором 11 схемы И 12й йпоявится . 1 , включится одиовибратор16 и через Схему ИДИ 18 установитсчетчик 14 в "0", если при этом на выходе схемы ИДИ 15 "О", через схемы 17, 20 и 24 добавит" в счетчик 7. результата. Если же иа. выходе схемы ИЛИ 15 присутствует , это означает, что к содержимому счетчика нужно не прибавлять "1", а вычитать. В этом случае импульс с выхода одновибратора 16 через схему И-НЕ 1.9 устанавливает триггер 21 в "0" и на вход счетчика 7 результатане прохо-. дит, Следующий .импульс .с вйходй.клю-. ча 3 не проходит на вход счетчика 7, задним фронтом этого же импульса триггер 21 устанавливаетея в "1", раэрешая тем Самым прохождение сле- . дующих счетных импульсов с вьиода ключа 3 через схему И 24 на вход счетчика 7 результата. Число И 2 задает время счета из условия, чтобы разность показаний термометра при измерении температуры в двух точках температурного диапазона соответствовала разности температур в этих двух точках. Число . Изадает значение температуры в оДной из точек диапазона. Число И выбирается за пределамитемпературного диапазона (напримероР80 С), Когда в счетчике результатаокажется число И, происходит коррек 5 ция результата измерения,Это число постоянно для всехтермопреобразователей н несколькобольше самого большого И . из1 Ф псзХвсех И которые могут понадобиться16для данного семейства термопреобразователей, но в то же время меньшечиспа ИРФ,Ф которОе Окажется всчетчике результата при измеренииминимальной температуры15. И. И( И11 так Р ЩПоскольку И постоянно, а послеизмерения в счетчике результатаокажется число, которое зависит оттемпературы и не зависит от нулевой26 частоты термопреобраэователя и сред"ней крутизны его термочастотных1характеристик, так как эта зависимость устранена соответствующим выбором для -го термопреобразователяЖчисел И, н И то число импульсов,эпоступившее на счетчик а выхода ключа 3 за время от момента появления всчетчике числа И и до счетного интервала, тоже зависит только от тем 36 пературы и не зависит от нулевойчастоты термопреобразователя и средней крутизны его термочастотной характеристики,Таким образом к моменту окон"З 5 чания счетного интервала, т.е, в момент переполнения делителя 5, всчетчике 7 устанавливается результат.измерения, который, во-нервьи, независит от разброса характеристиктермопреобразавателя, так как этотразброс устранен соответствующимвыбором числа И; предустановкисчетчика 7 и числа И 2;- выборавремени измерения в зависимости отЯф средней крутизны термочастотной ха-.рактеристики х-го термопреобразователя, и, во-вторьи, линейно связанс измеряемой температурой, так какпогрешность от нелинейности устраня 56 ется в процессе счета путем добавления в счетчик импульсов от управляемого делителя частоты или запрета дрбавления в счетчик импульсов сигналами этого делителя по заранее 55 .установленному закону,Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет по новомуорганизовать обработку сигнапа с10 меньшими аппаратурными и трудовымизатратами. Кроме того, предлагаемыйтермометр дешевле, так как содержитменьшее количество корпусов микрб 5 схем при одной и той же точностиизмерения,9 1158873 термопреобраэователя и исключить трудоемкий процесс определения и ввоЪда индивидуальных термочастотных характеристик термопреобразователя, что упрощает его эксплуатацию и позволяет производить калибровку с1158873 Щ ставитель В. Кхред М.Надь в Корректор Е. Рош Редактор овач ПодписноеССР Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 илиал каэ 3575/41Тираж 897 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открыти 413035, Москва, Ж, Раущская наб.
СмотретьЗаявка
3593128, 18.05.1983
ЛЬВОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА, ЛЬВОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
БРАНДОРФ ВИКТОР ГРИГОРЬЕВИЧ, ГРИШАНОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ, ГУБАНОВ ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ, КОТЛЯРОВ ВЛАДИМИР ЛЕОНИДОВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01K 7/32
Опубликовано: 30.05.1985
Код ссылки
<a href="https://patents.su/7-1158873-cifrovojj-termometr.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Цифровой термометр</a>
Предыдущий патент: Датчик температуры
Следующий патент: Сигнализатор температуры
Случайный патент: Цилиндровый механизм дверного замка