Система измерения температуры

(19) 5940 05 В 11/1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР У 970316, кл. 0 05 В 11/16, 1982,Авторское свидетельство СССР У 1107106, кл. О 05 В 11/16, 1983.(54) СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к области техники жизнеобеспечения и может найти применение в качестве цифрового измерителя температуры в комплексах регулирования температуры тепличных ,хозяйств, жилых и промышленных эданйй и т.д. В системе решается задача убыстрения процесса измерения температуры, С помощью первого релейно, го фотодатчика, контролирующего положение уровня столба жицкости полоч. ного термометра, двух логических бло ,ков, блока определения знака и регулирующего блока формируется импульсно-релейный сигнал .,управления испол 1 нительным механизмом, которыи передвигает каретку рабочего механизмас установленным на ней первым фотО-,датчиком так, чтобы первый фотодат-.чик всегда находился напротив уровнястолба жидкости полочного термометра.Дополнительно импульсно-релейныйсигнал управления поступает на соответствующие входы реверсивного счетчика, который формирует с помощьюцифрового индикатора визуальную информацию о температуреВторой фотодатчик контролирует минимальное дляданного термометра значение температуры и формирует сигналы, блокирующие перемещение каретки ниже допустимого уровня, т,е, этот датчик выполняет в системе роль концевого выключателя. Третий фотодатчик контролирует положение, соответствующее.0 С термометра, формирует на своихвыходах информацию о знаке температуры и формирует на своих выходахтакой сигнал управления, которыйпозволяет при включении системы вработу наиболее быстро выводить каретку в ту область термометра (область отрицательных или положительных температур), в которой находитсяуровень столба жидкости, 1 з.п. ф-лы,1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве цифрового измерителя температуры в комплексах регулирования температуры тепличных хозя"лств, жилых и промьппленных зданий и т.д.Цепь изобретения - повьппепие быстродействия системы измерения температуры.На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемой системы. Система измерения температуры содервщт первый Фотодатчик 1. текушегозначения уровня столба жидкости палочного термометра, фотодиоды 2 и 3, осветитель 4, столб жидкости 5 палочного термометра 6, каретку 7, гайку 8,ходовой винт 9, механический преобразователь 1 О, исполнительный механизм11, первый логический блок 12, источник 13 постоянного напряжения с первым 14, вторым 15 и третьим 16 выхо.дами, элементы И 17 и 18, генератор19 импульсов, четвертый логическийблок 20, регулирующий блок 21, блок22 делителей напряжения резисторы23-28, реверсивный счетчик 29 элемент И-НЕ 30, третий логическийблок 31, блок 32 "Пуск", второй инвертор 33, вторую ВС-цепь 34, полевой транзистор 35, резистор 36, фотодиод 37, минимального значения уровня столба жидкости палочного термометра, второй Фотодатчик 38, резистор 39, осветитель 40, шторку 41,нулевого значения уровня столба жидкости палочного термометра, третийФотодатчик 42, первую ВС-цепь 43,первый инвертор 44, фотодиоды 45 и46, осветитель 47, полевые транзисторы 48 и 49, резисторы 50 и 51, элемент И-НЕ 52, резисторы 53 и 54,элементы И 55 и 56, элементы 57 и 58знаковой индикации, элементы И 5962, элементы ИЛИ 63 и 64 инверторы65 и 66, элемент 6 цифровой индикации, второй логический блок Ь 8 резистор 69, задатчик.70 кода, блок 71определения знака, полевой транзистор 72, резисторы 73 и 74, элементИ-.НЕ 75, общую шину 76, элементыИ-НЕ 77 и 78 полевой транзистор 79,резисторы 80 и 81, .элементы И-НЕ 8286, конденсатор.87, резистор 88, резисторы 89 и 90, конденсатор 91 ирезистор 92,В состав первого Фотодатчика 1входят Фотодиоды 2 и 3 и осветитель 4,Механический преобразователь 10состоит из каретки 7, гайки 8 и ходового винта 9,Первый логический блок 12 содержит полевой транзистор 72, резисторы73 и 74, элемент И-НЕ 75, общую шинуО76 и элементы И-НЕ 7 и 78,Четвертый логический блок 20 содержит элементы И 59-62, элементыИЛИ 63 и 64 и инверторы 65 и 66.Третий Фотоцатчик 42 содержит фотодиоды 45 и 46, осветитель 47, полевые транзисторы 48 и 49, резисторы50 и 51, элемент И-НЕ 52 резисторы53 и 54, элементы И 55 и 56, элементы 57 и 58 знаковой индикации, резистор о 9 и общую шину 76.Первая ВС-цепь 43 состоит из конценсатора 87, резистора 88 и общейпины 76,Второй шотодатчик 38 содержит Фотодиод 37 и осветитель 40.Третий логичаский блок 31 содержит элемент И-НЕ 30, полевой транзчстор 35 резисторы Зб и 39, общуюш 1 лну 76, и элемент И-НЕ 86.Блок 22 делителей напряжения содержит резисторы 23-28,Вторая ВС-цепь 34 содержит общуюшину 76, резисторы 89 и 90 и конденсатор 91.ЗБ Второй логический блок 68 содержит общую шину 6 полевой транзистор 79, резисторы 80 и 81 и элементы И-НЕ 82-84.Блок 71 определения знака содер- жи; элементы И 17 и 18,Яацатчик 70 кода содержит общующлну 76 и резистор 92.Объектом слежения в системе является уровень столба жидкости 5 па5 лочного термометра 6.Соединения элементов И-НЕ 77 и78, элементов И-НЕ 83 и 84, И-НЕ 52и 85 и элементов И-НЕ 30 и 86 выполняют Функции ВЯ триггеров, причемЕпервый вход первого элемента указанных соединений является Я-входе."ВЯ.-триггера, а второй .вход второгоэлемента указанных соединений является В-входом ВЯ-триггера.М. Система измерения температуры работает следующим образом.Логические блоки 12 и 68 идентичны и каждый из себя представляет по1 О роговый орган на элементах с большимвходным сопротивлением, обладающийхорошей релейной характеристикой смалым гистерезисом и логическим выходом, Они имеют по два входа, один 5из которых подключен к фотодиоду 2или 3 первого фотодатчика 1, а другой - к соответствующему выходу блока 22 делителей напряжения, с которого может поступать, согласно логике работы системы, положительныйили отрицательный потенциал. Этимдостигается блокировка указанногологического блока 12 (или 68), когдасостояние фотодиода 2 (или 3) первого фотодатчика 1 не влияет на работулогического блока 12 (или 68), и деблокировка, когда состояние логического блока 12 (или 68) зависит толькоот состояния фотодиода 2 (или 3). Так 2 Окак фотодиоды 2 и 3 первого фотодатчика 1 подключены к входам логическихблоков 12 и 68 по разным направлениям,деблокировка логического блока 68 блоком 22 делителей напряжения происходит отрицательным потенциалом, при:.котором на выходе логического блока68 формируется логический "0", Деблокировка логического блока 12 блоком22 делителей напряжения происходитположительным потенциалом, при котором на.выходе логического блока 12формируется логический "О". Указанныесостояния логических блоков 12 и 68соответствуют такому статистическому 35состоянию системы, когда каретка 7установлена в положении,.показанномна чертеже,При включении источника 13 постоянного напряжения через вторую ВС.цепь 34 на вход второго инвертора 33проходит положительный импульс напряжения - логическая "1", котораячерез второй инвертор 33 переводитВБ-триггер, состоящий из элементов 45И-НЕ 30 и 86, третьего логическогоблока 31 в нулевое состояние. Приэтом с первого выхода блока 22 делителей напряжения на второй вход первого логического блока 12 подается 5 Оотрицательный потенциал, являющийсяблокирующим для логического блока 12,на выходе которого при любом состоя.нии фотодиода 2 формируется логический "0". С второго выхода блока 22 55делителей напряжения на второй входвторого логического блока 68 подает-ся положительный потенциал, являющийся блокирующим для логического блока 68В этом случае состояние фотодиода 3 не влияет на работу логического блока 68 и на его выходе формируется логическая "1". Следовательно, независимо от состояния фотодиодов 2 и 3, т,е. независимо от положения каретки 7 по отношению к столбу жидкости 5 (объекту слежения), на выходе логического блока 12 формируется сигнал "0", а на выходе логического блока 68 - "1". Этот сигнал с выхода логического блока 68 поступает на один из входов элемента И 18 блока 71 определения знака, на второй вход которого поступают импульсы с выхода генератора 19 импульсов.,Выходной сигнал элемента И 18 включают в регулирующем блоке 21 соответствующие цепи управления движением каретки 7 вниз и последняя начинает опускаться. Одновременно формируемый на прямом выходе ВБ-триггера, состоящего из элементов И-НЕ 30 и 86, низкий уровень "0" создает несовпадение на элементах И 55 и 56, выходы которых связаны с входами четвертого логического блока 20, и запрещает в нем прохождение импульсов к реверсивному счетчику 29. При движении каретки 7 вниз, когда шторка 41 пробегает местонахождение фотодиода 45, открывается полевой транзистор 48 и ВБ-триггер фотодатчика 42, состоящий из элементов И-НЕ 52 и 85, переводится в единичное состояние, если он находился в нулевом состоянии. Если же он находился в единичном состоянии, то происходит подтверждение его состояния, Изменение состояния этого триггера не отражается на работе системы и элементы 57 и 58 знаковой индикации выключены. При пробегании шторкой 41 места нахождения фотодиода 46 указанный триггер возвращается в первоначальное состояние.При достижении каретки 7 крайнего нижнего положения, когда шторка 41 установится напротив фотодиода 37, полевой транзистор 35 открывается и ВБ-триггер второго фотодатчика 38, состоящий из элементов И-НЕ 30 и 86, установится в единичное состояние. С прямого выхода ВБ-триггера фотодатчика 38 через первую ВС-цепь 43 на вход первого инвертора 44 импульсно поступит положительное напряжение - "1", которое через первый инвертор 44 изадатчик 70 кода даст разрешение на запись в последнем реверсивном счетчике кода, пропорционального величине минимального значения температуры ниже нуля. 5Одновременно со второго выхода блока 22 делителей напряжения на вход логического блока 68 подается отрицательный потенциал, который деблокирует логический блок 68. Так как 1 О фотодиод 3 затемнен, то на его вьпходе формируется "0". Элемент И 18 запоещает прохождение импульсов с выхода генератора 19 импульсов на входы регулирующего блока 21. Исполнительный 1 Б механизм 11 выключается. Каретка 7 мгновенно останавливается. Одновременно с первого выхода блока 22 делителей напряжения подается положитель-" ный потенциал на вход логического 20 блока 12, который деблокируется. Так как фотодиод 2 затемнен, то на выходе логического блока 12 формируется "1" которая поступает на вход эле 92 с мента И 17, Импульсы с выхода генератора 19 через элемент И 17 поступают на вход регулирующего блока 21 и включают в нем соответствующие цепи управления, обеспечивающие двиЗО жение вверх каретки 7 и оиа начинает двигаться.Одновременно после перевода ВБ- триггера третьего фотодатчика 42, состоящего из элементов И-НЕ 52 и 85, в нулевое состояние, он через З 5 элемент И 56 включает элемент 58 знаковой индикации (-С ). Выходной сигнал элемента И 56 открывает элемент И 59 в логическом блоке 20 и через его элемент ИЛИ 64 и инвертор бб импульсы с выхода блока определения знака поступают на вычитающий вход реверсивногосчетчика 29, который начинает работать в режиме обратного счета ф 5Допустим, уровень столба жидкости 5 палочного термометра 6 находится ниже 0 С. Каретка.7 начинает подниматься до тех пор, пока фотодиод 2 не становится вьппе уровня столба Гб жидкости 5. При этом фотодиод 2 за". светится, на выходе логического блока 12 установится "0". Этот сигнал запрещает прохождение импульсов через элемент И 17 с выхода генератора 55 19 импульсов к входу регулирующего блока 21, Это вызывает выключение исполнительного механизма 11 и остановку каретки 7 Одновременно указанный сигнал запрещает прохождение импульсов через элемент И 17 с выхода генератора 19 импульсов к вычитающему входу реверсивного счетчика 29, который прекращает операцию обратного счета. С выхода последнего на элементе 67.цифровой индикации запишется число, равное температуре, т.е. величине расстояния уровня столба жидкости 5 ниже О С. Это число подтверждается элементом 58 знаковой индикации ьюС )Допустим, температура понизилась на некоторую величину, т,е, уровень столба жидкости 5 палочного термометра б переместился ниже. При этом фотодиод 3 засветился. На выходе логического блока 68 появится сигнал "1", Этот сигнал откроет элемент И 18 для прохождения импульсов с выхода , генератора 19 импульсов на соответст вуюпне цепи регулирующего блока 21, под действием которого каретка 7 начинает опускаться вниз. Одновременно импульсы генератора 19 в четвертом логическом блоке 20 через элемент И 60, элемент ИЛИ 63 и инвертор .65 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме прямого счета. Реверсивный счетчик 29 будет продолжать считать и каретка 7 будет продолжать опускаться до тех пор, пока фотодиод 3 не установится ниже уровня столба жидкости 5, который перекроет световой поток от осветителя 4 к фотодиоду 3, При этом навыходе логического блока 68 установится "0". Элемент И 18 закроется выходным, сигналом логического блока 68. Каретка 7 остановится, реверсивный счетчик 29 прекратит работу, причем записанное в нем число будет пропорционально новому значению температурыниже нуля.Допустим температура поднимается и достигает некоторой величины вьппе нуля. Как указывалось вьппе, при перекрытии столбом жидкости светового потока на оптическом входе фотодиода 2 на выходе логического блока 12 фоомируется сигнал "1", котооый открывает элемент И 17. Последнчи пропускает импульсы с выхода генератора 19 на соответствующие цепи регулирующего блока 21, Каретка 7 поднимается наверх. Одновременно открывает835 8пропорциональное температуре выйе нуля, т.е. перемещению объекта слежения - уровню столба жидкости 5 палочного тер.ометра 6 выше нуля, Далее(по мере увеличения или уменьшения температуры) система будет производить непрерывное слежение с непрерывной выдачей также значений температуры в цифровой форме с учетом знака выше или ниже нуля.Таким образом, с помощью предлагаемой системы производится непрерывное слежение и преобразование перемещения объекта слежения вьппе или ниже физического или условного нуля в цифровой код. Одновременно по команде производится дистанционная выдача информации в случае прерывистой работы в режиме. рым выходами - к первому и второму входам блока делителей напряжения, соединенного первым и вторым выходами с вторыми входами соответственно первого и второго логических блоков, и источник постоянного напряжения, подключенный первым выходом к первому входу первого фотодатчика, к входу второго фотодатчика и к третьему входу блока делителей напряжения, вторым выходом - к второму входу первого фотодатчика, к третьим входам первого, второго и третьего 7 1247 ся элемент И 59 в четвертом логическом блоке 20, Импульсы с выхода генератора 19 через элемент ИЛИ 64 и инвертор 66 поступают на вычитаюший вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме обратного счета. Он продолжает работать и каретка 7 продолжает подниматься вверх. Далее (по мере поднимания уровня столба жидкости 5 палочного 10 термометра 6) система работает аналогичным образом. Каретка 7 продолжает слежение за уровнем столба жидкости 5 и, следовательно, реверсивный счетчик 29 продолжает работать 15 в режиме обратного счета. При достижении уровня столба жидкости 5 палочного термометра 6 и, следовательно, кареткой 7 ОС выходной сигнал реверсивного счетчика 29 будет равен нулю. 20. Одновременно шторка 41 перекроет световой поток на оптическом входе фотодиода 46, фотодатчик 42 произведет подтверждение своих выходных сигналов и изменений в системе не про изойдет. При незначительном перемещении уровня столба жидкости 5 и,следовательно, каретки 7, следящей за ним, вьппе ОС, шторка 41 перекроет световой поток уже на оптическом З 0 входе фотодиода 45. При этом откроется полевой транзистор 48, ВЯ-триггер третьего фотодатчика 42, состоящий из элементов И-НЕ 52 и 85, переводится в единичное состояние, от- З 5 крывает элемент И 55 и включает элемент 57 знаковой индикации (+С ). Б логическом блоке 20 откроется элемент И 61 и разрешит прохождение импульсов через элемент ИЛИ 63 и ич вертор 65 с выхода генератора 19 импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 29, который начинает работать в режиме прямого счета. Так будет продолжаться до тех пор, пока 45 каретка 7 не установится в такое положение, когда на оптический вход светодиода 2 станет попадать световой поток.При этом на выходе логического 50 блока 12 сформируется сигнал "О". Элемент И 17 закроется, И как указы" , валось,вьппе, каретка 7 остановится, а реверсивный счетчик 29 прекратит счет. Следовательно, в реверсивном 55 счетчике 29 будет записано число (которое визуально будет отображено на элементе 67 цифровой индикации ),Формула изобретения 1. Система измерения температуры, содержащая реверсивный счетчик с цифровым индикатором, первый фотодатчик текущего значения уровня столба жидкости палочного термометра, соединенный первым и вторым выходами через соответственно первый и второй логические блоки с первым и вторым входами блока определения знака, подключенного третьим входом к выходу генератора импульсов, а выходами - к соответствующим входам регулирующего блока, соединенного выходом через исполнительный механизм с ходовым винтом механического преобразователя, каретка которого механически свя- зана с первым фотодатчиком, второй фотодатчик минимального значения уровня столба жидкости палочного термометра, соединенный выходом с первым входом третьего логического блока, подключенного вторым входом к выходу блока "Пупс", а первым и вто1247835 логических блоков и к четвертому входу блока делителей напряжения, а третьим выходом - к общей шине, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия системы; в ней дополнительно установлены блок задания кода, четвертый логический блок, две ВС-цепи, два инвертора и третий фотодатчик нулевого значения уровня столба жидкости палочного термометра, соединенный первым входом с первым выходом третьего логического блока и с входом первой ВС-цепи, вторым входом - с выходом первого инвертора и с первым входом .блока задания кода, третьим входом - с вторым выходом источника постоянного напряжения с входом второй. ВС-цепи и с вторым входом задатчика кода, а четвертым входом - с первым выходом источника постоянного напряжения, а первым и вторым выходами - с первым и вторым входами четвертого логического блока, подключенного третьим и четвертым входами к первому и второму выходам блока определения знака, а первым и вторым выходами - соответственно к суммирующему и к вычитающему входам реверсивного счетчика, выход первой ВС-цепи соединен с вхо,цом первого инвертора, выход второй ВС-цепи через второй инвертор подключен к четвертому входу третьего логического блока, а выходы задатчика кода соединены с соответствующими установочными входами реверсивногосчетчика. О2. Система по и. 1, о т л и -ч а ю щ а яс я тем, что третийфотодатчик содержит первый и второйфотодиоды,.расположенные напротив 5 осветителя, соединенные анодами между собой, а катодами - с затворамисоответственно первого и второго полевых транзисторов и с первыми выводами соответственно первого и второ О го резисторов, соединенных вторымивыводами между собой и с первымивыводами третьего и четвертого резисторов, подключенных вторыми выводамик стокам соответственно первого ивторого полевых транзисторов, соединенных истоками с общей шиной, стокпервого полевого транзистора подключен к первому входу первого элементаИ-НЕ, соединенного выходом с первымвходом первого элемента И и с первымвходом второго элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к стоку второго полевого транзистора, и к первомувыводу пятого резистора, а выходом -к второму входу первого элемента ИНЕ и к первому входу второго элемента И, соединенного с вторым входомпервого элемента И, выходы элементовИ подключены к входам соответственнопервого и.второго элементов знаковойиндикации, причем второй вывод пятого резистора, второй вход первогоэлемента И, второй вывод первого резистора, анод первого фотодиода и вы ходы первого и второго элементов Иявляются первым, вторым, третьим ичетвертым входами и первым и вторымвыходами третьего фотодатчика.1247835 Редакт аказ 4124/4 писно итета ткрытид, 4 н ое предприятие, г. У о-полиграф звод оставитель Ю. Гладехред В.Кадар Тираж 83 б П ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушс