Цифровой термометр

.8)свидетельство СС С 01 К 7/32, 198 т заешифраГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к. технике температурных измерений и позволяет уменьшить затраты времени наизмерение путем обеспечения автоматического переключения порога чувствительности. Дли этого в устройствовведены. схема 6 сравнения, регистр5, трехвходовые элементы И 7 и 8,двухвходовые элементы И 13 и 14,счетчик 9, триггер 10, элемеидержки 11, одновибратор 12, д1280342 тор 15, элементы И-ИЛИ-НЕ 18 и И-НЕ16 и 17. В первом такте на выходахвведенного сумматора 4 формируетсякод разности двух соседних результатов измерения, поступающих нз регистра 5 и с выхода 3 блока 1. С коммутатора 19 на адин из вторых кодовсхемы б сравнения поступает "1", соответствующая "1" младшего разрядана установленном пороге чувствительности, При равенстве результатов всчетчик 9 с выхода элемента И 7 добавляется "1", при неравенстве результатов сигнал с выхода элементаИ 8 устанавливает счетчик 9 и триггер 10 в ноль. Во втором такте навторые вхоДы схемы 6 сравнения поступает с коммутатора 19 сигнал "1",1Изобретение относится к технике температурных измерений, а именно к цифровым термометрам, работающим в комплекте с частотными термопреобразователями, например, пьезокварцевыми, и является усовершенствованием цифрового термометра, описанного в авт. св. Р 1190209.По основному авт, св. Р 1190209 известен цифровой термометр, содержа щий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу тактирующего устройства, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, основной 15 делитель опорной частоты, счетчик результата, к выходам которого подключен регистр результата с блоком индикации, схемы И, схему ИЛИ и схему БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ, шесть ключей, два 20 дополнительных делителя опорной частоты, два В-триггера, два одновибратора, два коммутатора, два дополнительных счетчика результата с регистрами результата и блоками индикации и два КБ-триггера, причем выход тактирующего устройства подключен к входу первого ключа, К и Б-схем И, первые входы которых через второй ключ соединены с шиной нулевого потенциала термометра соединенной соответственно через третий и четвертый соответствующий "1" соседнего с млад шим разрядом результата, а на элементы И 14 и 13 - сигнал с выходаодновибратора 12 с элемента задержки 11. Если результат отличаетсябольше чем на 10 единиц, то на выходе элемента И 14 появляется сигналпереключения на более грубый предел.Если подряд 10 результатов былиодинаковы, то на выходе элемента И13 появится сигнал переключенияна более чувствительный предел.Элементы И - НЕ 16 и 17, И - ИЛИНЕ 18 переключают порог чувствительности термометра в зависимости от сигналов на выходах элементов 13 и 14 и дешифратора15. 3 ил.,гключи с Я-входом первого КБ-триггера, соединенным с вторым входом второй схемы И и К-входом второго КБ-триггера, соединенным с вторым входом первой схемы И, выходы КБ-триггеров подключены соответственно к 0-входам двух П-триггеров и первым входам схемы БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ, выход которой через первый одновибратор подключен к установочным входам делителей частоты и первому входу схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с входом переноса регистров результата и через второй одновибратор соединен с выходом основного делителя опорной частоты и управляющим входом первого клю ча, а выход подключен к установочным входам счетчиков результата и С-вхоI дам В-триггеров, выходы которых соответственно подключены к вторым входам схемы БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ, управляющим входам пятого и шестого ключей, включенных в цепь питания дополнительных индикаторов и управляющим входам коммутаторов, при этом входы первого коммутатора соответственно соединены с выходом первого ключа, соединенным с входом первого дополнительного счетчика результата и выходами дополни- . тельных счетчиков результата, а выходы подключены к входам второго дополнительного и основного счетчиков ре 1280342зультата, а входы второго коммутатора соответственно соединены с выходом генератора опорной частоты, соединенным с входом первого дополнительного делителя опорной частоты и выходами дополнительных делителей опорной частоты, а выходы подключены к входам второго дополнительного и основного делителей опорной частоты, при этом каждый коммутатор содержит .10 три схемы ИЛИ, четыре схемы И и дешифратор, входы которого соединены с управляющими входами коммутатора, первый выход соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен с первым входом второй схемы И и первым входом коммутатора, а выход подключен к первому входу первой схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторымвходом коммутатора, а 20 второй вход подключен к выходу третьей схемы И, входы которой соответственно соединены с третьим входом коммутатора и выходом второй схемы ИЛИ, первый вход которой соединен с вторым выходом дешифратора и вторым входом второй схемы И, а второй вход подключен к третьему выходу дешифратора, соединенному с первым входом четвертой схемы И, второй вход которой соединен с вторым выходом коммутатора, а выход подключен к первому входу третьей схемы ИЛИ, выход которой соединен с первым выходом коммутатора, а второй вход соединен с вы ходом второй схемы И.Целью изобретения является уменьшение затрат временина измерение путем обеспечения автоматического переключения порога чувствительности.В предлагаемом устройстве при переходе на измерение с более высокой чувствительностью пропорционально увеличивается и время измерения. 45 И если от измерения к измерению результаты отличаются более, чем на 10 единиц младшего разряда, т.е. отличаются значениями предпоследних разрядов, то значение пооледнего разряда не несет эффективной инфор.мации, а поэтому время, расходуемое на измерение с такой разрешающей способностью, расходуется нерационально. В предлагаемом устройстве при таком отклонении соседних резуль татов автоматически осуществляется переход на более "грубый" предел измерения, благодаря чему за одно и то же время вместо одного производится десять (или даже сто) измерений.Если же подряд 1 О соседних результатов одинаковы, то предлагаемое устройство автоматически переходит на предел измерения с большей чувствительностью (в 10 или 100 раз).На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового термометра (цифровой термометр представлен в виде блока измерения температуры 1 и трех ключей 2.1-2.3 переключения порога чувствительности), на фиг. 2 - временные диаграммы работы цифрового термометра на фиг. 3 - блок-схема блока измерения температуры.Цифровой термометр содержит блок 1 измерения температуры, ключи 2.1- 2.3 переключения порога чувствительности, выходы 3 регистров результата основного цифрового .термометра (информационные выходы блока 1), сумматор 4, дополнительный регистр 5, вторую схему 6 сравнения, два трехвходовых элемента И 7 и 8, четвертый счетчик 9, триггер 10, элемент 11 задержки 11, дополнительный одновибратор 12, двухвходовые элементы И 13 и 14, дешифратор 15, первый и второй элементы И-НЕ 18 и 17, элемент И-ИЛИ-НЕ 18, третий коммутатор 19, первый выход блока измерения температуры 20.1 соединенный с входом Перенос регистров результата основного цифрового термометра, второй и третий выходы 20,2 и 20.3, соединенные соответственно с управляющими входами коммутаторов блока измерения температуры, входы 21-23 переключения порога чувствительности блока измерения температуры. Информационные выходы блока 1 измерения температуры подключены к вторым информационным входам суммато ра 4 и информационным входам регистра 5, инверсные выходы которого подключены к первым входам сумматора 4, выходы которого подключены к первым входам схемы 6 сравнения. К вторым входам схемы 6 сравнения, за исключением четырех из них, подключен источник нулевого потенциала (общая шина термометра). Указанные четыре входа схемы 6 сравнения, соответствующие младшим разрядам четырех младших декад схемы 6 сравнения, подключены к выходам 4-разрядного коммута 1280342Выход элемента И-НЕ 16 подключен к выходу третьего ключа 2.1 - к входу 21 переключения порога чувствительности блока 1 измерения температуры в режим измерения с порогом чувоствительности 0,01 С, выход элемента И-ИЛИ-НЕ 18 одключен к выходу, второго ключа 2,2 - входу 22 переключения порога чувствительности блока 1 измерения температуры на измерение,о с порогом чувствительности 0,001 С, а выход элемента И-НЕ 17 подключен 50 55 тора 19, первый вход первого (младшего) разряда и второй вход младшего разряда, соединенный с первым входом второго разряда, присоединены к пер- вому выходу дешифратора 15, к второ- му выходу которого подключены второй вход второго и первый вход третьего разрядов коммутатора 19, к третьему выходу дешифратора 15 подключены второй вход третьего и первый вход чет О вертого (старшего) разрядов коммутатора 19.Выход "Меньше" схемы 6 сравнения ,подключен к третьему входу первого элемента И 7, выход "Равно-больше" 15 схемы сравнения 6 подключен к третьему входу второго элемента И 8 и второму входу элемента И 14. К первым входам элементов И 7 и 8, управляющему входу коммутатора 19, уп равляющему входу регистра 5 и входу элемента 11 задержки подключен выход 20.1 блока 1 измерения температуры, к вторым входам элементов И 7 и 8, входу одновибратора 12 подключен 25 выход элемента 11 задержки. Выход элемента И 7 подключен к входу счетчика 9, к входу установки в ноль которого и аналогичному входу триггера 10 подключен выход второго эле мента И 8. Выход счетчика 9 подключен к входу установки в "1" триггера 10, выход которого подключен к пе первому входу элемента И 13. Выход одновибратора 12 подключен к втОрому входу первого элемента И 13 и первому входу второго элемента И 14, выходы которых подключены к первому входу второго элемента И-НЕ 17, соединенному с вторым входом элемента 40 И-ИЛИ-НЕ 18 и к первому входу первого элемента И-НЕ 16, соединенному с первым входом элемента И-ИЛИ-НЕ 18, третий и четвертый входы которого соединены с третьим и четвертым вы ходами третьего коммутатора 19. к выходу четвертого ключа 2.3 - входу 23 блока 1 измерения температурына измерение с порогом чувствительности 0,0001 С.Элементы И-НЕ 16 и 17 и элементы И, входящие в элемент И-ИЛИ-НЕ 18, могут быть снабжены третьими входами, которые заземляются в режиме ручного выбора порога чувствительности(на фиг. 1 не показано).Блок измерения температуры (цифровой термометр по основному авторскому свидетельству) (фиг. 3) содержит термопреобразователь 24 с частотным выходом, тактирующее устройство 25, первый ключ 26, первый коммутатор 27 с информационными входами 28-30, выходами 31 и 32, управляющими входами 33 и 34, основной счетчик 35 результатапервый и второй дополнительные счетчики 36 и 37 результата, блоки индикации 41-43, генератор 44 опорной частоты, второй коммутатор 45 с информационными входами46-48, входами 49 и 50, управляющими входами 51 и 52, основной делитель 53 частоты, первый и второй дополнительные делители 54 и 55 частоты, первый одновибратор 56, 0-триггеры 57 и 58, схему сравнения, "БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ" 59, КЯ-триггеры 60 и 61, второй одновибратор 62, схему ИЛИ 63, схемы И 64 и 65, ключи 66 и 67,которые включены в цепь питания 68блоков 42 и .43.индикации.При работе термометра на выходах20.2 и 20.3 блока измерения температуры, соединенных с управляющимивходами коммутаторов 27 и 45, присутствует код 00 при измерении с порогом чувствительности 0,01 С, кодо01 присутствует при измерении с поорогом чувствительности 0,001 С и код11 присутствует при измерении с по,рогом чувствительности 0,0001 С.оЭлементы И-НЕ 16 и 17 и элементИ-ИЛИ-НЕ 18 выполнены с открытым коллекторным выходом.Сумматор 4 может быть выполненна полных 4-разрядных сумматорах типа 155 Ж 13 и работает в режиме вычитания за счет суммирования числа, поступающего по второму входу в прямом коде, и числа, поступающего попервому входу в инверсном коде, а навход "Перенос" подана логическая ".1",что эквивалентно дополнительному коду второго числа.Схема 6 сравнения выполнена наэлементах типа 555 СП с объединениемпо ИЛИ выходов "Равно" и "Больше" илианалогичных.Регистр 5 может быть выполнен наэлементах 555 ТМ 8 или других элементахпамяти с инверсными выходами. Все остальные элементы термометра могутбыть выполнены на серийных микросхемах и элементах по стандартным схемам.0Общий принцип автоматического выбора порого чувствительности, реализованного в предлагаемом цифровом термометре, заклюЧается в следующем:производят сравнение следующих другза другом результатов путем вычитания. Если эти результаты одинаковы втечение 10 измерений, то переходятна измерение с большей разрешающейспособностью и большим временем изомерения (например, от 0,001 к 0,0001 С)Если два результата, следующие другза другом отличаются больше, чемна 10 единиц младшего разряда, топереходят на измерение с меньшей25разрешающей способностью (например,от 0,001 к 0,01 С),Поскольку блок 1 измерения производит измерение на пороге чувствитель-ности 0,001 С за 1 с, а на порогечувствительности 0,01 С за 0,1 с,то при реализации предлагаемогопринципа автоматического переключения измерение показаний на одномпороге чувствительности составляет 35от 10 единиц за измерение, до повторения 10 одинаковьгк показаний (счетчик 9 имеет коэффициент пересчета10). Работа устройства автоматического переключения порога чувствительности разделяется на 2 такта. В первом такте при наличии "1" на выходе 20.1 блока 1 измерения, 45 подключенном к входу "Перенос" регистра 5, производится сравнение двух соседних результатов и при их равенстве в счетчик 9 добавляется "1". Во втором такте при наличии "0" на вьгкоде 20,1 блока 1 измерения производится сравнение двух соседних результатов. При отличии их на 10 единиц и более производится проверка с состояния триггера 1 О, и при наличии на его выхода "1" осущес.твляется переход на измерение с более высокой чувствительностью, так как наличие "1" на выходе триггера 10 означает,что 1 О предыдущих измерений дали оди наковые результаты.Цифровой термометр работает следующим образом.Перенос информации в регистр 5 осуществляется положительным фронтом импульса на выходе 20.1 блока 1 измерения, подключенном к регистру 5. При этом в регистр 5 из регистра блока 1 измерения заносится предыдущий результат измерения, а в регистр блока 1 измерения поступает код очередного результата. На выходах сумматора 4 возникает код разности двух соседних результатов. С коммутатора 19 в это время на один из вторых входов схемы 6 сравнения поступает единица, соответствующая 1 младшего разряда результата на том пороге чувствительности, на котором в данный момент работает прибор. В конце первого такта на первых двух входах первого и второго элементов И 7 и 8 появляются сигналы "1" (временная диаграмма на фиг. 2). Если результаты равны, то в счетчик 9 и импульсом с выхода схемы И 7 добавляется "1". Так как при равных результатах на выходе сумматора 4 "0", схема сравнения 6 выдает "1" на выходе "Меньше" (участок а временной диаграммы фиг. 2). Если результаты предыдущего и очередного измерений отличаются хотя бы на "1", то сигнал "1" на выходе "Равно-больше" схемы сравнения 6 и "1" с выхода элемента, И 8 устанавливает в "0" счетчик 9 и триггер 10 (участок в временной диаграммы фиг. 2).Через некоторое время после начала второго такта включается одновибратор 12 и подает импульс на входы элементов И 13 и 14, в этом время на вторые входы схемы 6 сравнения поступает с выходов коммутатора 19 сйгнал "1", соответствующий единице соседнего с младшим разрядом результата, т.е. десяти единицам разности двух результатов.1Если результаты отличаются больше чем на 10 единиц (участок с временной диаграммы фиг. 2), то на выходе "Равно-больше" схемы 6 сравнения единица будет и в 1-ом и 2-ом тактах работы прибора. Тогда импульс появляется на выходе элемента И 14 и дает сигнал переключения прибора на измерение с более грубым порогомчувствительности. Если подряд 10 результатов одинаковы, то в момент вто 11 1 рого такта триггер 1 0 окажется в 1 ( 1 0 измерений подряд н е было в пе рв ом такте работы установок триггера 1 0 и счетчика 9 ., " 0 " ) и импульс ( в ответ на импульс одновибра тора 1 2 ) появится на выходе элемента И 1 3 и даст сигнал на переключение цифров ого термометра н а измерение с более 10 высокой чувствительностью .Элементы И-НЕ 1 6 и 1 7 и И-ИЛИ-НЕ 1 8 получают этот сигнал , и в з а висимос ти от чувствительности , н а которой находился цифровой термометр , 1 5 подают этот сигнал н а включение соответствующей чувствительности следующим образом . При наличии " 1 " на одном из выходов дешифр ат ор а 1 5 э ти элементы подготавливают к включению 20 соседние , при получении импульса с выхода элемента И 1 3 он направляется н а соседний вход включения на измере ние с более грубым порогом чувствительно сти , а при получении импульса с выхода элемента И 1 4 - на вход включения прибора на измерение с боле е высокой чувствительностью .Переключение чувствительности можно осуществлять и вручную с помощью З 0 замыкания ключей 2 , 1 - 2 . 3 .Формула изобретенияЦифровой термометр по авт. св. 35 В 1190209, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения затрат времени на измерение путем обеспечения автоматического переключения порога чувствительности, в него дополни тельно введены схема сравнения, регистр, дешифратор, два трехвходовых элемента И, счетчик, два двухвходовых элемента И,триггер, дополнительный одновибратор, два элемента И-НЕ 45 элемент И-ИПИ-НЕ, третий коммутатор элемент задержки и сумматор, первые входы которого соединены с выходами регистра, вторые входы подключены к входам регистра и выходам регистров 50 результата, а выход подключен к первым входам схемы сравнения, одна группа вторых входов которого соединена с общей шиной нулевого потен циала термометра, а другая группа входов подключена к выходам третьего коммутатора, первый и второй входы которого соединены с общей шиной нулевого потенциала термометра , а третий, четвертый и пятый входы подключены к выходам дешифратора, входы которого соединены соответственно с управляющими входами первого коммутатора, при этом управляющий вход третьего коммутатора подключен к входу переноса регистров результата и соединен с управляющим входом регистра, входом элемента задержки и первыми входами первого и второго трехвходовых элементов И, вторые входы которых соединены с входом дополнительного одновибратора и выходом элемента задержки, третьи входы подключены соответственно к выходам нМеньше" и "Равно-больше" схемы сравнения, а выходы подключены соответтвенно к входу счетчика и входам "Установка в ноль" счетчика и триггера, вход которого соединен с выхоом счетчика, а выход подключен к первому входу первого двухвходового элемента И, второй вход которого соединен с выходом дополнительного одновибратора и первым входом второго двухвходового элемента И, второй вход которого подключен к выходу "Равно-больше" схемы сравнения, а выход подключен к первому входу первого элемента И-НЕ и первому входу элемента И-ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ и подключен к выходу первого двухвходового элемента И, выход элемента И-ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго ключа, а третий и четвертый входы соответственно соединены с третьим и четвертым входами третьего коммутатора, пятый вход которого подключен к вторым входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого ключей.Элеи Геен еиею Составитель В.КуликовРедактор Т,Парфенова Техред И.Попович Корректор С.Черни Ти Производственно-полиг редприятие еск жгород, ул. Проектная,з 7048/4 ВНИИПИ пд 113035осударственн лам изобрете Москва, Ж778 Подписио комитета СССРй и открытийРаушская наб., д. 4