Цифровой термометр

(19) (11) А 1 1 К 7/3 РЕТЕН кий инстии Львовсбаиов,ров во СС 198 В.Л аналемператувском гос о объедис.137,ун ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ(71) Львовский политехничетут им.Ленинского комсомолкий лесотехнический инстит(56) Авторское свидетельстР 1249350, кл. С 01 К 7/32Голембо В.А., КотляровШвейкий Б,И.Пьеэокварцевыецифровые преобразователи тры. Львов, иэд-во при Львоиверситете иэдательскогнения "Вища школа", 1977,рис.7,1,(54) ЦИФРОВОЙ ТЕРИОМЕТР(57) Изобретение относится к измерению температуры. Цель изобретения "повышение эксплуатационных свойствцифрового термометра. Для исключениявлияния измерения параметров генератора 17 управляемого напряжением(ГУН) на результат измерения в течение четырех тактов включен детектор16, который в этот период может изменять напряжение КС-цепочки 36,37и тем самым обеспечивать подстройкуГУН 17 для обеспечения ее равной частоте сигнала на выходе делителя 4частоты. Изменение параметров ГУН 17от температуры, давления и временине изменяет частоты ГУН 17 в указан-ных тактах, т. к, система автоподстрой1397749 ки частоты обеспечивает выхоцную частоту опорного сигнала путем изменения напряжения КС-цепи Зб и 37 и темсамым учитывает изменения вепичиквсех параметров ГУН 17. Благодаря Изобретение относится к областиизмерения температуры контактным методом с помощью термопреобразователейс частотным выходным сигналом, в частности пьезокварцевых термопреобразователей.Цель изобретения - повышение эксплуатационных свойств цифровоготермометра путем упрощения процессанастройки его при замене и калибровке термопреобразователей,На Фиг.1 приведена блок-схематермометра; на фиг.2 - схема олокауправления; на фиг,З - схема Фазочувствительного детектора.; на фиг,4схема генератора управляемого напряжением,Цифровой термометр (фиг.1) содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, смеситель 2, генератор 320опорной частоты, делитель 4 частотытактирующий блок 5, первый переклюнатель 6, второй переключатель 7, третий переключатель 8, счетчик 9 результата, триггер 10 знака, регистр 11индикации, управляемый преобразователь 12 кодов, блок 13 индикации,блок 14 управления, счетчик 15 базывремени, Фазочувствительный детектор16, управляемый напряжением генераЗОтор 17.Тактирующий блок 5 включает в себя триггер 18, элемент И 19 и триггер 20.Выходы 21-23 счетчика 15 базы 35времени соединены с входами блока 14управления. Входы 24 и 25 Фазочувствительного детектора 16 соединеныс выходами управляемого напряжениемгенератора 7 и выходом целителя 4частоты. К управляющим входам переключателей б и 8 подключены выходы26 и 27 блока 14 управления, а к управляющему входу переключателя 7 подэтому упрощается процесс настройкитермометра при замене или калибровке термопреобразователей, т,к, приэтом необходимо подстроить толькорезисторы 34 и 35. 4 ил. 2ключен выход 28 блока 14 управления. Выход 29 блока 14 управления подключен к входу установки в п 0 н счетчика 9 результата, к входу установки "1" триггера 10 анака, тактирующему входу регистра 11 индикации и входу установки в исходное состояние генератора 17, управляемого напряжением, времязацающие входы 30 и 31 которого и управляющий вход 32, соединены соответственно с вторым резистором 33, переменными резисторами 34 и 35, переключателем 8 и выходом фазочувствительного детектора 16, соединенным с последовательно включенными конденсатором Зб и первым резистором 37.Блок 14 управления (фиг.2) содер= жит дешифратор 38 на восемь выходов и элементы ИЛИ 39 и 30, К трем входам д",шифратора 38, которые являются входами блока управления, подключены выходы 21-23 счетчика 15 базы времени, Выход дешифратора 38, на котором появляется "1" при коде 4 (100) на входах 23,22,21 является выходом 28 блока 14 управленияВыход элемента ИЛИ 39, к входам которого подключены выходы дешифратора 38, "1" на которых появляется при состояниях 4,6 и 7 (100, 110 и 111) на входах дешифратора 38, является выходом 26 блока 13 угравления,Выход элемента ИЛИ 40, к входам которого подключены выходы дешифратора 33, "1" на которых появляется при состояниях 5,6 и 7 (101, 110 и 111) на входах дешифратора 33, является выходом 2 блока 14 управления. Выход дешифратора 38, на которомпоявляется при состоянии 7 111)на его входах, является выходом 29блока 14 управления, 139774950 Фазочувствительный детектор 16 (фиг.3) содержит электронные ключи 41 и 42, первый дешифратор 43 со стробированием, триггер 44, второй дешифратор 45, два элемента ИЛИ 46 и 47, резисторы 48 и 49.Информационные входы дешифратора 43 являются входами 24 и 25 фазочувствительного детектора 16, а стробирующий вход - входом 23 фазочувствительного детектора 16На выходах дешифратора 43 единицы появляются только при наличии "0" на его стробирующем входе (вход 23 фазо чувствительного детектора). Выходы дешифратора 43, на которых единицы могут появиться при одинаковых состояниях сигналов на его информационных входах (00 или 11), подключены 20 к К- и Б-входам триггера 44, Выходы дешифратора 43, на которых "1" появляются при разном состоянии сигналов на его информационных входах (01 или 10), подключены к вхо дам второго дешифратора 45. К третьему входу второго дешифратора 45 аналогично дешифратору 38 блока 14 управления подключен выход триггера 14. Выходы дешифратора 45, 30 на которых появляются единицы при состояниях 1 и 6 (001 и 110) на его входах, через элемент ИЛИ 46 подключены к управляющему входу ключа 41, а выходы, на которых появляются единицы при состояниях 3 и 4 (011 и 100) на его выходах, через элемент ИЛИ 47 подключены к управляющему входу клю.ча 42. Через ключ 41 и зарядный резистор 48 источник питания подключен к выходу 32 фазочувствительного детектора 16, а через ключ 42 и раз- рядньпЪ резистор 49 общая точка соединена также с выходом 32 фазочувствительного детектора 16.45Генератор 17, управляемый напряжением (фиг,4), содержит два инвертора 50 и 51, элементы ИЛИ-НЕ 52 и 53, электронный ключ 54, транзистор 55 источника тока. Инверторы 50 и 51 охвачены обратной связью каждый через ключ 54 и резистор 56 и 57 соответственно.Выходы инверторов 50 и 51 подключены к первым входам элементов ИЛИ-НЕ соответственно 52 и 56 через делители напряжения на резисторах 58-61 соответственно. Выходы элементов ИЛИ-НЕ 52 и 53 через время- задающие конденсаторы 62 и 63 соедииены с входами инверторов 50 и 51. Выход элемента ИЛИ-НЕ 52 подключен к свободному входу элемента ИЛИ-НЕ 53 а выход элемента ИЛИ-НЕ 53 подключен к свободному входу элемента ИЛИ-НЕ 52, Коллектор транзистора 55 источника тока через электронньп переключающий ключ 54 подключен к входам инверторов 50 и 51. К управляющему входу ключа 54 подключен выход элемента ИЛИ-НЕ 53, который является выходом 24 генератора 17, управляемого напряжением. Вход 29 генератора 17 подключен к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ 53. Вход 32 генератора 17 подключен к базе транзистора 55, эмиттер которого через резистор 64 заземлен. Выход 30 генератора 17 соединен с общим проводом, а выход 3 1 с эмиттером транзистора 55.Цифровой термометр работает сле- м дующим образом.Смеситель 2 выделяет сигнал, частота которого равна разности частот термопреобразователя 1 и генератора 3 опорной частоты, последняя из которых выбирается меньше минимального значения частоты термопреобразователя 1, в результате чего знак разности обеих частот во всем диапазоне изменения температуры остается неизменным.Тактирующий блок 5 предназначен для привязки" импульсов, поступающих с выхода смесителя 2, к импульсам опорного генератора 3.Цикл работы термометра разбит на восемь тактов, номера которых определяются состояниями выходов дешифратора 38 блока 14 управления. В первых четырех тактах переключатели 6-8 находятся в первых положениях. При этом на вход счетчика 9 результата поступает сигнал с выхода тактирующего блока 5, частота которого зависит от температуры, на вход счет. чика 15 базы времени поступает с выхода делителя 4 частоты опорный сигнал с атой Г в частотозависимой цепи ГУН 1 включен резистор 3 с сопротивлением К, фазочувствительный детектор 16 подстраивает частоту ГУН 17, равной частоте Г, сигнала, поступающего на его вход 25.Фазочувствительный детектор 16 чувствителен только к относительному положению фронтов входного сигнала Г, и сигнала на выходе ГУН 17.1397749 частотозависимую цепь ГУН 17 резистор 33. В восьмом такте положение переключателей 6 - 8 не изменяется, ав это время импульсом с выхода 29блока 14 управления производитсяперенос результата измерения иэ счетчика 9 в регистр 11 индикации иустановка в "О" и "1" соответственО но счетчика 9 результата и триггера 1 Ознака. В этом же такте сигналом навходе 29 генератора 17 производитсяего остановка в исходном состоянии,что позволяет повысить надежность15 работы системы Фазовой автоподстройки частоты эа счет предварительноговыравнивания фаэ сравниваемых сигналов на входах 24 и 25 Фазочувствительного детектора 16, что разрешает осу 2 О ществить захват частоты управляемогогенератора 17 при любом начальномсоотношении Фаз сравниваемых сигналов. Кроме того это позволяет сокра-.тить время на захват частоты и уско 25 рить процесс автоподстройки за счеттого, что воздействие на ГУН 17 всегда производится в нужном направлении.Таким образом, в первых пяти тактах происходит счет импульсов с выхоЗО да смесителя 2 в счетчике 9 результата, причем длительность пятого такта,а значит и время счета, можно регулировать изменением величины резистора 34 и таким образом устранятьв разброс крутизны характеристики термо,йпреобразователя,В зависимости от того, до или послевозникновения Фронта опорного сигнала Гщ появится Фронт выходногосигнала ГУН 17, на выходе дешиФратора 43 (Фиг.З) Формируются импульсыопережения или отставания соответственно выход 3 и О дешиФратора 43).Длительность этих импульсов равнаинтервалу времени между Фронтами соответствующих сигналов, Во времядействия импульсов отставания илиопережения конденсатор С заряжается(или разряжается) до напряжения, которое зависит от разности Фаз. ЕслиЪфазовые рассогласования отсутствуют.между сигналом й, и сигналом ГУН 17,выход 32 детектора 16 ведет себя какразомкнутая система, а конденсатор36 действует как запоминающее устройство, сохраняя напряжение, при котором ГУН 17 поддерживает необходимую частоту,В пятом такте переключатели 6-8переводятся во вторые положения,Фазочувствительный детектор 16 отключается и ГУН 17 получает с КС-цепочки конденсатора 36 и резистора 37напряжение, которое на нем было перед отключением детектора 16, Во времязадающую цепь ГУН 17 включаетсявместо резистора 33 резистор 34 ссопротивлением К, . Частота генератора 17 становится вместо 0, равнойГ, . Сигнал Г, с выхода ГУН 17 поступает на вход счетчика 15, На входсчетчика 9 результата продолжает поступать сигнал с выхода тактирующего блока 5.Длительность пятого такта Т, зазисит от сигнала с частотой Г который поступает на вход счетчика 15,а эта частота, в свою очередь зависит от величины резистора 34,После окончания этого такта начинается шестой такт, в котором переключатели 6 и 8 становятся в третьиположения,а переключатель 7 - в первоеположенпе. На вход счетчика 15 вовсех остальных тактах поступает частота Г с делителя 4 частоты. Навход счетчика 9 в шестом такте поступает сигнал с частотой Е от ГУН 17,во врсмязадающей цепи которого включен в шестом такте резистор 35 ссопротивлением К . В седьмом тактеключ 6 становится в четвертое положение, в счетчик 9 результата ничего непоступает, а ключ 8 подключает в В шестом такте, длительность Ткоторого постоянна и равна длительности каждого из восьми тактов, кроме пятого, в счетчик 9 результата поступает частота ГУН 17 Г , котораяможет быть изменена изменением величины резистора 35 и тем самым изме.- яяется число импульсов, поступающихв счетчик 9 результата эа время шестого такта. Таким образом, устраняется разброс нулевой частоты термопреобразователя,Частота следования импульсовнавыходе термопреобразователя 1 равна 55 где Г - частота на выходе датчикаоопри О С,Б - крутизна термочастотнойхарактеристики термопреобразователя;(2) 20 25 30 35 40 55 0 - измеряемая температура относительно О С.Если счетный интервал времени обозначить через Т= 4 ТО + Т то число, образованное в счетчике 9 результата, равно сч е (о) Тьь гТ ( )х где Г - частота на выходе генератора 3 опорной частоты.Если обеспечить выполнение равен- ства, где ЬО - цена деления младшего разряда термометра, а знак минус (-) перед И, означает, что М, необходимо вводить в обратном коде, то ЖСч, рЕЗОьОУправляющий преобразователь 12 кода при единичном значении знакового рязряда регистра 11 индикации производит преобразование входного кода в обратный, чем обеспечивается правильность показаний цифрового термометра при измерении отрицательных тем ператур ( О с О С) в противном случае управляемый преобразователь 12 кода не влияет на передачу кода с выхода регистра 11 индикации на входы блока 13 индикации.Дпя исключения влияния измерения параметров ГУН 17 на результат измерения в течение 4 тактов, когда во времязадающей цепи ГУН 1 включен резистор 33, включен фазочувствительный детектор 16, который в течение этих первых четырех тактов может изменять напряжение на КС-цепочки 36 и 37 и тем самым обеспечивать подстройку частоты ГУН 17 для обеспечения ее равной частоте сигнала на выходе делителя 4 частоты. Изменения параметров ГУН 17 от температуры, давления и других условий внешней среды и от времени не изменяет частоты ГУН в первых четырех тактах, так как при этом система автоподстройки частоты обеспечит выходную частоту ГУН 17, равной 1 О путем изменения напряжения КС-цепи 36, 37 и тем самымучтет изменения величины емкостей,резисторов, уровней срабатывания пороговых элементов, токов их утечеки т.д. - всех параметров ГУН. А в результате этих мероприятий частотаЕГг ГУН 17 зависит только от соотношения величин резисторов 33,34 и33,35 и не зависит от параметров элементов ГУН 17. Благодаря этому упрощается процесс настройки цифровоготермометра при замене и калибровкетермопреобразователей, так как приэтом необходимо подстроить толькопеременные резисторы 34 и 35. Формула и з о б р е т е н и я Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, счетчик базы времени выход .старшего разряда которого подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с входом установки в О счетчика результата, с входом установки в "1" триггера знака и тактирующим входом регистра индикации, выходы которого через преобразователь кодов подключены к входу блока индикации, а входы соединены с выходами счетчика результата и триггера знака, счетный вход которого соединен с выходом пере. носа счетчика результата, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью поВышения эксплуатациояных свойств цифрового термометра путем упрощения процесса настройки его при замене и калибровке термопреобраэовате-. лей, в него введены делитель частоты,три переключателя, фазочувствительныйдетектор, управляемый напряжением генератор, первый и второй постоянные резисторы, два переменных резис 50 тора, конденсатор и тактирующий блок,включающий в себя два триггера и элемент И, выход которого подключен кпервому и второму входам первого пере"ключателя, а входы соответственно соединены с инверсным выходом и информационным входом второго триггера,соединенным с прямым выходом первоготриггера, информационный вход которого соединен с выходом смесителя, а1397 4тактовый вход соединен с тактовым Входом второго триггера и подключен к выходу генератора опорной частоты, соединенному через делитель частоты5 с первым входом второго переключателя, Выход которого соединен с счетчиком базы времени, второй вход соединен с третьим входом первого переключателя, выходом управляемого напряжеНием генератора и первым входом фазочувствительного детектора, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, вход разрешения работы подключен к выходу старшего разря Да счетчика базы времени, а выход через последовательно соединенные конденсатор и первый резистор соединен с общей шиной термометра и подключен к управляющему входу управляемого напряжением генератора, вход установки в исходное состояние которого соединен с первым выходом блока управления а первый и второй входы времяУ 9 1 Озадающей цепи соединены соответственно с выходом третьего переключателяи первым выводам второго резистора,соединенным с первыми выводами переменных резисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами третьего переключателя, первый и четвертый входыкоторого соединены с вторым выводомвторого резистора, а первый и второйуправляющие входы подключены соответственно к второму и третьему выходамблока управления, соединенным соответственно с первым и вторым управляющими входами первого переключателя, четвертый вход которого соединен с общей шиной,а выход подключенк счетчику результата, при этом четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом второго переключателя, а второй и третий входы подключены к промежуточным выходам счетчика базы времени.