Измеритель разности температур

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИНК 7 00 С 0 СРЫТИЙ ЕТЕНИЯ ОПИСА схерарым ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинскогокомсомола(56) 1, Голембо В.А., Котляров В,Л.О путях построения цифровых пьезокварцевых измерителей температуры.Контрольно-измерительная техника,Львов, Изд-во Львовского университета, 1971, вып. 10, с, 45.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 3475091/18-10,кл С 01 К 7/00 1982 (прототип)(54)(57) ИЗ 11 ЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ТЕМПЕРАТУР, содержащий два пьезокварцевыхтермопреобразователя с частотным вьгходом, генератор опорной частоты,счетчик, две схемы И, первые входыкоторых соответственно соединены спервым и вторым выходами схемы управления, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака итактирующим входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходомпервой схемы И, выход перенося под 14 997 А ключен к. установочному входу тригге" ра знака, а информационный выход подключен к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения измерителя, в него введены дополнительный счетчик, три коммутирующих элемента и две схемы совпадения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами схемы управления, а входы соответственно подключены к выходам первого и второго коммутирующих элементов, при этом выходы пьезокварцевьк термо- ср преобразователей подключены к входамф начетчиков, выходы которых.подключены соответственно к входам коммутирующих элементов, а установочные входы - к пятому и шестому выходам схемы управления, треногий и четвер- е тый входы которой соединены с первым и вторьм вькодами счетчика, причем вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом второй схемы И, установочные входы реверсивного счетчика подключены к выходам третьего коммутирующего элемента, вход которого соединен с четвертым выходом мы управления, а выход генератоопорной частоты соединен с втои входами схем И.Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к измерителям разности температур, работающим в составе с термопреобразователями, имеющими частотный выход, например, пьезокварцевыми термопреобразователями.Известен измеритель разности температур, содержащий два пьеэокварцевых термопреобразователя с частот - 1 О ным выходом, два смесителя, два формирователя импульсов, две схемы И, генератор опорной частоты, делитель частоты, реверсивный счетчик результата и цифровой индикатор 1,1 3. 15Однако в данном измерителе разности температур невозможно применение термопреобразователей. с различной крутизной характеристики температура - частота, кроме того, он харак-щ. теризуется низким быстродействием..Наиболее близким к изобретению по технической сущности является измеритель разности температур, содержащий два пьезокварцевых термопреоб разователя с частотным выходом, генератор опорной частоты, счетчик (делитель), две схемы И, первые входы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управ-ЗО ления, третий и четвертыйвыходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, сум 35 мирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход лереноса подключен к установочному входу триггера знака, а информационный выход - к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, а также три смесителя, схему ИЛИ, два формирователя импульсов, третью схему. И, три генератора опорной частоты 23. Однако известный измеритель разности температур также характеризуется низким быстродействием, обуслов 1 ленным его структурой построения, и сложностью, заключающейся в необходимости применения трех генераторов опорной частоты и трех смесителей.Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение измерителя.Поставленная цель достигается тем, что в измеритель разности температур, содержащий два пьезокварцевых термопреобраэователя с частотным выходом, генератор опорной частоты, сМетчик, две схемы И, первыевходы которых соответственно соединены с первым и вторым выходами схемы управления, третий и четвертыйвыходы которой соединены соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, реверсивный счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первой схемы И, выход переноса подключен к установочному входу триггера знака, а информационный выход подключен к цифровому индикатору, соединенному с триггером знака, введены дополнительныйсчетчик, три коммутирующих элементаи две схемы совпадения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами схемы управления, а входы соответственно подключены к выходам первого и второгокоммутирующих элементов, при этомвыходы пьезокварцевых термопреобраэователей подключены к входам счетчиков, выходы которых подключенысоответственно к входам коммутирующихэлементов, а установочиые входы - к пятому и шестому выходам схемы управления, третий и четвертыйвходы которой соединены с первым ивторым выходами счетчика, причем вычитающий вход реверсивного счетчикасоединен с выходом второй схемы Иустановочные входы реверсивного счетчика подключены к выходам третьегокоммутирующего элемента, вход которого соединен с четвертым выходом схемы управления, а выход генератораопорной частоты, соединен с вторымивходами схем И. На фиг.1 представлена блок-схема измерителя разности температур;на фиг.2 - схема управления, нафиг .3 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства,Измеритель разности температурсодержит два термопреобразователя1 и 2 с частотным выходом, счетчик3, дополнительный счетчик 4, коммутирующие элементы 5-7, две схемы 8и 9 совпадения, генератор 10 опорной частоты, две схемы И 11 и 12,схему 13 управления, реверсивныйсчетчик 14, триггер 15 знака, цифровой индикатор 16,Входы 17 и 18 схемы управлениясоединены с выходами схем 8 и 9 сов1143падения, а вхолы 1 о и 20 - с двумя первыми выхолами счетчика 3. Выходы 21 и 22 схемы управления соели - невы с первыми входами двух схем И 11 и 12, выходы 23 и 24 - соответственно с установочным входом триггера знака и тактирующим входом цифрового индикатора, а выходы 25 и 26 - с установочными вхслами счетчиков 3 и 4, 10Схема 13 управления (фиг,2) содержит лва инвертора 27 и 28, четыре схемы И 29-32, три триггера 33-35, схему И 36, схему 37 равнозначности, триггер 38 и лве схемы И 39 и 40.15Измеритель разности температур работает следующим образом.Термопреобразователи 1 и 2 с частотным вьг.одом непрерывно подают импульсы, частота следования которых является информативным параметром их температур 6 и В, на счетные входы счетчиков 3 и 4 соответственно. С помощью коммутирующих элеменгов 5 и 6, положение которых опреде ляет коэффициенты деления К и К счетчиков 3 и 4, и схем 8 и 9 совпадения в схеме 13 управления формируются интервалы времени- (фиг,Зв, выход триггера 33) и - (Фиг.Зг, 3 О выход триггера 34), длительность которых зависит от температур 6 и 6, соответственно. Схема 37 равнозначности выделяет разность между обо - ими интервалами времени.35К моменту временитриггерыо33 и 34 схемы 13 управления находятся в нулевых состояниях, и на входе 19 схемы управления имеется положительный, на входе 20 нулевой потен - 40 циалы, а на выходе схемы И 30 возникает положительный импульс(фиг.За, момент времени с ), поступающий через выход 24 схемы 13управления на тактирующий вход цифрового индикатора 16, в результате чего в него записывается состояние реверсивного счетчика 14 и триггера 15 знака, которые запоминаются и выводятся на индикацию Ло получения 50 следующего результата измерения разности температур, После поступления следующего импульса с термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 3 последний устанавливается в состояние два, в резупьтате чего на входе 19 схемы 13 управгения появляется нулевой потенциал, а на входе 20 3997 4положительный, под воздействием которых на выходе схемы И 31 образуется псложительный импульс, поступаю щий через выход 23 схемы 13 управления на вход коммутирующего элемента 7 и вход установки в единицу триггера 15 знака (фиг.Зб, момент времени),Этим импульсом реверсивный счетчик 14 устанавливается в состояние И(фиг.Зж, момент времени 1), определяемое положением коммутирующего элемента 7. С поступлением очередного импульса с выходатермопреобразователя 1 счетчик 3 устанавливается в положение три,при котором на входах 19 и 20 схемы 13 управления имеется потенциаллогической единицы, в результате чего на выходе схемы И 32 схемы 13 управления образуется положительный импульс, устанавливающий триггеры 33 и 34 в единичные состояния (фиг. Зв,г) момент времени й.установкой триггера 34 в единичное состояние снимается положительный потенциал с выхода 26 управления, подктпоченного к входу установки в нуль счетчика 4, в результате чего с этого момента времени разрешается счет импульсов с выхода термопреобразователя 2 в счетчик 4. Схемой И 36, подключенной своими входами к инверсным выходам триггеров 33 и 34, запрещается работа схем И 29-32 при единичном состоянии хотя бы одногоиз двух триггеров. Непрерывный счет импульсов с выходов термопреобразователей 1 и 2 счетчиками 3 и 4 продолжается до появления положительного импульса на выходе схем 8 и 9 совпадения соответственно, С появлением положительного импульса на выходе схемы 9 совпадения, подключенному к входу 18 схемы 13 управления, триггер 34 устанавливается в нуль (фиг.Зг, момент времени), В результате воздействия выходного сигнала с инверсного выхода через выход 26 схемы управления на вход установки в нуль счетчика 4 прекращается счет импульсов с выхода термопреобразователя 2, а на выходе схемы 37 равнозначности схемы управления устанавливается положительный потенциал (Фиг,Зд, момент времени й), который в зависимости от состояния триггера 38 передается либо на выход22, либо на выход 21 схемы управления, разрешая тем самым поступление импульсов с выхода генератора 10 опорной частоты через вторые входы схем И 11 и 12 на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 14. С появлением положительного импульса на выходе схемы 8 совпадения, подключенной к входу 17 схемы управления, триггер 33 устанавли О вается в нуль (фигЗв, момент времени С), в результате чего выход .схемы 37 равнозначности принимает нулевой потенциал, прекращая тем самым счет реверсивного счетчика 14, Со стояние триггера 38 схемы управления определяется состоянием триггера 33 схемы 13 управления (фиг,Зв)к моменту образования положительного фронта импульса на выходе схемы 37 20 равнозначности (фигЗд, момент времени С), Причем при временных соотношениях (фиг.Зв,г) триггер 38 к моменту времени Т устанавливается в единицу, в результате чего за интер вал времени й -С производится пряФ Эмой счет реверсивного счетчика 14 (фиг.Зж, интервал времени й - ), в противном случае ( -й )триггер 38 останется в нулевом состоянии, зО в которое он переводится импульсом на выходе триггера 35 (фиг.Зг, момент времени 1.1), в результате чего за интервал времени существования положительного импульса на выходе схемы 37 равнозначности схемы 13 управления производится обратный счет реверсивного счетчика 14. В случае возникновения при прямом счете переноса реверсивного счетчика 14 (фиг,Зж, при достижении состояния, равного максимальной емкости счетчика) триггер 15 знака устанавливается в нулевое состояние. Положительным фронтом импульса на инверс 45 ном выходе схемы 37 равнозначности триггер 35 схемы управления устанавливается в единичное состояние (фиг.3 е, момент времени С ), под воздействием возникающего при этом на выходе 25 схемы управления положительного потенциала на входе установки в нуль счетчика 3 он переходит в нулевое состояние. При нулевых потенциалах на выходах 19 и 20 схемы управления и нулевых состояниях триггеров 33 и 34 на выходе схемы И 29 образуется положительный импульс,устанавливающий триггер 35 в нулевое состояние, в результате чего снижается положительный потенциал на входе установки в нуль счетчика 3 и начинается его счет с нулевого состояния, Следующим импульсом термопреобразователя 1. счетчик 3 устанавливается в состояние единицы, в результате чего на входе 19 схемы управления появляется положительный потенциал, под воздействием которого при нулевом потенциале на входе 20 схемы 13 управления на выходе схемы И 30 возникает положительный импульс (фиг.3 а, момент времени ), при котором через выход 24 схемы управления на тактирующий вход цифрового индикатора 16 в него записываются полученные в текущем цикле измерения состояния реверсивного счетчика 14 и триггера 15 знака. При поступлении следующего импульса с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 3 к моменту й начинается следующий цикл измерения.Частота следования импульсов6 на выходе термопреобразователей 1 и 2 в зависимости от их температуры 0;, описывается соотношениемгде 1; - частота-го термопреобразователя при температуре Ео5; - крутизна термочастотнойхарактеристики -го термопреобразователя;Оь - температура калибровки=1,2 - номер термопреобразователя,Обозначая длительность интервала времени С 2-Е через Т 1 Еи длитель 2 Фность интервала времейи С-й через Т 2 в, можно записать Т: - ; Т1, К 216 Д29(219 ге где Ки К 2 - коэффициенты деления счетчиков 3 и 4 соответственно.Значение коэффициентов К, определяется по формуле43997 на 216 30 1Т:51 фмцн 7 11 гле дЕ,к- Раз РеакЩа Я способностьизмерителя разности температур;Е, - частота генератора 10 опор.ной частоты.Значения К и К реализуются при2помощи коммутирующих элементов 5 и 6, причем значение К полученное на основе выражения (3), необходимо увеличивать на 3, что позволяет использовать счетчик 3 и для формирования управляющих импульсов.Тогда разность длительностей Т и Т 29, выпеляемая схемой 37 равнозначности схемы 13 управления, равПосле разложения в степенной ряд и пренебрежения квадратичными и более высокими членами, допустимость чего подтверждается неравенством Г,. )5,(6 дс1, уравнение (4) преобразуется к виду Содержимое И реверсивного счетчика 14 равноК=К+ ЬТЕо(6) где И - начальное состояние реверОсивного счетчика 14, в которое он устанавливаетсяв начале цикла измеренияпри помощи коммутирующегоэлемента 7,Значение И выбирается для полуючения отсчета результата измерения разности температур непосредственно. в градусах цельсия на основе равен- ства мбкс 1 1 яЬЕ 5, 52 50 моксгде 8 - емкость реверсивного счет- сч 8чика 14, выбираемая на основе соотношениягде 82-9,(- максимальное значение измеряемой разности температур.1 О Цифровой индикатор 16, управляемый триггером 15. знака,при единичном его значении перед выводом на индикацию полученного результата измерения разности температур производят 15 преобразование полученного результата в обратный код, а при нулевом значении такого преобразования не производит, чем обеспечивается правильная индикация как положитель ных, так и отрицательных разностейтемператур. Длительность цикла измерения разности температур предлагаемого измерителя можно оценивать выраже- нием о Е Ти - . (101 МиН Ов то время, как длительность циклаизмерения разности температур известного измерителя равна что соответствует увеличению быстродействия в К=Е (Е раз. В зависимость от типа используемых микросхем быстродействие измерителяможет быть повыйено не менее чем втри раза. В измерителе используетсятолько один генератор опорной частоты, что значительно упрощает его кон-струкцию.Таким образом, в отличие от известного предлагаемый измерительразности температур является болеебыстродействующим и более простым устройством.