SU1158873A1 - Цифровой термометр - Google Patents

Abstract

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 управлени , первый выход которого соединен с управл к дам входом ключа, а второй выход подклкг чен к установочному входу счетчика результата, выхбд которого соединен с входом индикаторного регистра и первым входом цервой схемы большеменьше , вторые входы которой подклю чены к источнику посто нных логических уровней, группу схем И, выходы которых соединены с входами перрой схемы ИЛИ, вторую схему ИЛИ, три ,схемы И, вторую схему больше-меньше , первые входы которой соединены с источниками посто нных опорных уровней, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  процесса калибровки термометра, в него введены дополнительно две схемы ИЛИ, дополнитель ный счетчик, одновйбратор, 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 РШИ, выход которой подключен к пер- вому входу схемы И-НЕ и через первый инвертор соединен с первым входом первой схемь И, второй вход которой соединен :с вторым входом схемы И-НЕ и выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом первой схемы Н)Ш и первым входом третьей ИЛИ, второй вход которой соединен с управл ющим входом индикаторного регистра и вторым выходом блока управлени , а выход подключен к устаноО1 вочному входу дополнительного счет00 чика, выходы которого соединены с 00 входами групп схем И, а счетный вход подключен к выходу второй схемы И, со 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 выходом 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 вшодом триггера и выходом четвертой схемы ИЛИ,

Description

а выход подключен к счетному входу счетчика результата, установочные входы которого соединены с источниками посто нных логических уровней,

второй вход второй схемы больше-меньше соединен с промежуточным выходом делител  частоты, а выход подключен к второму входу блока управлени .

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  температуры, в частности созданию цифровых термометров с пьезокварцевыми термопреобразовател ми температуры с частотным выходным сигналом.

Известен цифров,ой термометр, содержащий датчик температуры с частотным выходом, ключ, счетчик резултата , индикаторный регистр результата , генератор опорной частоты, делитель опорной частоты, схему И и устройство управлени 

Однако в данном термометре не учитываетс  нелинейность характерйстик т.ермопреобраэователей, что приводит к погрешности в показани х термометра, особенно при измерени х Э широком диапазоне температур.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  цифровой термометр , содержащий термопреобразовател с частотным выходом, подключенный, к первому входу тактирующего блока, выход которого сое цинен с входом ключа, а второй вход соединён с выходом генератора опорной частоты и через делитель частоты подключен к первому входу блока управлени , первый выход которого соединен с управ1

л кицим 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 посто нных 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 посто нных опорных уровней, а также блок пам ти и распределитель импульсов 2.

Известный термометр позвол ет устранить вли ние нелинейности характеристик термопреобразователей на результат измерени  температуры, погрешность из-за нелинейности в нем отсутствует, однако его схема слишком сложна, а процесс калибровки сложен,и требует длительного времени. Объ сн етс  это тем, что термометр снабжен органами настройки и запоминающими устройствами в объеме , необходимом дл  запоминани  полных кусочно-линейно аппроксимированных характеристик термопреобразователей , что позвол ет настроить термометр путем в него параметров всех участков кусочно-линейно аппроксимированной характеристики термопреобразовател  в виде таблиц подключени  схем И и чисел, записываемых в запоминающее устройство дл  изменени  числа в счетчикерезультата , по одному на участок аппроксимации . Все это усложн ет процесс калибровки температуры при замене термопреобразователей .

Цель -изобретени  - упрощение процесса калибровки термометра..

Поставленна  цель достигаетс  тем что в цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу тактирующего блока, выход которог соединен с входом ключа, а второй в.ход соединен с выходом генератора опорной частоты и через делитель частоты под,ключен к первому входу блока управлени , первый выход которого соединен с управл к цим 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 посто нных логических уровней , группу схем И, выходы которых: 3 соединены с входами первой схемы ИЛИ, вторую схему ИЛИ, три схемы И, вторую схему больше-меньше, первые входы которой соединены с источниками посто нных опорных уровней, в него введены две схемы ИЛИ, дополнителбньй счетчик, одновибратор, элемент И-НЕ, триггер, два инвертора и дешифратор, входы которого соедине Hbj с выходами счетчика результата, а выходы подключены к входам группы схем И и входам второй схемы ИЛИ, , выход которой подключен к первому входу схемы И-НЕ и через первый инфертор соединен с первым входом первой схемы И, второй вход которой соединен с вторым входом схемы И-НЕ и выходом одиовибратора, вход которого соединен с выходом первой схемы ИЛИ и первым входом третьей схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с управл ющим входом индикаторного ре гистра и вторым выходом блока управлени , а выход подключен к установоч ному входу дополнительного счетчика выходы которого соединен1 1 с входами группы схем И, а счетный вход подключен к выходу второй схемы И, первый вход которой соединен с выходом первой схемы больше-меньше и тре чрь м входом схемы И-НЁ, а второй вход соединен с выходом ключа и первым входвм четвертой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом первой схемы И, а выход соединен через Второй инвертор с первьм входом триггера, второй вход которого соединен с выходом схемы И-НЕ, при этом входы третьей схемы И соединены соответственно с выходом триггера и выходом четв;ертой схемы ИЛИ, а выход подключен к счетному входу счетчика результата, установочные входы которого соединены с источниками посто нных логических уровней, второй вхОд второй схемы большеменьше соединен с промежуточным выходом делител  частоты, а выход подключен к второму входу блока управлени . На фиг. 1 представлена схема цифрового термометра; на фиг. 2 схема тактирующего блока. 1 фровой термометр содержит термо преобразОватель 1 с частотньгм выходом , тактирующий блок 2, ключ 3, генератор 4 опорной частоты, делитель 5 частотыу блок 6 управлени . 734 счетчик 7 результата, на установочные входы которого подано число N в виде посто нных логических уровней, индикаторный регистр 8, первую схему больше-меньше 9, напервые входы которой подано число N в биде посто нных логических уровней, вторую схему больше-меньше 10, на вторые входы которой в виде посто нных логических уровней подано число N,, дешифратор 11, п выходов которого (где п - количество узлов аппроксимаЦии кривой ошибок от нелинейного пьезокварцевых термопреобразоватепей, на которых поправка к результату измерени  положительна) подключены к первым входам всех схем И I 2 груп-, пы, а m выходов (где га - количество участков аппроксимации, на которых поправка к результату измерени  отрицательна ) - к входам первой схемы ИЛИ 13, дополнительный счетчик 14, вторую схему ИЛИ 15, .одновибратор 16, первую схему И 17, третью ИЛИ 18, элемент И-НЕ 19, четвертую .схему ИЛИ 20, триггер 21, первый инвертор 22, вторую схему И 23, .третью схему И 24 и второй инвертор 25. В качестве индикаторного регистра. 8 примен етс  регистр с реверсивной системой индикации. Блок управлени  содержит триггер 26, входы которого  вл ютс  первым и вторым входами блока управлени , и одновибратор 27, подключенный к выходу триггера. При этом выходы триггера и одновибратора  вл ютс  одновременно первым и вторым выходами блока управлени . Тактирующий блок 2 предназначен дл  прив зки импульсов, поступаю щих от термопреобразовател  1 в лю бой момент времени, к импульсам опоркого генератора, чтонеобходимо дл  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 ГРтриггерах 28 и 29 и элементе И 30, выход которого  вл етс  выходом тактирующего бло.ка, а входы подключены к пр мому выходу триггера 28 и инверсному выходу триг гера 29. Тактовые входы обоих триг .геров подключены к выходу опо.рного генератора, D-вход триггера 28 под 5 Г ключей к выходу термопреобразовател а триггера 29 - к вьгходу триггера 28. Схемы больше-меньше 9 и 10 представл ют собой устройства дл  вычитани  двух чисел с выходом толь ко знака результата и могут быть реализованы на основе стандартных микросхем. Работа цифрового термометра основана на том, что в нем вначале производитс  преобразование частоты в код, завис щий только от температуры и не завис щий от разброса характеристик термопреобразовател  по номинальной частоте и крутизне, а затем производитс  линеаризаци  полученного таким образом числа путем введени  поправки. При этом используетс  тот факт, что после преобразовани  частоты термопреобразовател  в код с учетом номинальной частоты термопреобразовател  и крутизны , характер нелинейности дл  всех пьезокварцевых термопреобразователей становитс  одинаковым, т.е. после, совмещени  начальной и конечн точек характеристики путем сдвига всех ее точек перпендикул рно оси абсцисс и умножени  каждой ординаты на коэффициент, определенный индиви дуально дл  каждого термопреобразовател , характеристики в остальных точках будут . Поэтому в предлагаемом термометр в отличие от прототипа вначале осуществл етс  совмещение двух точек характеристики, а затем - линеариза ци  по общей программе. Очень важным  вл етс  то, что в предлагаемом термометре процесс совмещени  двух точек характеристики термопреобразовател  заканчивает с  до Toroj, как заканчиваетс  проце счета, .что позвол ет начать и закон чить линеаризацию в процессе подсчета импульсов от термопреобразова тел г не увеличива  времени измерени . Иначе говор , особенностью предлагаемого термометра  вл етс  отсутствие преобразовани  уже полученного кода, в котором устранены разбросы характеристик термопреобра зователей, но остаетс  погрешность от нелинейности, в ДРУГОЙ код, в котором отсутствует погрешность от нелинейности. Процесс получени  результата в предлагаемом термометре осуществл етс  следующим образом. В результате очередного переполнени  делител  5 триггер 26 блока 6 управлени  устанавливаетс  в О, закрывает ключ 3 и запускает, одновибратор 27, импудьс с выхода которого (второй выход блока управлени ) переносит результат из счет.чика 7 в индикаторный регистр 8. При этом в счётчик 7 заноситс  число N, а счетчик 14 через схему ИЛИ 18 устанавливаетс  в О. Делитель 5 частоты при этом устанавливаетс  в О и на выходе схемы 10 также устанавливаетс  О, так как число в делителе (все нули) меньше числа Nj. Когда в делителе 5 опорной частоты в результате непрерывного подсчета импульсов генератора 4 опорной частоты по витс  число N, схема большеменьше 10 подает импульс в блок 6 управлени , триггер 26 блока управлени  устанавливаетс  в 1, ключ 3 открьшаетс . Импульсы от датчика 1 температуры через тактирующий блок 2, ключ 3, схему ИЛИ 20 и схему И 24 начинают поступать на вход счетчика 7 результата. В тактирующем блоке после поступлени  1 на D-вход триггера 28 от термопреобразовател  ближайший фронт импульса опорного генератора установит триггер 28 в 1. При этом на выходе элемента И 30 по витс  1. Следующий импульс опорного генератора установит в 1 триггер 29 и на выходе элемента И 30 по витс  О. По окончании входного импульса триггеры 28 и 29 по очереди установ тс  в О импульсами опорного генератора. Так как в О вначале yctaнoвитc  триггер 28, . импульс с выхода элемента И 30 не по витс . Таким образом, в ответ на один импульс термопреобразрвател , имеющий произвольную длительность и поступающий в произвольный момент времени, тактируютщий блок вьщает один узкий положительный импульс, длительность которого равна периоду сигнала опорного .генератора, а начало и конец совпадают с одним из фронтов этого сигнала . Счетчик результата подсчитьгаает поступающие на его вход импульсы. Импульсы с выхода тактирующего блока будут поступать в счетчик 7 результата до тех пор, пока число в счетчике 7 не станет равным числу N. После этого входные импульсы с выхода ключа 3 начнут через схему И 23 поступать на вход счетчика 14. Йчетчик 14, схемы И 12, схема ИЛИ 18 и одновибратор 16 представл ют сот бой управл емый делитель частоты, который управл етс  выходами депшф ратора 11. Набор коэффициентов делени  управл емого делител  определ ет с  по обобщенной характеристике нелинейности пьезокварцевых термопреобразователей , построенной в виде зависимости числа, соответствующего температуре, от числа зафиксированного в Счетчике 7,, без учета попра . вок, которые должен вырабатьшать управл емый делитель (т.е. в виде кривой ошибок от нелинейности). При зтом учитываетс , что N и N подбираютс  дл  каждого термопреобразовател  индивидуально в зависимости от нулевой (номинальной) частоты и средней крутизны термопреобразовател  между тачками калибровки. Когда число в счетчике 14 станет равньм числу, при котором иа выходе выбранной деши4 атором t схемы И 12 по в тс  1, включитс  одновибратор 16 и ехему ИЛИ 18 установит счетчик 14 в О, если при этом на выходе схемы ИЛИ 15 О, через схемы 17, 20 и 24 добавит 1 в счетчи 7результата. Если же на выходе схе мы ИЛИ 15 присутствует 1, этр означает, что к соде:р ашому счетчик нужно не прибавл ть а вычитать 8этом случае импульс с выхода одно вибратора 16 через схему И-НЕ 19 устанавливает триггер 21 в О и на вход счетчика 7 результатане прохо дит. Следующий импульс ёввкодаКлю ча 3 не проходит на вход счетчика 7 задним фронтом этого же импульса триггер 2 устанавливаетс  в 1, разрешав тем самым прохождение следующих счетных импульсов с выхода ключа 3 через схему И 24 на вход счетчика 7 результата. Число Nj задает врем  счета из услови , чтобы разность показаний термометра при из fepeнии температур в двух точках температурного диапазона соответствовала разности температур в этих двух точках. Число задает значение температуры в оДной из точек диапазона. 38 Число N выбираетс  за пределами температурного диапазона (например 180°С). Когда в счетчике результата окажетс  число N, происходит коррекци  результата измерени . Это число посто нно дл  всех термопреобразователей и несколько «Ь-п1 «х з больше самого большого всех NT, которые могут понадобитьс  дл  данного семейства термопреобразователей , но в то же врем  меньще ,, которое окажетс  в счетчике результата при измерении минимальной температуры Ni,N Np,. Поскольку N посто нно, а после измерени  в счетчике результата окажетс  число, которое зависит от температуры и не зайисит от нулевой частоты термопреобразовател  и средней крутизны его термочастотных характеристик, так как эта зависимость устранена соответствующим выбором дл  i-rp - ермопреобразорател  чисел N.H Nj5, то число импульсов, поступившее на счетчик с выхода ключа 3 за врем  от момента по влени  в счетчике числа N и до счетного интервала , тоже зависит только от температуры и не зависит от нулевой частоты термопреобразовател  и средней крутизны его термочастотной характеристики . . Таким образом,, к моменту окончани  счетного интервала, т. е. в момент переполнени  делител  5, в счетчике 7 устанавливаетс  результат. измерени , который, во-первых, не зависит от разброса характеристик термопреобразовател , так как этот разброс устранен соответствующим выбором числа N, предустановки счетчика 7 и числа Ngj- выбора ;времени измерени  в зависимости от средней крутизны термочастотной характеристики 1то термопреобразовател , и, во-вторых, линейно св зан с измер емой температурой, так как погрешность от нелинейности устран етс  в процессе счета путем добавлени  в счетчик импульсов от управл емого делител  частоты или запрета добавлени  в счетчик импульсов сигналами этого делител  по заранее :установленному закону. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позвол ет по новому организовать обработку сигнала с

9 1158873

тврмопреобраэовател  и исключить трудоемкий процесс определени  и ввода индивидуальных термочастотных характеристик термопреобразовател , что упрощает его эксплуатацию и позвол ет производить калибровку с

меньшими аппаратурными и трудовыми затратами. Кроме того, предлагаемый термометр дешевле, так как содержит меньшее количество корпусов микросхем при одной и той же точности измерени .

Г

11

uz.Z,

Claims (1)

1. 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 подклкг чен к установочному входу счетчика результата, выход которого соединен с входом индикаторного регистра и первым входом первой схемы большеменьше, вторые входы которой подклкгчены 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-мень ше, первые входы которой соединены с источниками постоянных опорных уровней, отличающийся 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 резуль тата, 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 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

   СИ

   00 м 00 вход соединен с выходом ключа и первым входом четвертой схемы ИЛИ, второй вход которой соединен с выходом 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 выходом триггера и выходом четвертой схемы ИЛИ, а выход подключен к счетному входу счетчика результата, установочные входы которого соединены с источниками постоянных логических уровней, второй вход второй схемы больше-меньше соединен с промежуточным выходом делителя частоты, а выход подклю чен к второму входу блока управления