Цифровой термометр

 

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения нестабильности элементов термометра . Устр-во работает с чувствительным элементом, имеющим как положительную , так и отрицательную температурную зависимость. Обладает шка-. лой, начинающейся с отрицательных температур и плавно переходящей через нуль. Дает информацию о положительных и отрицательных температурах в прямом коде. Имеет возможность производить отсчет температуры как по шкале .Цельсия, так и по шкале Кельвина. 1 ил.

1375957

Изобретение относится к области температурных измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения нестабильности элементом термометра.

На чертеже приведена блок-схема цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термо- 10 чувствительный элемент 1, первый выключатель 2, опорный элемент 3, второй выключатель 4, частотный преобразователь 5, первую шину 6 данных, многопозиционный переключатель 7, вторую шину 8 данных, первый триггер 9, первый ключ 10, второй ключ 11, двоичнодесятичный реверсивный счетчик 12 с установкой начальных данных, блок 13 индикации, элемент ИЛИ 14, второй триггер 15, генератор 16 прямоуголь- < ных импульсов, третий ключ 17, четвертый ключ 18 и двоичный реверсивный счетчик 19 °

В качестве термочувствительного элемента может быть использован термопреобразователь сопротивления или термочувствительный конденсатор, Если в качестве термочувствительного элемента используется термопреобразователь сопротивления, то в качестве .частотного преобразователя должен ,использоваться преобразователь сопротивления в частоту, а в качестве опорного элемента — эталонный резистор. При использовании в качестве термочувствительного элемента термочувствительного конденсатора в качестве частотного преобразователя и опорного элемента должны быть исполь- 40 зованы соответственно преобразователь емкости в частоту и эталонный конденсатор.

Цифровой термометр работает следующим образом.

В первом такте работы триггер 9

45 находится в.единичном состоянии, а триггер 15 — в нулевом состоянии.

Единичное состояние инверсного выхода триггера 15 замыкает выключатепь 4 и подключает к частотному преобразователю 5 опорный элемент 3. При этом выходные импульсы частотного преобразователя 5 через ключ 11, открытый единичным состоянием прямого выхода триггера 9, поступают на вычитающий вход счетчика 12, вычитаясь из записанного в нем числа и,, а импульсы генератора 16 через ключ 17, открытый единичным состоянием инверсного выхода триггера 15, поступают на суммирующий вход счетчика 19, суммируясь в нем с нуля. Счетчик 12, производя вычитание, досчитывает до нуля после чего на его выходе заема (- О) появляется импульс, переводящий триггер

9 в нулевое состояние. При этом ключ

11 размыкается, ключ 10 замыкается и импульсы частотного преобразователя 5 начинают поступать на суммирующий вход счетчика 12. Первый такт работы устройства заканчивается в момент, когда счетчик 12 достигает переполнения, после чего на его выходе переноса П появляется импульс, который устанавливает триггер 15 в единичное состояние и формирует единичный импульс на выходе элемента ИЛИ

14. Этот импульс устанавливает триггер 9 в единичное состояние и, поступая на вход 3 управления загрузкой начальных данных счетчика 12, производит запись в него числа N с входов переустановки, соединенных через переключатель 7 с первой шиной 6 данных.

Во втором такте импульсы генератора 16, поступая через ключ 18 на вычитающий вход счетчика 19, вычитаются из записанного в нем числа N до которого он досчитал в течение первого такта. Единичное состояние прямого выхода триггера 15 замыкает выключатель 2, термочувствительный элемент 1 подключается к частотному преобразователю 5, выходные импульсы которого через замкнутый ключ 1 1 начинают поступать на вычитающий вход счетчика 12, который уже во втором такте отсчитывает результат измерения. Второй такт заканчивается в момент, когда счетчик 19, вычитая, досчитает до нуля. При этом на его выходе заема (О) появляется импульс, который поступает на вход управления считыванием результата блока 13 индикации, в который переписывается результат измерения с выходов разрядов счетчика 12. Если во втором такте счетчик 12, вычитая, не успевает досчитать до нуля, то в знаковый разряд

Зн блока 13 индикации переписывается нулевое состояние инверсного выхода триггера 9, дающее информацию об отрицательном значении измеряемой температуры. Если счетчик 12 успевает досчитать до нуля, то управление с

1375957

50 (1) 3

его выхода заема (О) переключает триггер 9, счетчик 12 начинает суммировать, а в знаковый разряд Зн блока

13 индикации в конце второго такта уже поступает единица с инверсного выхода триггера 9, информирующая о положительном значении измеряемой температуры. Импульс с выхода заема (.< О) счетчика 19 одновременно с выдачей результате измерения переводит триггер 15 в нулевое состояние, а через элемент ИЛИ 14 переводит триггер 9 в единичное состояние, и, поступая на вход 3 управления загрузкой начальных данных, производит загрузку в счетчик 12 числа и, тем самым производя запуск первого такта нового цикла измерения.

При подключении термочувствительного элемента к частотному преобразователю íà его выходе формируется частота f „=K „ П,, где K„ — коэффициент преобразования частотного преобразователя; П вЂ” параметр термочувствительного элемента, отсчитываемый в омах для случая использования термопреобразователя сопротивления, в фарадах — для использования термочувствительного конденсатора и т.д. При подключении к частотному преобразователю опррного элемента формируется частота f, =К„ П, где П, — параметр опорного элемента, характер которого соответствует характеру параметра термочувствительного элемента.

Так как длительность первого такта задается поступлением в счетчик 12 максимального числа импульсов N, то она равна " =И /f,. 3a это время в м о

40 счетчик 19 поступает N„= ",fT импульсов, где Š— частота импульсов генератора 16 прямоугольных импульсов.

Во втором такте счетчик 19, производя вычитание импульсов генератора 16 из

45 числа N,, досчитывает до нуля за время о =И /f =(7 f )/f— -= = =N /f за время ". во втором такте в счетчик

12 поступает N T= "., f,èìïóëüñîâ, откуда можно записать т1м 1м Пт

N= — f = — — — К II=N Г К,П тт т мП

Число импульсов, поступающее в счетчик 12.во втором такте и определяющее результат измерения, не зави55 сит от f, и К, определяясь только параметрами термочувствительного и опорного элементов.

Рассмотрим случай, когда термочув1 ствительный элемент имеет положительную температурную зависимость, т.е. его параметр при верхнем пределе диапазона измерений П, имеет большее значение, чем при нижнем П,„. Тогда, если произвести выбор П,=П,, то в то о счетчик 12 при верхнем пределе диапазона измерений во втором такте поступит N N импульсов. Соответственно в нижнем пределе диапазона измерений в счетчик 12 согласно (1) поступит

И„=И П,/П,,импульсов. Изменение числа импульсов от N до N,„ должно соответствовать числу единиц младшеro разряда в диапазоне измерений температуры, т.е.

N,-и„=(т,-т„) к, (2) где Т и ҄— значения температуры соответственно в верхнем и нижнем пределах диапазона измерений, а К=

=1,10,100... соответственно при измерении температуры с точностью до 1, 0,1, 0,01 С, Откуда получаем условие к(т;т „) =и„(1 — — -"), (3) о которое удовлетворяется выбором N .

Число предустановки и„ определяется из выражения

n =N --- — К Т

Птн мП н (4) о

Тогда если измеряется температура в нижнем пределе диапазона измерений, то в счетчик 12 поступает И „ импульсов, которые вычитаются из п импульсов, и в счетчике записывается отрицательное число

n -N =N †" — Кт -N †-=-Т .К (5)

Пт ПTH

П н и П о о что представляет собой результат измерения температуры в нижнем пределе диапазона измерений с точностью К.

Информацию об отрицательном значении полученного результата дает нахо кцение счетчика 12 в режиме вычитания к концу второго такта, что определяется нулевым состоянием инверсного выхода триггера 9, поступающим в знаковый разряд блока 13 индикации.

Если измеряется температура в верхнем пределе диапазона измерений, то в счетчик 12 во втором такте поступает N импульсов,,из которых п импульсов приводят счетчик 12 в нулевое состояние, а остальные N --и суммируются в нем и в конце второго такта в блок 13 индикации выдается число

13.75957 пa N N П КТ 1м(1 )+КТ

Птн Пт что пРедставляет собой результат из5 мер ения т емп ер а туры в в ерхнем пр ед ел е диапазона измерений с точностью К.

Нахождение счетчика 12 в режиме сум" мирования к концу второго такта дает информацию о положительном значении 1р полученного результата, что передается в знаковый разряд Зн блока 13 индикации в виде единичного состояния нулевого выхода триггера 9.

Если измеряется некоторая промежу-15 точная температура Т„ из диапазона

Т„-Т, то в счетчик 12 поступает N < импульсов, для которых выполняется условие N „ ñ N „ N „ т.е. режим работы устройства при измерении Т„ определя-2О ется выражением (5) при N Ä c n и выражением (6) при N q > и

При необходимости произвести измерение по шкале Кельвина производится переключение переключателя 7 и к его выходам подключается вторая шина данных, на которой записано число

n =n -aT К, где аТ вЂ” смещение шкал

Цельсия и Кельвина. При этом, например, для случая (6) в счетчике записывается число

Ns è,=(N,-п,)+ Т К=(Т,+аТ ) К, что представляет собой результат измерения температуры в верхнем пределе35 диапазона измерений с точностью К по шкале Кельвина.

Для случая отрицательной температурной зависимости термочувствительного элемента приведенные соотношения рассматриваются при взаимной замене

T „ T Б, а в знаковом разряде Зн блока 13 индикации единица соответствует отрицательным значениям измеряемой температуры.

Таким образом, предлагаемое устройство может работать с чувствитель.— ным элементом, имеющим как положительную, так и отрицательную температурную зависимости, обладает шкалой, начинающейся с отрицательных температур и плавно переходящей через нуль, и дает информацию о положительных и отрицательных температурах в прямом коде. Кроме этого, предлагае- 55 мое устройство имеет возможность производить отсчет температуры как по шкале Цельсия, так и по шкале Кельвина, Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий термочувствительный элемент, частотный преобразователь, двоично-десятичный реверсивный счетчик с установкой начальных данных, выходы которого соединены с блоком индикации, знаковый разряд которого подключен к инверсному выходу первого триггера, вход управления загрузкой начальных данных и выход заема соединены соответственно с единичным и нулевым входами первого триггера, а входы прямого и обратного счета подключены соответственно к выходам первого и второго ключей, первые входы которых соединены соответственно с инверсным и прямым выходами первого триггера, а вторые входы соединены между собой, генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу третьего ключа, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения влияния нестабильности элементов термометра, в него введены первый и второй выключатели, опорный элемент, второй триггер, четвертый ключ, двоичный реверсивный счетчик и элемент

ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом первого триггера, второй вход соединен с единичным входом второго триггера и с выходом переноса двоично-десятичного счетчика, а первый вход соединен с нулевым входом второго триггера, с входом управления считыванием результатов блока индикации и выходом заема двоичного реверсивного счетчика, входы обратного и прямого счета которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого ключей, управляющие входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами второго триггера, соединенными соответственно с управляющими входами первого и второго выключателей, входы которых соединены соответственно с. выходами термочувствительного и опорного элементов, и выходы подключены к входам частотного преобразователя, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, при этом вход четвертого ключа подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов.

1375957

Составитель В.Куликов

Техред М.Ходаиич

Корректор В. Гирняк

Редактор В. Бугренкова

Заказ 769/41 Тирах 607

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35., Раушская иаб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4