Цифровой термометр
1. ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к счетному входу счетчика результата, и генератор опорной частоты, подключенный через формирователь временного интервала к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом счетчика результата, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повьшения точности измерения путем учета нелинейности характеристики термоЛ1 еобразователя , в него введены дополнительный счетчик, блок памяти и блок сдвига часто-й, первый вход которого соединен с выходом термопреобразователя , а управляющий вход соединен с вторым выходом блока управления , соединенным через блок памяти с первым -входом дополнительного счетчика, второй вход которого .соединен с вторым входом блока управления и выходом блока сдвига частоты , третий вход соединен с третьим выходом блока управления, а выход подключен к третьему входу блока управления , четвертый выход которого подключен к управлянщему входу формирователя временного интервала. 2, Термометр по п. 1, отли (Л ч ающийся тем, что блок сдвига частоты выполнен в виде последовательно соединенных коммутатора, многочастотного генератора и смесителя , выход которого соединен с вы:- ходом блока сдвига частоты, а вход коммутатора и второй вход смесителя, подключены соответственно к управля00 ющему и первому входам блока сдви га частоты. 00 со ;о
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК ае (11) 4(51) С 01 К 7 32
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н aBTOPCNOMY СВИДЕТЕ7ВСТВУ (21) 3494210/18-10 (22) 17.08.82 (46) 30.01.85. Бюл. ¹ 4 (72) С.Л.Кабиков и В.Е.Шубин (53) 536.53(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
¹ 700788, кл. G 01 К 7/00, 1978.
2. Голембо В.А., Котляров В.Л., Швецкий Б.И. Пьезокварцевые аналогоцифровые преобразователи температуры. Львов, "Вища школа", 1977, с. 147, рис. 7.1 (прототип). (54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР, содержащий термопреобразователь с час. тотным выходом, подключенный к счетному входу счетчика результата, и генератор опорной частоты, подключенный через формирователь временного интервала к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом счетчика результата, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета нелинейности характеристики термопгеобразователя, B него введены дополнительный счетчик, блок памяти и блок сдвига частоты, первый вход которого соединен с выходом термопреобразователя, а управляющий вход соединен с вторым выходом блока управления, соединенным через блок памяти с первым входом дополнитель,ного счетчика, второй вход которого ,соединен с вторым входом блока уп-, равления и выходом блока сдвига частоты, третий вход соединен с третьим выходом блока управления, а выход подключен к третьему входу блока управления, четвертый выход которого подключен к управляющему входу формирователя временного интервала.
2. Термометр по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок сдвига частоты выполнен в виде последовательно соединенных коммутатора, многочастотного генератора и смеси- р теля, выход которого соединен с вы-.ходом блока сдвига частоты, а вход коммутатора и второй вход смесителя.
I подключены соответственно к управляющему и первому входам блока сдвига частоты.
1 11373 Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к цифровым термометрам, содержащим термопреобразователь с частотным выходом, например термочувствительный кварцевый резонатор.
Известен цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, выход которого подключен через последовательно соединенные ключ и тактирующий блок к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом блока индикации, второй вход через схему преобразования кодов подключен к перво. му выходу делителя частоты, второй выход которого подключен к входу блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющим входом ключа, входом сброса делителя частоты и третьим входом сумматора, а также через генератор опорной частоты с тактовым входом делителя через генератор опорной частоты с тактовым входом делителя частоты, со->5 ответствующие входы которого через последовательно соединенные электронный коммутатор, блок-диспетчер и блок распознавания калибровочных интервалов температуры подключены к выходу блока индикации (1 ).
Известный термометр характеризуется сравнительно высокой сложностью и, вследствие этого недостаточной надежностью.
Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности цифровой термометр, содержащий термопреобра-, зователь с частотным выходом подключенный к счетному входу счетчика результата с индикатором через клю40 чи, которые могут и отсутствовать при использовании управляемого счетчика, генератор опорной частоты, подключенный через формирователь временного интервала (счетчик базы вре45 мени) к первому входу блока управt ления, первый выход которого соединен с управляющим входом счетчика результата 21.
Данный цифровой териометр имеет невысокую точность измерения, ограниченную нелинейностью термочастотной характеристики термопреобразователя.
Цель изобретения — повьппение точ- 55 ности измерения путем учета нелиней.ности характеристики термопреобразователя.
39, 2
Поставленная цепль достигается тем, что в цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к счетному входу счетчика результата, и генератор опорной частоты, подключенный через формирователь временного интервала к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с управпяющим входом счетчика. результата, введены дополнительный счетчик, блок памяти и блок сдвига частоты, первый вход которого соединен с выходом термопреобразователя, а управляющий вход соединен с вторым выходом блока управления, соединенным через блок памяти с первым входом дополнительного счетчика, второй вход которого соединен с вторым входом блока уп-. равления и выходом блока сдвига час-. тоты, третий вход соединен с третьим выходом блока управления, а выход подключен к третьему входу блока управления, четвертый выход которого подключен к управляющему входу форми» рователя временного интервала.
Блок сдвига частоты выполнен в виде последовательно соединенных коммутатора, многочастотного генератора и смесителя, выход которого соединен с выходом блока сдвига частоты, а вход коммутатора и второй вход смесителя подключены соответственно к управляющему и первому входам блока сдвига частоты.
На чертеже представлена структур ная схема цифрового термометра.
Предлагаемый цифровой термометр содержит термопреобразователь 1. с частотным выходом, генератор 2 опорной частоты, счетчик 3 результата, дополнительный счетчик 4, формирователь 5 временного интервала, блок 6 управления, блок 7 памяти и блок 8 сдвига частоты, содержащий, в свою очередь, коммутатор 9, многочастотный генератор 10 и смеситель 11.
Цифровой термометр работает следующим образом.
Термочастотная характеристика термопреобразователя может быть представлена в виде где f — частота на выходе термопреобразователя;
3 11373
Š— начальная частота термопреобраз ователя;
5 - крутизна преобразования, C — измеряемая температурами
V(k) - функция, описывающая нелиней- 5 ность термопреобраэователя.
В предлагаемом термометре учет разброса и изменений характеристики термопреобразователя по начальной частоте о и крутизне преобразо-, 1О вания, а также линеаризация его характеристики основаны на нелинейном преобразовании выходной частоты термопреобразователя в код по зависимости следующего вида: 15
М К (2)
H=N+T f =N+f Т.Е, о эв о е о -, Е-Е)
pg ) 20 где И вЂ”. выходной код термометра;
N0 — начальное смещение; кода;
Т вЂ” длительность измерительногеинтервала времени, в течение которого производится пересчет импульсов с выхода термопреобразователя;
Т вЂ” постоянный интервал времени;
М вЂ” количество слагаемых эталонного интервала времени, длительность которых зависит ЗО
Е 1
Й; — коэффициенты пропорциональности (целые числа); — постоянные частоты.
Изменение начальной частоты тер- 35 мопреобразователя может быть скомпенсировано подбором соответствующей величины No, а разброс крутизны преобразования — подбором величины Tz . Что же касается нелинейнос- 40 ти термопреобразователя: то она может быть скомпенсирована в нужной степени путем подбора величин N. u f..
1 1
Цикл измерения протекает следую- 45 щим образом.
В начале каждого цикла измерения счетчик 3 результата и формирователь
5 временного интервала, в качестве которого, как и в прототипе, может 50 быть использован обычный счетчик, устанавливаются по командным импульсам с блока 6 управления в начальное состояние с записанным кодом N и Т f соответственно. На 55
© О втором выходе блока 6 устанавливается код, двоичный или унитарный, соответствующий первому слагаемому
39 4 суммы в выражении (2) . При этом коммутатор 9 подключает к частотоэадающему выводу многочастотного генератора !О частотозадающую цепь с соответствующими генерации на частоте параметрами, а на выходе блока 7 памяти появляется код, равный М, который по импульсу,с третьего выхода блока 6 записывается в дополнительный счетчик 4. На выходе смесителя
11 в это время устанавливается разностная частота {f — f ) no nepУ ному импульсу которой блок 6 управления снимает блокировку счета со счетчика 4 и формирователя 5, которые осуществляют пересчет импульсов раэностной и опорной частот соответственно. По поступлении с выхода смесителя 11 на тактовый (второй) вход дополнительного счетчика 4 И импуль1 сов разностной частоты этот счетчик достигнет нулевого состояния и вы- даст со своего выхода на третий вход блока 6 осведомительный сигнал, по которому блок 6 произведет следую-, щие операции:
-запретит пересчет импульсов опорной частоты формирователем 5, -подаст на свой второй выход код, соответствующий следующеиу слагае-мому суммы в (1).; — выдаст со своего третьего выхода на третий вход дополнительного счетчика 4 сигнал, стробирующий в него .запись с выхода блока 7 кода," равного К, — по появлении на выходе смесите-. ля 11 первого импульса установившейся разностной частоты {% — В ) вновь деблокирует дополнительный счетчик
4 и формирователь 5.
Все описанные действия будут повторены до исчерпания всех слагаемых в формуле (1), т,е. M раз.
Поскольку длительность 1-го подинтервала времени, в течение которо1 го разрешена работа формирователя временного интервала, равна
А ) (3) (f,-У,.) то к моменту окбнчания М-го подынтервала в формирователе 5 будет накоплен код 9
К.
К; могут быть как положительными, так и отрицательными целыми числаии
f и в случае наличия в сумме формулы
113733
3 (2) слагаемых с обоими знаками формирователь 5 временного интерваладолжен быть выполнен в вице реверсивного счетчика, причем при отработке положительных членов суммы он (под 5 соответствующим управлением блока 6) будет выступать,в роли суммирующего счетчика, а для отрицательных членов суммы — вычитающего счетчика.
После накопления в формирователе
5 кода согласно (4) блок 6 запускает одновременно осйовной счетчик 3 и формирователь 5, причем последний в этом интервале времени работает как вычитающий счетчик. По достижении формирователем 5 нулевого состояния блок 6 запрещает дальнейшую работу счетчика 3 и вьщает сигнал о готовности к выдаче результата измерения на индикатор или какой-либо другой 2О внешний приемник информации. Затем либо в режиме внешнего запуска, либо автоматически начинается новый цикл измерения.
Код, накопленный в счетчике 3 к моменту достижения формирователем 5 нулевого значения, равен (5) йф
Й=й +f 1
30 что при учете (4) приводит к окончательной формуле для N (f ), полностью совпадающей с (2) .
Величины Йв, Тоi, N; и „, определяют для конкретного экземпляра тер- З мочувствительного кварцевого резонатора до работы с ним. Порядок определения этих величин таков: снимается (или берется из паспортных данных) термочастотная характеристика термочувствительного кварцевого резонатора Ев 1(), и по ее виду строится в заданном масштабе преобразования требуемая кривая преобразования часто1 ты в кол N = f (f ). на кривой
Ь
=1(1 ) выбирается точка приблизительно в середине линейного участка и по положению этой точки определяется требуемое Мо, а по крутизне кривой в этой точке — требуемое Т f, во» выполняется преобразование кривой по формуле т (s,1=(й(г,)- й, ) (8, — т,; составляется функция нескольких переменных
М
М.
E(g,М,, Х,}= (Е }- и для фиксированного М пишутся такие Й; и f;, которые обеспечивают минимум максимального значения во всем диапазоне f . На этом этапе, для упрощения решенйя, целесообразно рассматривать участки кривой Я )
«в по обе стороны от точки, выбранной на втором этапе, отдельно.
Выполнение описанного алгоритма ,необходимо проводить на ЭВМ. Цифровой термометр позволяет повысить точность измерения температуры., Составитель В. Куликов
Редактор Л.Пчелинская Техред Л. Коцюбняк Корректор О.Тигор
«
Заказ 10512/30 Тираж 898 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
* °
Филиал ППП"Патент", r . .Ужгород, ул. Проектная, 4
