Цифровой термометр

 

Изобретение касается температурных измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров , работающих с термопреобразователями , имеющими частотный выход, например пьезокварцевыми термопреобразователями . Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, счетчик 4, коммутирующий злемент 5, схему 6 совпадения , схему 7 управления, генератор 8 опорной частоты, схему И 9,коммутирующий злемент 10, счетчик 11 результата , триггер 12 знака, реверсивную систему 13 индикации. Вновь введены генератор 2 частоты смещения и смеситель 3. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет устранить погрешность, вызванную нелинейностью характеристики термопреобразователя . 3 ил. с А о; с Г {L 5 13 N5 Ю 15,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 К 7 32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3761419/24-10 (22) 28. 06.84 (46) 07.05.86. Вюл. № 17 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) В.Л.Котляров и Клаус Циммерман (ПР) (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 830151, кл. С 01 К 7/32, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 1117463, кл. С 01 К 7/32, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР (57) Изобретение касается температурных измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров, работающих с термопреобразо„„SU„„1229604 A 3 вателями, имеющими частотный выход, например пьезокварцевыми термопреобразователями. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, счетчик 4, коммутирующий элемент 5, схему 6 совпадения, схему 7 управления, генератор 8 опорной частоты, схему И 9,коммутирующий элемент 10, счетчик 11 результата, триггер 12 знака, реверсивную систему 13 индикации. Вновь введены генератор 2 частоты смещения и смеситель 3. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства гозволяет устранить погрешность, вызванную нелинейностью характеристики термопреобразователя. 3 ил.

С.

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано при построении цифровых термеметров, работающих с термопреобразователями, имеющими частотный выход, например пьезокварцевыми термопреобраэователями.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет устранения погрешности, вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема термометра, на фиг. 2 — схема управления, на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие работу цифрового термометра.

Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, генератор 2 частоты смещения, смеситель 3, счетчик 4, коммутирующий элемент 5, схему 6 совпадения, схему 7 управления, генератор 8 опорной частоты, схему И 9, коммутирующий элемент 10, счетчик 11 результата, триггер 12 знака, реверсивную систему 13 индикации.

Схема 7 управления, входы 14-16 которой соответственно соединены с первыми двумя выходами счетчика 4 и выходом схемы 6 совпадения, а выходы 17-20 соединены соответственно с входом установки в "0" счетчика 4, первым входом схемы И,, входом коммутирующего элемента 10 и тактирующим входом реверсивной системы 13 индикации, содержит два инвертора 21 и 22, четыре схемы И 23-26, два триггера 27 и 28, схему И 29.

Цифровой термометр работает следующим образом.

Импульсы с выхода смесителя 3, частота следования которых является разностью частот сигналов с выхода термопреобразователя 1 и генератора 2 частоты смещения, непрерывно поступают на счетный вход счетчика 4,,состояние которого после поступления каждого импульса увеличивается на единицу. Предполагая, что в определенный момент t, триггеры 27 и 28 схемы 7 управления находятся в нулевом состоянии, вход 14 имеет потенциал логической единицы, вход 15— потенциал логического нуля, на выходе схемы И 23 возникает положительный импульс (фиг. 3 ц, момент времени

ti), под воздействием которого через выход 20 схемы 7 управления на такти229604 2 рующий вход реверсивной системы 13 индикации в нее записывается, состоя— ние счетчика 11 результата (фиг.3), момент времени t ) и инверсного выхо1 да триггера 12 знака. После поступления очередного импульса с выхода смесителя 3 на счетный вход счетчика 4

его состояние увеличивается на единицу, в результате чего к моменту

i0 времени t на входе 14 схемы 7 управ— ления имеется потенциал логического нуля, а на входе 16 — потенциал логической единицы, под воздействием которых на выходе схемы И 24 возника15 ет положительный импульс, поступающий через выход 19 схемы 7 управления на вход коммутирующего элемента 10 и на вход установки в единицу триггера 12 знака, устанавливающий

20 счетчик 11 результата в состояние, исключительно определяемое положением коммутирующего элемента 10 (фиг.З,, момент âðåìåêè t ).

Поступлением следующего импульса с выхода смесителя 3 на счетный вход счетчика 4 его состояние вновь увеличивается на единицу, в результате чего входы 14 и 15 схемы 7 управления к моменту времени tä имеют потенциал логической единицы, приводящий к появлению положительного импульса на выходе схемы И 25, устанавливающего триггер 27 в единичное состояние, в результате чего на первом входе схемы И 9 появляется сигнал, разрешающий

35 прохождение импульсов с выхода опорного генератора 8 на вход счетчика 11 результата.

Начиная с момента времени ty., импульсы с выхода генератора 8 опорной

40 частоты через второй вход схемы И 9 поступают на счетный вход счетчика 11 результа.та, состояние которого увеличивается до его переполнения, а возникающий нри этом импульс переноса

45 переключает триггер 12 знака в противоположное состояние, после чего начинается следующий цикл счета (фиг.3, момент времени — t<) . В течение интервала времени t 9 — t схемы И 23 0 25 закрыгы нулевым сигналом с выхода схемы И 29. При достижении счетчиком 4 состояния, определяемого положением коммутирующего элемента 5, на выходе схемы 6 совпадения, подключенЯ ном через вход 16 схемы 7 управления к входу установки в "0" триггера 27, возникает положительный импульс, устанавливающий триггер 27 в нулевое

3 1229 состояние (фиг. 35, момент t4), в результате чего прекращается поступление импульсов с выхода генератора 8 опорной частоты через второй вход схемы И 9 на счетный вход счетчика 11 результата и происходит установка в единичное состояние триггера 28 (фиг. 3 z), По сигналу с прямого выхода триггера 28, поступающему на вход уста- 10 новки в "0" счетчика 4, он переходит в нулевое состояние, после достижения которого на входах 14 и 15 схемы 7 управления устанавливаются потенциалы логического нуля, приводящие 15 к появлению положительного импульса на выходе схемы И 26, устанавливающего триггер 28 в нулевое состояние (фиг. 3, момент времени t4), в результате чего при помощи схемы И 29 20 снимается потенциал логического нуля на третьих входах схем И 23-25. К мо— менту времени t начинается следующий цикл измерения.

Накопленное к моменту времени t< в счетчике 11 результата количество импульсов и состояние триггера 12 знака передаются в реверсивную систему 13 индикации в момент времени t импульсом, возникающим на выходе 20

30 схемы 7 управления (фиг. 3 о). Реверсивная система индикации обеспечивает их запоминание и индикацию до появления следующего результата измерения температуры 9, причем при потен- З5 циале логической единицы на инверсном выходе триггера 12 знака содержимое счетчика 11 результата выводится на индикацию только после его преобразования в обратный код, а в против-40 ном случае — непосредственно, обеспечивая тем самым правильную индикацию в градусах Цельсия как отрицательных, так и положительных температур.

При работе цифрового термометра с термопреобразователями, имеющими линейную термочастотную характеристику Е„(6), возникает методическая погрешность измерения, обусловленная способом определения температуры на основе измерения длительности периода сигнала, частота которого является информативным параметром измеряемой температуры 8, без определения обратной величины полученного результата. Эта методическая погрешность объясняется тем, что функция

604 где К вЂ” состояние счетчика 4, при котором на выходе схемы 6 совпадения возникает положительный импульс, Т вЂ” длительность интервала вре8 мени t4 — t> при измеряемой температуре 9, в системе координат 6, Т расположена ниже прямой

9 < где Т и Т,, — длительности интерва( ла времени t4 — t при температуре 6< и

В соответственно, 8,и 8 — нижний и верхний пределы измерения температуры соответственно, совпадающей с ней в крайних точках диапазона измерения температуры (фиг. 4), причем значение относительной методической погрешности измерения температуры 58 равно:

1+ hf 1 — — 1 (3)

2 — а+ о f< а где о f = (f — f ) /f — относив в„о в тельная девиация частоты на выходе термопреобразователя 1

fg u f — частоты сигнала на

I а2 выходе термопреобразователя при температуре 8, и В соответственно, а = f 0 И 6 — отношение частоты л сигнала термопреобразователя при измеряемой температуре 0 к его частоте при температуре Hg .

Анализ формулы (3) показывает, что относительная методическая погрешность измерения температуры отрицательна и прямо пропорциональна девиации частоты термопреобразователя.

Таким образом, изменением относительной девиации частоты можно влиять на методическую погрешностьизмерения.

Термочастотная характеристика реального термопреобразователя описывается выражением

f(0) = Й + A(8 9 )

+ В(9 — 9,) (4) где f (8) — частота термопреобразователя при температуре 9

А и  — температурные коэффициенты, 8o — температура калибровки.

1229б04

К вЂ” (- — — +

2 f -Е

f8 -f где f — частота на выходе термопре с образователя при температуРЕ 8 (1

f — частота генератора частоты

r смещения. 30

Решение уравнения (5) относительно f приводит к выражению г f9 + Ев -2fá

3 1 р 35

Изложенный принцип линеаризации пригоден и для характеристик термопреобразователей с отрицательным значением коэффициента В. В этом случае частота f» рассчитанная по формуле (б), оказывается больше частоты термопреобразователя, в результате чего на выходе смесителя 3 имеем сигчал, частота которого равна Е„ — f<, причем результирующий температурный коэффициент частоты второго порядка оказывается положительным.

Если характеристику (4) термопреобразователя аппроксимировать прямой, совпадающей с реальной характеристикой в крайних точках диапазона измерения температуры, то реальная характеристика при положительном значении коэффициента В проходит ниже, а при отрицательном его значении — выше этой прямой. Так как период сигнала 10 есть обратная величина его частоты, то отрицательная частотная погрешность (В ) О) приводит к положительной погрешности периода, что противодействует методической погрешности 15 измерения температуры, компенсируя ее частично или полностью.

Условие отсутствия погрешности от нелинейности в середине диапазона измерения температуры выражается 20 уравнением

Кроме того, наличие в предлагаемом цифровом термометре генератора частоты смещения и смесителя в

Е /(Г0 — f ) раэ.по сравнению с известным увеличивает его быстродействие.

Формула изобретения

Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, счетчик, выходы которого через первый коммутирующий элемент подключены к входам схемы совпадения, схему управления, первый и второй входы которой соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика, третий вход соединен с выходом схемы совпадения, а первый и второй выходы соответственно подключены к входу установки в "0 счетчика и первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход подключен к счетному входу счетчика результата, выход переноса которого соединен с входом триггера знака, выходы подключены к входам реверсивной системы индикации соединенной с выходом триг1 гера знака, а установочные входы соединены с выходами второго коммутирующего элемента, вход которого соединен с входом установки триггера знака и е третьим выходом схемы управления, четвертый выход которой соединен с тактирующим входом реверсивной системы индикации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения погрешности, вызванной нелинейностью характеристики термопреобразователя, в него введены генератор частоты смещения и смеситель, входы которого соответственно подключены к выходу термопреобразователя и выходу генератора частоты смещения, а выход подключен к счетному входу счетчика.

1229604

Составитель В.Куликов

Техред Н.Бонкало

Корректор Е.Рошко

Редактор В.Петраш

Заказ 2444/41 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

i1.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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