Устройство для измерения температуры

 

Изобретение касается температурных измерений и может быть использовано для измерения температуры с помощью термопреобразователей с частотным выходным сигналом и с нелинейной характеристикой. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его надежности. Сигнал с выхода термопреобразователя 1 поступает через первый ключ 2, управляемый триггером 14, в счетчик результата 3. Счетчик опорной частоты 9 считает импульсы с опорного генератора 8, формируя измерительный интервал. В момент переполнения счетчика 9 срабатывает одновибратор 21, устанавливая все счетчики в исходное состояние. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 5, 10, 19 по сигналам с выходов счетчика 3 результата, счетчика 9 опорной частоты и третьего счетчика 18 выдают единичные сигналы на счетные входы первого 6, второго 7 и четвертого 20 счетчиков. Блоки сравнения 7, 12 сравнивают выходные сигналы счетчиков 6, 12, 20 и управляют работой первого 14 и второго 15 триггеров. 2 ил.

COlO3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) (ц 4 G Oi K 7/32

"аь ан5В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4241820/24-10 (22) 08. 05. 87 (46) 23,09.89. Бюл. Ф 35 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт (72) В.Г. Брандорф, В.Л. Котляров и А.И. Холоша (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 892233; кл. G 01 К 7/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 830151, кл. G 01 К 7/32, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДДЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение касается температурных измерений и может быть использовано для измерения температуры с помощью термопреобразователей с частотным выходным сигналом и с нелинейной характеристикой. Целью изоб2 ретения является упрощение устройства и повьппение его надежности. Сигнал с выхода термопреобразователя поступает через первый ключ 2, управляемый триггером 14, в счетчик 3 результата. Счетчик 9 опорной час тоты считает импульсы с опорного генератора 8, формируя измерительный интервал. В момент переполнения счетчика 9 срабатывает одновибратор

21, устанавливая все счетчики в исходное состояние. Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 5,10 и 19 . по сигналам с выходов счетчика 3 результата, счетчика 9 опорной частоты и третьего счетчика 18, выдают единичные сигналы на счетные входы первого 6, второго 7 и четвертого

20 счетчиков. Блоки 7 и 12 сравнения сравнивают выходные сигналы счетчиков 6,1 2 и 20 и управляют работой первого 14 и второго 15 триггеров. 2 ил.

150963

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры работающими в комплекте с термопре5 образователями с частотным выходом.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его надежности при сохранении точности измерения путем исключения из сос- 10 тава устройства сложных узлов .

На фиг. 1 представлена схема устройства", на фиг. 2 — характеристики термопреобразователей и временные диаграммы, поясняющие процесс из- 15 мерения температуры.

Устройство для измерения температуры содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, первый ключ 2, счетчик 3 результата, индикаторный регистр 4, первое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 5, первый счетчик 6, первый блок 7 сравнения, генератор 8 опорной частоты, счетчик 9 опорной час-,25 тоты, второе постоянное запоминаю- щее устройство .(ПЗУ) 10, второй ключ

11, второй счетчик 1 2, второй блок !

3 сравнения, первый триггер 14, второй триггер 15, третий ключ 16, 30 четвертый ключ 17, третий счетчик 18, третье постоянное запоминающее.устройство 19, четвертый счетчик 20 и одновибратор 21 .

Характеристика термопреобразователя аппроксимируется кусочно-линейной функцией, которая в общем случае для i-ro участка аппроксимации имеет вид

Г а +Sg где 7 — частота термопреобразователя; () — температура; а ; — частота, соответствующая 45 нулевой температуре термопреобразователя для f-го участка характеристики,. если его экстраполировать до нулевой температуры, S; — крутизна характеристики на i-ом участке.

Г

Принцип действия устройства заключается в подсчете числа импульсов от термопреобразователя в счетчике 3 результата за время ;, соответствующее крутизне характеристики на z-ou участке и добавления в счетчик результата числа a„ t, в дополнительном коде для получения отсчета, пропорционального температуре. Причем вначале измерение производится за время, пропорциональное минимальному времени из всех t„, затем проверяется соответствует ли частота участ— ку характеристики с максимальной крутизной, и если соответствует, то подсчет импульсов термопреобразователя прекращается, а если нет, то время счета увеличивается на величину At = t„ +, — t и счет импульсов от термопреобразователя продолжается без остановки и т.д. После подсчета импульсов от термопреобразователя производится подача импульсов, число которых равно числу а Т в

О1 дополнительном коде.

Характеристика те1 мопреобразователя может иметь вид выпуклой и вогнутой кривых.

Крутизна .характеристики термопреобразователя при .росте температуры уменьшается (фиг.2а).

При процессе накопления результата в счетчике 3 результата для тер- мопреобразователя видно, что время счета tt, t<, t>, ...,t, для меньших частот меньше, чем время счета для больших частот (фиг.26).

Крутизна характеристики термопреобразователя при росте тем;:;ературы увеличивается (фиг.2в).

При процессе образования результата в счетчике 3 для термопреобразователя видно, что время счета для меньших частот термопреобразователя больше, чем для больших частот.

Рассматривая характеристику по фиг. 2б и процесс накопления импульсов в счетчике результата можно убедиться, что число импульсов, которое поступает в счетчик 3 после подсчета импульсов от термопреобразователя в этом случае при переходе на участок с меньшей крутизной, т.е. при увеличении времени счета, увеличивается.

Направление счета счетчиков 12 и

20, а также источников информации подключаемых к первым и вторым входам блоков 7 и 13 сравнения зависит от характера нелинейности термопреобразователя.

Если используется термопреобразователь с характеристикой представленной на фиг.2а, то счетчик 12 должен быть суммирующим, а счетчик 20—

5 150 вычитающим, к первым входам блоков

7 и 13 сравнения должны быть соответственно подключены выходы счетчи— ков 6 и 20, а ко вторым входам — вы- . ход счетчика 12.

Если используется термопреобразователь с характеристикой, представленной на фиг.2в, то счетчик 12 должен быть вычитающим, счетчик 20— суммирующим, к первым входам блоков

7 и 13 сравнения должен быть подключен выход счетчика 12, а ко вторым входам соответственно выходы счетчи...ков 6 и 20. При этом на выходах бло1! I I --ков 7 и 13 сравнения появляется 1 I . когДа число, поданное на вторые входы больше числа, поданного на первые - входы. В остальных случаях на выхо дах блоков сравнения нули.

Счетчик 6 всегда считает на сложение.

Переключение входов блоков сравнения может быть осуществлено фактическим переключением входов, а на некоторых схемах сравнения, например

564ИП2, — соответствующей подачей стробирующих сигналов.

Начальная установка суммирующих

It счетчиков производится в 0", а начальная установка вычитающих счетчиков — во все "1", Устройство работает следующим образом (фиг .2а)

При переполнении счетчика 9 опорнбй частоты сигналом с выхода его старшего разряда запускается одновибратор 21 и вырабатывается короткий импульс, который переносит результат предыдущего измерения из счетчика 3 результата в индикаторный регистр 4, устанавливает в "0" счетчики 3,6 и 18 и в исходное состояние (либо нули, либо единипы)— счетчики 1 2 и 20 и устанавливает в

"1" первый триггер 14. На выходах блоков 7 и 13 сравнения появляются нули. Замыкается ключ 2 и начинается подсчет счетчиком 3 импульсов, поступающих от термопреобразователя 1.

По мере увеличения числа в счетчике

3 опрашивается содержимое первого

ПЗУ 5, начиная с нулевого адреса.

Когда на адресных входах ПЗУ 5 оказывается адрес, по которому в этом

ПЗУ записана единица, состояние счетчика 6 увеличивается на единицу. Импульсы генератора опорной частоты 8 непрерывно подсчитываются счетчиком

9632 6

9, и когда число в этом счетчике станет равным адресу, по которому в

ПЗУ 10 записана единица, состояние счетчика 12 увеличивается на единицу, так как ключ 11 замкнут благодаря тому, что триггер 15 находится в состоянии "0" ° Время от момента замыкания ключа 2 и до поступления первого импульса в счетчик 12 равно времени счета, соответствующего максимальной крутизне аппроксимированной характеристики термопреобразователя 1.Это время предварительно рассчитывается по формуле

20! где $,! — максимальная крутизна

1(ма кс) характеристики термопреобразователя в Гц/ С;

Дв — разрешающая способность устройства (значение единицы младшего разряда).

Когда время счета и соответствующее ему число в счетчике опорной частоты станет равным времени, определенному для участка с меньшей крутизной, соседнего с участком с максимальной крутизной, на выходе ПЗУ 10 снова появится единица и в счетчик 12 поступает второй импульс, Это время счета рассчитывается по формуле а

1 (2)

31.ДВ

35 Процесс счета в счетчиках 3 и 9 продолжается аналогичным образом, а время счета на каждом участке определяется по формуле t; — - ($; д9)

-1

Когда -число в счетчике 1 2 станет больше числа в счетчике 6, сработает блок 7 сравнения, и установит в ноль триггер 14, который установит в еди ницу тРиггер 15 . Ключи 2 и .11 раэмы

45 каются, ключи 1б и 17 замыкаются.

Импульсы с выхода генератора 8 начинают поступать на входы счетчиков 3 и 18 и хотя они продолжают поступать на вход счетчика 9, состояние счетчика 12 с этого момента остается неизменным. Когда число в счетчике 18 станет равным адресу, по которому в

ПЗУ 19 записана единица в счетчик 20 поступит импульс и его состояние

55 уменьшитсЯ на единицу КОгда число в счетчике 20 станет меньше числа в счетчике 12, срабатывает .блок 13 сравнения и устанавливает в ноль триггер 15 °

1509632

В счетчик 3 результата через ключ

17 поступает такое количество импульсов, чтобы при нулевой измеряемой температуре результат был бы равен нулю. При следующем переполнении счетчика 9 одновибратор 21 переносит результат. измерения в регистр 4 и цикл измерения повторяется аналогично описанному выше. 10

Если термопреобразователь имеет характеристику, изображенную на фиг.2в, то процесс измерения температуры протекает следующим образом.

При переполнении счетчика 9 одно- 15 вибратор 21 своим импульсом переносит результат предыдущего измерения в регистр 4, устанавливает в ноль счетчики 3,6,18 и 20, во все единицы счетчик .12 и в единицу триггер 14 20

На выходах блоков 7 и 13 сравнения появляются нули. Ключ 2 замыкается и импульсы термопреобразователя 1 начинают поступать в счетчик 3. Счетчик 9 считает импульсы опорного гене- 25 ратора 8. По импульсам на.выходе

ПЗУ 5 увеличивается состояние счетчика 6, а по импульсам ПЗУ 10 уменьшается состояние счетчика 12.

Таким образом, состояние счетчи- 30 ков 6 и l2 в процессе измерения приближаются друг к другу, так как число в счетчике 6 увеличивается от нуля, а число в счетчике 1 2 уменьшается от единиц во всех разрядах. Когда число в счетчике 12 станет меньше числа в счетчике 6, сработает блок 7 сравнения и установит в ноль триггер 14,, который установит в единицу триггер

15. Ключи 2 и 11 размыкаются, а клю- 40 чи 15 и 17 замыкаются. Импульсы с вьгхода генератора 8 начинают поступать на входы счетчиков 3 и 18. Когда число в счетчике 20 станет больше числа в счетчике 1 2, сработает блоМ

13 сравнения и установит в ноль триггер 15.

В ПЗУ 10 записываются единицьа до адресам, рассчитанным по формуле

50 где (4)

8 — 8

55 определяется по характеристике термопреобразователя.

В ПЗУ 5 записываются единицы по адресам, рассчитанным по формуле

F;

5 1 Я

1 (5) В ПЗУ 19 единицы записываются по адресам, рассчитанным по формуле

N, =K.— (Р,— Se,) Т; (6) где К вЂ” емкость счетчика 3 результата;

Т вЂ” требуемое время счета на

i-ом участке характеристики термопреобразователя, f0 — частота генератора 8

S; — значение крутизны характеристики на 1-ом участке1

F,F. — значение частоты термопре Э обраэователя в начале и ф ° конце z.-го участка характеристики, 6;„, 8; — значение температуры термопреобразователя. в начале и конце i"ãî-участка характерис тики.

Емкости счетчиков 6, 12 и 20 равны количеству отрезков кусочно-линейной аппроксимации характеристики термопреобраэова,телей .

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобраэователь с частотным выходом, подключенный через первый ключ к счетчику результата, соединенному с индикаторным регистром, счетчик опорной частоты, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, два блока сравнения, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его надежности, в него введены четыре счетчика, три постоянных запоминающих устройства, два триггера, три ключа и одновибратор, вход которого соединен с восходом старшего разряда счетчика опорной частоты, а выход соединен с уйравляющим входом индикаторного регистра, с установочными входами всех счетчиков и входом установки в "1" первого триггера, вход установки в "0" которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход подключен к управляющему входу первого ключа и.входу установки в l второго триггера, вход установки 0" которого соединен с выходом второго блока сравнения, инверсный выход подключен

1509632

Р1

Fot

Egg к У з з

О, t tqhg г

Фиг.2

Составитель В. Куликов

Техред А.Кравчук Корректор А ° Обручар

Редактор Г. Волкова

Заказ 5793/33 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат, "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 к управляющему входу второго ключа, а прямой выход соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей, входы которых соединены с вы-.

5 ходом генератора опорной частоты, а выходы соединены соответственно с вхоцом третьего счетчика и входом счетчика результата измерения, выходы которого подключены к адресным входам 10 первого постоянного запоминающего устройства, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, при этом адресные входы второго постоянного запоминающего устройства

Fv

Ф

Fg

Fg . =

Га@

Ft

Роз, !

Foz . ) 1

Fnt д р Вю 2. э 8 р

C3g соединены с выходом счетчика опорной частоты, а выход через второй ключ соединен со счетньм входом второго счетчика, адресные входы третьего постоянного запоминающего устройства соединены с выходами третьего счетчика, а выход подключен к счетному входу четвертого счетчика, входы первого блока сравнения соединены с выходами первого и второго счетчиков, а входы второго блока сравнения соединены с выходами второго и четвертого счетчиков.