CS233255B1 - Zapojení krystalového teploměru - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zapojení krystalového teploměru, řeší problém konverse teplotně závislé vlastní frekvence krystalového termometrického čidla na teplotní údaj pro krystalová tormometrická čidla s obecně různou citlivostí a frekvenci. Podstata vynálezu spočívá v tom, že výstup měřicího oscilátoru řízeného teplotně závislým krystalovým čidlem, je přes hlavní předzesilovacl a tvarovací obvod a přes hlavní hradlo připojen na čítači vstup hlavního přednastavitelného počítače, jehož stavové výstupy jsou připojeny na zobrazovač, přičemž výstup referenčního oscilátoru řízeného kmitočtovým normálem, je přes pomocné hradlo připojen na čítači vstup pomocného přednastavitelného čítače, kterého výstup přenosu je připojen na uzavírací řídicí vstupy hlavního i pomocného hradla,zatímco otevírací řídicí vstupy hlavního -i pomocného hradla jsou připojeny na vy- , bavovací výstup logického řídícího ob- : vodu, jehož nastavovací výstup je připo- |jen na vstupy pro nastaveni předvolby 4 hlavního i pomocného přednastavitelného čítače opatřených vstupy předvolby. Logický řídicí obvod je s výhodou opatřen synchronizačním vstupem připojeným na výstup pomocného zesilovacího a tvarovacího obvodu a vstupy pro vnější ovládání.

Description

Zapojení krystalového teploměru

Vynález se týká zapojení krystalového teploměru, řeší problém konverse teplotně závislé vlastní frekvence krystalového termometrického čidla na teplotní údaj pro krystalová tormometrická čidla s obecně různou citlivostí a frekvenci.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že výstup měřicího oscilátoru řízeného teplotně závislým krystalovým čidlem, je přes hlavní předzesilovacl a tvarovací obvod a přes hlavní hradlo připojen na čítači vstup hlavního přednastavitelného počítače, jehož stavové výstupy jsou připojeny na zobrazovač, přičemž výstup referenčního oscilátoru řízeného kmitočtovým normálem, je přes pomocné hradlo připojen na čítači vstup pomocného přednastavitelného čítače, kterého výstup přenosu je připojen na uzavírací řídicí vstupy hlavního i pomocného hradla,zatímco otevírací řídicí vstupy hlavního

-i pomocného hradla jsou připojeny na vy, bavovací výstup logického řídícího ob: vodu, jehož nastavovací výstup je připo|jen na vstupy pro nastaveni předvolby 4 hlavního i pomocného přednastavitelného čítače opatřených vstupy předvolby. Logický řídicí obvod je s výhodou opatřen synchronizačním vstupem připojeným na výstup pomocného zesilovacího a tvarovacího obvodu a vstupy pro vnější ovládání.

(51) Int. Cl? G 01 K 7/02

233 255

Vynález se týká zapojení krystalového teploměru, řeší problém konverse teplotně závislé vlastní frekvence krystalového termometrického čidla na teplotní údaj pro krystalová termometrická čidla s obecně různou citlivosti a frekvenci*

Známá zapojení krystalového teploměru využívají teplotní závislosti vlastní resonanční frekvence termometrického kryšta lového čidla s přesně definovanou citlivosti, které řídí kmitočet měřicího oscilátoru, jehož frekvence je heterodynně

233 255 srovnávána s frekvenci stabilního referenčního oscilátoru řízeného kmitočtovým normálem na nulový zázněj, při kterém přístroj vykazuje nulový údaj· Změnou teploty vůči nulovému údaji přístroje vzniká nenulový zázněj, který je přiveden na vstup dekadického čítače. S výhodou je používáná citlivost termometriokého krystalového čidla 1000 Hz / K, oož umožňuje pak podle délky vzorkovací periody čítače 0,1) 1 nebo 1Ó sekund indikovat měřenou teplotu přímo s rozlišením na 0,01} 0,001 nebo 0,000 1 K.

Nevýhody známých zapojení spočívají v používání krystaO lového termometriokého čidla s přesně definovanou oitlivosti, která musí být přesně reprodukovatelná při opakovatelné výrobě krystalových termometrickýoh čidel· Tato skutečnost vyžaduje vysokou technologickou úroveň oelého procesu výroby, oož se odráží v nákladeoh a v důsledku tohot v ceně takového čidla· Další nevýhodou je nutnost použit kmitočtového normálu s vysokou stabilitou a zároveň s vysokou přesností v nastavení jmenovitého kmitočtu, oož je opět vysooe náročná teohnologioká záležitost· Z principu hefcerodynniho srovnávání je totiž vyžadovaná oo nejdokonalejěí shoda kmitočtu referenčního oscilátoru řízeného kmitočtovým normálem s kmitočtem měříoiho oscilátoru řízeného krystalovým termometriokým čidlem při nulovém údaji přístroje, protože rozdíl se projeví nenulovým záznějem a tudíž ohýbou přístroje·

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení krystalového teploměru podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že výstup měřloího oscilátoru řízeného teplotně závislým krystalovým

233 255 termcmeťriokým čidlem je připojen na vstup hlavního předzesilovaoího a tvarovacího obvodu, jehož výstup je připojen na čítači vstup hlavního přednastavitelného čítače, jehož stavové výstupy jsou připojeny na vstupy zobrazovací jednotky, přičemž otevírací řídicí vstup hlavního hradla a otevírací řídící vstup pomooného hradla jsou připojeny na vybavovaoí výstup logického řídicího obvodu, jehož nastavovací výstup je připojen na vstup pro nastavení předvolby hlavního přednastavitelného čítače opatřeného vstupy předvolby a dále je nastavovací výstup připojen na vstup pro nastaveni předvolby pomooného přednastavitel ného čítače opatřeného vstupy předvolby, přičemž výstup přenosu je připojen na uzavírací řídioí vstup hlavního hradla a dále je výstup přenosu připojen na uzavírací řídicí vstup pomooného hradla, jehož výstup je připojen na čítaoí vstup pomooného před nastavitelného čítače, přičemž vstup pomooného hradla je připojen na výstup pomocného zesilovaoiho a tvarovacího obvodu, jehož vstup je připojen na výstup referenčního oscilátoru řízeného kmitočtovým normálem. Logioký řídící obvod je opatřen synchron!sačním vstupem, který je připojen na výstup pomooného zesilovaoiho a tvarovacího obvodu a dále je s výhodou opatřen vstupem pro vnější ovládání spínaoím prvkem a vstupem pro řízení vnitřního taktu měření regulačním prvkem. Stavové výstupy hlavního přednastavitelného čítače jsou s výhodou vyvedeny na samostatný výstup pro další využiti.

Vyšší účinek zapojení podle vynálezu spočívá vtom, že umožňuje použití krystalových termometrických čidel obecně různé oitlivosti a frekvence, čímž se sníží teohnologioká ná- 4 233 255 ročnost procesu výroby krystalových termometrlokýoh čidel, a s tlm související výrobní náklady a oena. Dále odpadá nutnost použití kmitočtového normálu β vysokou přesností v nastavení jmenovitého kmitočtu, namísto kterého lze použít béžnč vyráběných kmitočtovýoh normálů, čímž se zapojení dále zlevní, a přesto ve srovnání se známými zapojeními umožňuje dosáhnout rovnooenné přesnosti měření.

Příklad zapojení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu formou blokového sohématu, který objasňuje i funkoi zapojení. Zapojení sestává z jednotlivých členů, které lze oharak terizovat takto :

Měřící oscilátor £ je řízen teplotně závislým krystalovým termometriekým čidlem 2 a dává tak vysoce lineární změnu kmitočtu na teplotě.

Hlavní zesilovací a tvarovací obvod 2 zesiluje kmitočet měřicího oscilátoru £ a upravuje jej na sled Impulsů odpovídající frekvence se strmými hranami.

Hlavní hx^llo 4 otevírá nebo uzavírá přenos měřených impulsů mezi výstupem hlavního zesilovaoího a tvarovaoího obvodu 2 a čítaoím vstupem 51 hlavního přednastavitelného čítače 5, je s výhodou opatřeno dvěma řídícími vstupy, a to otevíracím řídicím vstupem 43 ovládaným řídicím napětím z výstupu 61 z logického řídicího obvodu 6 a uzavíracím řídicím vstupem 44 ovládaným řídícím napětím z výstupu 74 pomooného přednastavitelného čítače 2.·

Hlavní přednastavitelný čítač £ je opatřen alespoň čítaoím

233 255 vstupem 51, vstupy předvolby 52 a vstupem pro nastaveni předvolby ££ ^a dále stavovými výstupy 54. Hlavní přednastavitalný čítač 5 přičítá měřené impulsy z hlavního zesilovacího a tvarovaoiho obvodu 3» které prošly přes hlavní hradlo na čítači vstup 51 k přednastavené hodnotě, která byla ještě před započetím čítání přepsána ze vstupů předvolby 52 řídícím napětím z výstupu 62 logického řídícího obvodu 6 přivedeným na vstup 53 pro nastavení předvolby. Po ukončeni čítání je konečný stav k dispozici na stavových výstupeoh 54. V případě zvláštního požadavku na vyjádřeni teplotní stupnice je možné, aby hlavní přednastaví telný čítač £ prováděl též odečítáni od přednastavené hodnoty.

Stavové výstupy 54 hlavního přednastavitelného čítače 5, mohou být s výhodou vyvedeny na samostatný výstup 13 pro další použití.

Zobrazovací jednotka 12 slouží k vyjádřeni naměřené teploty, přičemž její vstup je připojen na stavové výstupy 54 hlavního přednastavitelného čítače 5_* Zobrazovací jednotka 12 může být S výhodou realizována číslicovým displejem, popřípadě i s pamětí.

Referenční oscilátor 10 je řízen stabilním kmitočtovým normálem 11 s libovolnou frekvenci,,je zdrojem vysoce stabilního kmitočtu.

Pomocný zesilovací a tvarovací obvod 2 zesiluje kmitočet referenčního oscilátoru 10 a upravuje jej na sled referenčních impulsů odpovídájioí frekvence se strmými hranami.

- 6 233 2SS

Pomocné hradlo 8 otevírá a uzavírá přenos referenčních Impulsů mezi výstupem pomocného zesilovacího a tvarovacího obvodu £ ^a čitaolm vstupem 71 pomocného přednastavitelného čítače 2.» «1® opatřeno otevíracím řídicím vstupem 83 ovládaným řídicím napětím z výstupu 61 logiokého řídíoiho obvodu 6 a uzavlraolm řidioim vstupem 84 s výhodou ovládaným řídicím napětím z výstupu přenosu 74 pomocného přednastavitelného Čítače 2.·

Pomocný přednastav!telný čítač 2 d® opatřen alespoň čitaolm vstupem 71» vstupy předvolby 72 a vstupem pro nastaveni předvolby 73 a dále výstupem přenosu 74 pro řídicí napět! k vybaveni uzavíracího řídicího vstupu 44 *hlavnlho hradla 4 a s výhodou i k vybaveni uzavíracího řídicího vstupu 84 pomocného hradla 8«

Logický řidioí obvod 6 je opatřen nastavovacím výstupem 62 pro řídící napět! k nastaveni předvolby hlavního přednastavitelného čítače £ vstupem 53 pro nastaveni předvolby a k nastaveni předvolby pomooného přednastavitelného Čítače 2 vstupem 73 pro nastaveni předvolby a dále je opatřen vybavovaoím výstupem 61 pro řidlo! napět! k vybaveni oteviraoich řidloíoh vstupů 43 hlavního hradla 4 a otevíracího řidioiho vstupu 83 pomooného hradla 8. Lcgioký řidlo! obvod 6 je rovněž opatřen synchronizačním vstupem 63 pro synohronlzaol řidioiho napětí vybavovaoího výstupu 61 s hranou referenčního impulsu z výstupu pomooného zesilovacího a tvarovaoiho obvodu 2 a dále je s výhodou opatřen vstupem 64 pro vnějěí

233 255 ovládání spínaoím prvkem 14 a vstupem 65 pro řízení vnitřního taktu měření logického řídícího obvodu 6 regulačním prvkem 15.

Spínacím prvkem 14 může být elektronický nebo mechanický spínaoí prvek, v příkladu zapojeni je použito tlačítka. Regulačním prvkem 15 může být rovněž elektronický nebo mechanický prvek, v přikladu zapojeni je použito potenciometrů.

Funkce zapojení podle vynálezu je následující : Měřioi osoilátor £ řízený krystalovým termometrickým čidlem £ praouje jako přesný převodník - teplota/frekvenoe. Jeho výstupní napětí se zesílí a vytvaruje v hlavním předzesilovaoim a tvarovaoim obvodu J na sled měřených impulsů odpovídajíoí frekvence, které jsou přivedeny na vstup hlavního hradla 4. Referenční osoilátor 10 řízený stabilním kmitočtovým normálem 11, je zdrojem vysoce stabilního kmitočtu. Jeho výstupní napětí se rovněž zesílí a vytvaruje v pomocném předzesilovaoím a tvarovaoím obvodu 2 ¹¹⁸ referenčních impulsů odpovídající frekvence, které jsou přivedeny na vstup pomocného hradla 8.

Logický řídicí obvod 6 buá na základě vlastního vnitřního taktu měřeni, který může být regulován regulačním prvkem 15 do vstupu 65 pro řízení vnitřního taktu měření, nebo na základě povelu do vstupu 64 pro vnějěi ovládání spínaoím prvkem 14 vygeneruje řídíoí napětí na nastavovacím výstupu 62. Toto řídíoí napětí je přivedeno na vstup 53 pro nastavení předvolby hlavního přednastavitelného čítače 5 a rovněž na

233 255 vstup 73 pro nastavení předvolby pomocného přednastavitelného čítače 7* Tím dojde k přepsání informace ze vstupů před» volby 52 do hlavního přednastavitelného čítače £ a ze vstupů předvolby 72 do pomocného přednastavitelného čítače 7·

Tuto činnost můžeme označit jako přednastaveni. Informace na vstupy předvolby 52 hlavního přednastavitelného čítače 5 a na vstupy předvolby 72 pomocného přednastavitelného čítače 7 se vkládá známými způsoby. Po přednastavení následuje vygenerování řídícího napětí na výbavovaoím vstupu Jčl. Toto řídicí napětí je přivedeno na otevírací řídící vstup 43 hlavního hradla 4 a na otevírací řídící vstup 83, pomocného hradla 8. Tím dojde k otevření jak hlavního hradla-4, tak i pomocného hradla 8 a tento okamžit můžeme považovat za počátek měřícího intervalu. Během měříoího intervalu jsou k přednastavené hodnotě hlavního přednastavitelného čítače 5 přičítány měřené impulsy, které prošly z výstupu hlavního předzesllovaoího a tvarovacího obvodu 2 přes hlavní hradlo £ na čítaoí vstup 51 hlavního přednastavitelného čítače 2* ukončení měřícího intervalu je konečný stav stavových výstupů 54 hlavního přednastavitelného čítače 5 výjádřen na připojené zobrazovaoi jednotce 12 přímo v údaji teploty v požadované termodynamické stupnioi. K ukončení měřicího intervalu dojde v okamžiku vygenerování řídícího napětí na výstupu přenosu 74 pomooného přednastavitelného čítače 2· ^K tomu dojde-až po uplynuti jistého přesného časového intervalu, který je realizován pomooným přednastavitelným čítačem 7 cestou převedení počtů kmitů kmitočtového normálu 11 na časový interval, což může

233 255 pomocný přednestavitelný čítač 2 provést dvěma rovnocennými způsoby· V prvém případě odečítá od přednastavené hodnoty, nebo v druhém případě přičítá k přednastavené hodnotě referenční impulsy, které od počátku měřícího intervalu procházejí z výstupu pomocného zesilovacího a tvarovaoího obvodu 9 přes pomocné hradlo 8 na čítači vstup 71· V okamžiku vynulováni pomocného přednastavítelného čítače 2 ^v prvém případě, nebo v okamžiku naplnění pomocného přednastavitelného čítače v druhém případě je vygenerováno řídíoí napětí na výstupu přenosu 2ÍŽL* které ukončuje měřící interval. V obou případech se jedná o převedení stanoveného počtu referenčních impulsů na časový interval mezi započetím čítání a vygenerováním řídicího napětí na výstupu přenosu 7^« V prvém případě je časový interval dán počtem referenčních impulsů mezi přednastavenou hodnotou a vynulováním, zatímco v druhém případě je Časový interval dán počtem referenčních impulsů mezi přednastavltelnou hodnotou a naplněním přednastavitelného čítače 7*

Aby do měřícího intervalu nebyla vnášena chyba z důvodu jisté šířky referenčního impulsu, je okamžik, vygenerování řídicího napětí na vybavovaoim výstupu 61 synchronizován s hranou referenčního impulsu, který je odebírán z výstupu pomocného předzesilovaoího a tvarovaoího obvodu £ a přiveden na synchronizační vstup 63 logického řídicího obvodu 6. Popisované zapojeni převádí rovnici přímky vyjadřující teplotní závislost vlastni frekvence krystalového termometriokého čidla z tvaru 5 f(t) = a.t + b

233 255 kde : f (t) značí frekvenoi čidla, t označuje teplotu, přičemž a,b jsou konstanty do tvaru :

-1 -1 tsa.f-a.b vhodného k přímému vyjádření teploty v požadované termodynamické stupnici na zobrazovaoí jednotoe 12 v ^číselném tvaru.

Výhodou zapojení je jeho jednoduchost, jednotlivé obvodové prvky lze realizovat z běžné dostupných čislioovaných integrovaných obvodů. Ze samostatného výstupu 13 pro další použiti je možno vyvést signál pro automatiokou registraci a zpracováni záznamu. Prostou změnou v přednastaveni je možno obdržet vyjádření teploty v jiné termodynamioké stupnici.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   233 255

   1. Zapojení krystalového teploměru s přednastavitelnými čítači^vyznačené tím, že výstup měřícího oscilátoru (l) řízeného teplotně závislým krystalovým termometrickým čidlem (2) je připojen na vstup hlavního předzesilovaoíiio a tvarovaoího obvodu (3), jehož výstup je připojen na vstup (4l) hlavního hradla (4), jehož výstup (42) je připojen na čítaol vstup (51) hlavního přednastavitelného čítače (5), jehož stavové výstupy (54) jsou připojeny na vstupy zobrazovací jednotky (12), přičemž otevírací řídíoí vstup (43) hlavního hradla (4) a otevírací řídící vstup (83) pomocného hradla (8) jsou připojeny na vybavovací výstup (61) logického řídícího obvodu (6), jehož nastavovací výstup (62) jo připojen na vstup (53) pro nastavení předvolby hlavního přednastavitelného čítače ,(5) opatřeného vstupy předvolby (52) a dále je nastavovací výstup (62) připojen na vstup (73) prd nastavení předvolby pomocného přednastavitelného čítače (7) opatřeného vstupy předvolby (72), přičemž výstup přenosu (74) jepřipojen na uzavírací řídící vstup (44) hlavního hradla (4) a dále je výstup přenosu (74) připojen na uzavírací řídíoí vstup (84) pomocného hradla (8), jehož výstup (82) je připojen na čítadí vstup (7l) pomocného přednastavitelného čitače (7), přičemž vstup (81) pomocného hradla (8) je připojen na výstup pomooného zesilovacího a tvarovaoiho obvodu (9), jehož vstup je připojen na výstup referenčního oscilátoru (lo) řízeného kmitočtovým normálem (ll).

   233 255
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že logický řídící obvod (6) Je opatřen synchronizačním vstupem (63) který je připojen na výstup pomocného zesilovaoího a tva rovaoiho obvodu (9) a déle je h opatřen vstupem (64) pro vnější ovládání spínacím prvkem (l4) a vstupem (65) pro řízení vnitřního taktu měření regulačním prvkem (15).
3. 3. Zapojení podle bodu 1 a 2, vyznačené tím, že sta vové výstupy (54) hlavního přednestavitelného čítače (5) jsou vyvedeny na samostatný výstup (13).