RU1818550C

RU1818550C - Digital thermometer

Info

Publication number: RU1818550C
Authority: RU
Inventors: Олег Анатольевич Губанов; Владимир Леонидович Котляров; Людмила Викторовна Ольшевская
Original assignee: Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1993-05-30

Abstract

Использование: термометри . Сущность изобретени : термометр содержит 2 гермопреобрэзовател 1, 2; 1 генератор опорной частоты 3; 1 формирователь временных интервалов 4; 1 распределитель импульсов 5; 2 ключа 6, 7; 2 элемента ИЛИ 8, 9; 1 двоично-дес тичный реверсивный счетчик 10; 2 наборных пол 11, 23; 2 регистра 12, 13; 1 дешифратор 14; 1 цифровой индикатор 15; 1 посто нное запоминающее устройство 16; 2 триггера знака 17, 18; 1 индикатор 19; 2 счетчика 20, 21; 1 коммутатор 22; 1 одновибратор 24; 1 триггер 25; 1 общую шину 26. 1-6-8-10-13-16-22-20-21-25- 5-9-17-10-12-14-15; 2-7-8-10; 21-24-22; 9-17- 18-19; 23-22-20; 23-22-21; 3-20; 5-6; 5-7; 5-9; 5-12; 5-18; 5-13; 11-10; 23-20: 10-17; 17-10; 17-13; 10-12; 25-22; 26-20, 1 ил.Usage: thermometers. SUMMARY OF THE INVENTION: a thermometer comprises 2 pressure converters 1, 2; 1 reference frequency generator 3; 1 shaper time intervals 4; 1 pulse distributor 5; 2 keys 6, 7; 2 elements OR 8, 9; 1 binary decimal counter 10; 2 typesetting floors 11, 23; 2 registers 12, 13; 1 decoder 14; 1 digital indicator 15; 1 read only memory 16; 2 triggers of sign 17, 18; 1 indicator 19; 2 counters 20, 21; 1 switch 22; 1 single vibrator 24; 1 trigger 25; 1 common bus 26. 1-6-8-10-13-16-22-20-21-25- 5-9-17-10-12-14-15; 2-7-8-10; 21-24-22; 9-17-18-19; 23-22-20; 23-22-21; 3-20; 5-6; 5-7; 5-9; 5-12; 5-18; 5-13; 11-10; 23-20: 10-17; 17-10; 17-13; 10-12; 25-22; 26-20, 1 ill.

Description

Изобретение относитс к температурным измерени м с применением кварцевых термопреобразователей и может быть использовано в различных отрасл х промышленности , где требуетс измерение температуры с повышенной точностью.The invention relates to temperature measurements using quartz thermal converters and can be used in various industries where temperature measurement with increased accuracy is required.

Цель изобретени - повышение точности измерени температуры путем коррекции длительности счетного интервала.The purpose of the invention is to improve the accuracy of temperature measurement by correcting the duration of the counting interval.

Сущность изобретени заключаетс е том, что благодар коррекции длительности интервала счета на величину поправки на нестабильность частоты опорного генератора , длительность счетного интервала вл етс величиной посто нной, что приводит к повышению точности измерени температуры . -л ..: V . .; ; , -../-.The essence of the invention is that due to the correction of the duration of the counting interval by the amount of correction for the instability of the frequency of the reference oscillator, the duration of the counting interval is constant, which leads to an increase in the accuracy of temperature measurement. -l ..: V. .; ; , - .. / -.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого цифрового термометра.The drawing shows a block diagram of the proposed digital thermometer.

Цифровой термометр содержит термо- преобраэователь 1с частотным выходным сигналом, термопреобразователь 2 с частотным выходным сигналом, термочувстви-; тельный элемент которого размещен совместно с кварцевым генератором 3 опорной частоты, формирователь 4 .временных интервалов, распределитель 5 импульсов, ключи 6,7, элементы ИЛИ 8,9, счетчик ично-дес тичный реверсивный 10 результата , наборное поле 11, регистры 12, 13, дешифратор 14, цифровой индикатор 15, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, триггеры 17,18 знака, индикатор 19 знака . - ;.; .v : . ..: ., .. - ;:The digital thermometer contains a thermoconverter 1 with a frequency output signal, a thermoconverter 2 with a frequency output signal, thermal sensors; an individual element of which is placed together with a crystal oscillator 3 of the reference frequency, a shaper of 4. time intervals, a distributor of 5 pulses, keys 6.7, elements OR 8.9, a counter-decimal 10 results, a dial-up field 11, registers 12, 13 , decoder 14, digital indicator 15, read only memory (ROM) 16, triggers 17.18 characters, indicator 19 characters. -;.; .v:. ..:., .. -;:

Формирователь А временных интервалов содержит счетчики 20, 21, коммутатор 22, наборное поле 23, одновибратор 24. Триггер25. .. .;;, ; ;. : Shaper A time intervals contains counters 20, 21, switch 22, dial field 23, one-shot 24. Trigger25. ... ;;,; ;. :

Выход термопреобразовател 1 подключен к первому входу ключа 6, выход термопреобразовател 2 подключен к первому входу ключа 7, выход генератора 3 опорной частоты подключен к счетному входу счетчика 20, последовательно соединенного со счетчиком 21, выход которого подключен к входам триггера 25 и одновибратора 24. Выход триггера 25 подключен к управл ющему входу коммутатора 22, к первому входу которого и ко входу разрешени установки счетчика 20 подключен выход одновибратора 24. Вторые входы коммутатора 22 под- ключены к выходам ПЗУ 16, а третьи входы - к первым выходам наборного пол 23. Первый выход коммутатора 22 подключен ко входу разрешени установки счетчика 21, второй выход - ко входу установки в О счетчика 21. Вход установки в О счетчика 20 подключен к шине нулевого потенциала. К установочным входам счетчиков 20, 21 подключены, соответственно, третьи выходы коммутатора 22 и вторые выходы наборного пол 23. Выход триггера 25 подключен к счетному входу распределител 5, первый и четвертый выходы которого подключены 5 ко входам элемента ИЛИ 9. Второй и п тый выходы распределител 5 подключены, соответственно , ко вторым входам ключей 7 и 6, выходы которых подключены ко входам элемента ИЛИ 8. Третий выход распределило тел 5 подключен к тактовому входу регистра 13,. шестой выход распределител 5 подключен к тактовым входам регистра 12 и триггера 18. Седьмой выход распределител 5 подключен к своему входу установки в 15 О. Выход элемента ИЛИ 8 соединен с тактовым входом счетчика 10 результата, выход элемента ИЛИ 9 соединен с входом установки в О триггера 17 и входом разрешени установки счетчика 10 результата, к устано- 0 вочным входам которого подключены выходы наборного пол 11. Первые и вторыеThe output of the thermal converter 1 is connected to the first input of the key 6, the output of the thermal converter 2 is connected to the first input of the key 7, the output of the reference frequency generator 3 is connected to the counting input of the counter 20 connected in series with the counter 21, the output of which is connected to the inputs of the trigger 25 and the one-shot 24. The output trigger 25 is connected to the control input of the switch 22, to the first input of which and to the enable input of the counter 20 is connected the output of a single-shot 24. The second inputs of the switch 22 are connected to the outputs of the ROM 16, and the third inputs The channels are connected to the first outputs of the type-setting field 23. The first output of the switch 22 is connected to the enable input of the counter 21, the second output to the installation input to O of the counter 21. The installation input to O of the counter 20 is connected to the zero potential bus. To the installation inputs of the counters 20, 21 are connected, respectively, the third outputs of the switch 22 and the second outputs of the dial field 23. The output of the trigger 25 is connected to the counting input of the distributor 5, the first and fourth outputs of which are connected 5 to the inputs of the OR element 9. The second and fifth outputs the distributor 5 is connected, respectively, to the second inputs of the keys 7 and 6, the outputs of which are connected to the inputs of the OR element 8. The third output of the distributed bodies 5 is connected to the clock input of the register 13 ,. the sixth output of the distributor 5 is connected to the clock inputs of the register 12 and the trigger 18. The seventh output of the distributor 5 is connected to its input of the 15 O setting. The output of the OR element 8 is connected to the clock input of the result counter 10, the output of the OR element 9 is connected to the input of the trigger setting O 17 and the enable input for setting the result counter 10, to the set 0 inputs of which the outputs of the set-up field are connected 11. The first and second

выходы счетчика 10 результата подключены ко входам регистра 12 и, кроме того, вторые выходы счетчика 10 результата подключены 2S ко входам регистра 13. Выходы регистра 12 . подключены ко входам дешифратора 14. выход которого подключен ко входам индикатора 15. Выход переноса счетчика 10 результата подключен к S-входу триггера 17 30 знака, выход которого соединен с входом .управлени реверсом счетчика 10, со старшим инфор зционным входом регистра 13 и D-входом триггера 18 знака, выход которого подключен ко входу индикатора 19 зна- 35 ка. Выходы регистра 13 подключены ко входам ПЗУ 16. the outputs of the counter 10 of the result are connected to the inputs of the register 12 and, in addition, the second outputs of the counter 10 of the result are connected 2S to the inputs of the register 13. The outputs of the register 12. connected to the inputs of the decoder 14. the output of which is connected to the inputs of the indicator 15. The transfer output of the counter 10 of the result is connected to the S-input of the trigger 17 30 characters, the output of which is connected to the input. control reverse of the counter 10, with the senior information input of the register 13 and D- trigger input 18 characters, the output of which is connected to the input of the indicator 19 icon 35 signs. The outputs of the register 13 are connected to the inputs of the ROM 16.

Цифровой термометр работает следующим образом.Digital thermometer works as follows.

Генератор 3 опорной частоты формиру- 40 ет последовательность импульсов, поступа ющих на вход формировател 4 временных интервалов, выходные импульсы которого поступают на вход распределител 5 импульсов ,The reference frequency generator 3 generates a sequence of pulses arriving at the input of the shaper 4 time intervals, the output pulses of which are fed to the input of the 5 pulse distributor,

45 Импульс с первого выхода распределител 5 импульсов через элемент ИЛИ 9 устанавливает в О первый триггер 17 знака и производит запись в счетчик 10 результата кода, набранного в наборном поле 11. Этот45 The pulse from the first output of the 5-pulse distributor through the OR element 9 sets the first trigger 17 of the character to O and writes to the counter 10 the result of the code typed in the dialed field 11. This

50 код соответствует значению частоты термо- преобразовател 1 при 0°С, умноженному на интервал счета.50, the code corresponds to the frequency value of thermocouple 1 at 0 ° C, multiplied by the counting interval.

второй импульс со второго выхода распределител 5 импульсов открывает ключ 7.the second pulse from the second output of the 5 pulse distributor opens the key 7.

55 За врем открытого ключа на счетный вход счетчика 10 результата через элемент ИЛИ 8 поступают импульсы с выхода второго термопреобразовател 2,- двоично-дес тичный счетчик 10 начинает работать на вычитание записанного в нем кода. При переходе содержимого счетчика 10 через О выходной сигнал с его выхода переноса Р устанавливает триггер 17 знака в состо ние Г. что приводит к переключению режима счета счетчика 10 и он начинает работать на ело- жение.55 During the public key, pulses from the output of the second thermal converter 2 are received through the OR element 8 to the counting input of the result counter 10 — the binary decimal counter 10 starts to subtract the code written in it. When the contents of the counter 10 pass through O, the output signal from its transfer output P sets the sign trigger 17 to state G. This leads to the switching of the counter mode of the counter 10 and it starts to work.

По окончании периода счета на выходах счетчика 10 по вл етс цифровой код, соответствующий температуре, при которой находитс второй термопреобразователь 2, а, следовательно, и кварцевый генератор 3 опорной частоты. Старшие разр ды этого кода, соответствующие единицам, дес ткам и сотн м градусов, поступают на информационные входы регистра 13, куда поступают также информаци о знаке измер емой температуры с выхода триггера 17 знака.At the end of the counting period, a digital code appears at the outputs of the counter 10 corresponding to the temperature at which the second thermal converter 2 and, therefore, the reference frequency crystal oscillator 3 are located. The high-order bits of this code, corresponding to units, tens, and hundreds of degrees, are fed to the information inputs of register 13, which also receives information about the sign of the measured temperature from the output of the 17-digit trigger.

Третий импульс с третьего выхода распределител 5 импульсов поступает на тактовый вход регистра 13, что вызовет запись в регистр 13 информации, наход щейс на его информационных входах. Эта информа- ци с выходов регистра 13 поступает на входы ПЗУ 16, в которые занесены значени поправок на нестабильность частоты опор- ного генератора дл каждого из поддиапа- зонов рабочих температур, количество которых определ етс исход из требований к тости измерени в интервале рабочих температур. Далее эта поправка в виде кода подаетс на вторые входы комму- татора 22.The third pulse from the third output of the 5 pulse distributor is fed to the clock input of register 13, which will cause recording in the register 13 of information located at its information inputs. This information from the outputs of the register 13 is fed to the inputs of the ROM 16, which contain the values of the corrections for the instability of the frequency of the reference oscillator for each of the sub-ranges of operating temperatures, the amount of which is determined based on the requirements for measurement in the range of operating temperatures. Further, this correction in the form of a code is applied to the second inputs of the switch 22.

Четвертый импульс с четвертого выхода распределител 5 импульсов через элемент ИЛ И 9 устанавливает в О триггер 17 знака, а также устанавливает счетчик 10 результата в состо ние, соответствующее коду, записанному в наборном поле 11. .:The fourth pulse from the fourth output of the 5 pulse distributor through the IL AND 9 element sets the trigger 17 of the sign in O, and also sets the result counter 10 to the state corresponding to the code recorded in the dial-up field 11..:

П тый импульс с литого; Выхода распре- делител 5 импульсов открывает ключ б. через который и элемент ИЛИ 8 частотный сигнал с выхода термопреобразовател 1 поступает на счетный вход счетчика 10 результата . Счетчик 10 начинает работать на вычитание записанного в нем кода. При переходе содержимого счетчика 10 через О импульс с его выхода переполнени Р устанавливает в 1 первый триггер 17.знака. При этом счетчик 10 измен ет направление счета и до конца периода счета работает на сложение. По окончании периода счета на выходах счетчика 10 по вл етс информаци об измер емой температуре, поступающа на информационные входы регистра 12. ; Fifth impulse from cast; The output of the 5-pulse distributor opens the key b. through which the element OR 8 frequency signal from the output of the thermocouple 1 is fed to the counting input of the counter 10 of the result. Counter 10 starts to subtract the code written in it. When the contents of the counter 10 pass through O, the pulse from its overflow output P sets the first trigger 17 of the sign to 1. In this case, the counter 10 changes the direction of the counting and, until the end of the counting period, works on addition. At the end of the counting period, at the outputs of the counter 10, information about the measured temperature arrives at the information inputs of register 12.;

Шестой импульс с шестого выхода распределител 5 импульсов поступает на так- товый вход второго триггера 18 знака, что приводит к переносу содержимого первогоThe sixth pulse from the sixth output of the 5 pulse distributor is fed to the clock input of the second sign trigger 18, which leads to the transfer of the contents of the first

триггера 17 знака во второй триггер 18 знака . Кроме того, шестой импульс поступает на тактовый вход регистра 12, что приведет к переносу содержимого счетчика 10 результата в регистр 12. При этом на цифровом индикаторе 15 отображаетс величина измер емой температуры, а на индикаторе 19 знака - знак измер емой температуры.trigger 17 characters in the second trigger 18 characters. In addition, the sixth pulse is fed to the clock input of register 12, which will transfer the contents of the result counter 10 to register 12. In this case, the measured temperature is displayed on the digital indicator 15, and the sign of the measured temperature is displayed on the sign indicator 19.

Седьмой импульс с выхода распределител 5 импульсов поступает на вход установки в О распределител 5 и приводит его в исходное состо ние. При этом цикл измерени заканчиваетс .The seventh pulse from the output of the 5-pulse distributor is fed to the input of the installation in О of the distributor 5 and brings it to its initial state. At the same time, the measurement cycle ends.

Дл компенсации погрешности измерени , возникающей из-за температурной нестабильности частоты опорного генератора при формировании интервала счета, производитс соответствующа коррекци его длительности. Эта коррекци производитс путем формировани добавки к основному временному интервалу, длительность которого соответствует минимальной температуре опорного генератора, времени, обратно пропорционального отклонению частоты опорного генератора от минимальной . Дл этого при формировании основного интервала времени счетчики 20, 21 импульсом с выхода одновибратора 24 и первого выхода коммутатора устанавливаютс в состо ние, соответствующее коду, набранному в наборном поле 23. Затем счетчики 20, 21 под действием входных импульсов начинают работать на вычитание, при этом формируетс основной интервал времени. При переходе, содержимого счетчиков 20, 21 через О переключаетс триггер 25, что. вызовет переключение коммутатора 22. При этом производитс установка в О счетчика 21 и установка счетчика 20 в состо ние, код которого находитс на выходе ПЗУ 16 и зависимый от температуры опорного генератора. Счетчики 20, 21 под действием входных импульсов начинают уменьшать свое состо ние до нул . При этом формируетс дополнительный интервал счета. В результате этого на выходе триггера 25 по вл ютс импульсы, период которых равен интервалу счета и не зависит от температуры опорного генератора.To compensate for the measurement error arising due to temperature instability of the frequency of the reference oscillator during the formation of the counting interval, a corresponding correction of its duration is performed. This correction is made by forming an additive to the main time interval, the duration of which corresponds to the minimum temperature of the reference oscillator, time inversely proportional to the deviation of the frequency of the reference oscillator from the minimum. To do this, when forming the main time interval, the counters 20, 21 are set by the pulse from the output of the one-shot 24 and the first output of the switch to the state corresponding to the code typed in the set-up field 23. Then, the counters 20, 21 under the action of the input pulses start to subtract, while the main time interval is formed. Upon transition, the contents of the counters 20, 21 through O switches trigger 25, which. will cause the switch 22 to switch. In this case, the counter 21 is set to O and the counter 20 is set to a state whose code is at the output of the ROM 16 and is dependent on the temperature of the reference oscillator. Counters 20, 21 under the influence of input pulses begin to decrease their state to zero. An additional counting interval is formed. As a result of this, pulses appear at the output of trigger 25, the period of which is equal to the counting interval and does not depend on the temperature of the reference oscillator.

Таким образом, в отличие от прототипа, предлагаемый цифровой термометр обладает более высокой точностью измерени . Это обуславливаетс тем, что благодар коррекции длительности интервала счета на величину поправки на нестабильность частоты опорного генератора, длительность счетного интервала вл етс величиной посто нной и не зависит от изменени частоты опорного генератора от температуры.Thus, unlike the prototype, the proposed digital thermometer has a higher measurement accuracy. This is due to the fact that due to the correction of the duration of the counting interval by the amount of correction for the instability of the frequency of the reference oscillator, the duration of the counting interval is constant and does not depend on the change in the frequency of the reference oscillator as a function of temperature.

Формул а изо бретени Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, подключенный к первому входу одного ключа , другой термопреобразователь с частот- ным выходом, термочувствительный элемент которого размещен совместно с кварцевым генератором опорной частоты, выход другого термопреобразовател соединен с первым входом другого ключа, а выход генератора опорной частоты - с входом формировател временных интервалов, выход которого св зан со счетным входом распределител импульсов, подключенного п тым и вторым выходами соответственно к другим входам одного и другого ключей, соединенных выходами с входами элемента ИЛИ, другой элемент ИЛИ св зан входами с первым и четвертым выходами распределител импульсов, шестой выход которого подключен к тактовым входам регистра и триггера знака; третий - к тактовому входу другого регистра, а седьмой - к своему управл ющему входу, выход элемента ИЛИ св зан со счетным входом двоично-дес тичного реверсивного счетчика, вход разрешени которого и вход установки нул другого триггера соединены с выходом другого элемента ИЛИ, электрические выходы наборного пол подключены к информационным входам двоично-дес тичного реверсивного счётчика, его вход управлени реверсом св зан с выходом другого тригге; ра знака, выход переноса - с установочным входом этого триггера, первый выход - с информационным входом регистра, а второй выход- с другим информационным входом регистра- и информационным входомFormula of the invention A digital thermometer comprising a thermocouple with a frequency output connected to the first input of one key, another thermocouple with a frequency output, a thermosensitive element of which is located together with a crystal oscillator of the reference frequency, the output of another thermocouple is connected to the first input of another key, and the output of the reference frequency generator - with the input of the shaper of time intervals, the output of which is connected to the counting input of the pulse distributor connected to the fifth and second th outputs respectively to the other inputs of one and the other keys are connected with the outputs of OR element inputs, the other OR gate inputs coupled to the first and fourth output pulse distributor, the sixth output which is connected to the clock inputs of the register and a latch plate; the third is to the clock input of another register, and the seventh is to its control input, the output of the OR element is connected to the counting input of the binary decimal counter, whose enable input and the zero input of the other trigger are connected to the output of another OR element, the electrical outputs the dial-in field is connected to the information inputs of the binary decimal counter, its reverse control input is connected to the output of another trigger; sign, transfer output - with the installation input of this trigger, the first output - with the information input of the register, and the second output - with another information input of the register and information input

другого регистра, старший информационный вход которого соединен с выходом другого триггера знака, а выход через посто нное запоминающее устройство - сof another register, the senior information input of which is connected to the output of another trigger of the sign, and the output through the read-only memory device is connected to

другим входом формировател временных интервалов, причем информационный вход триггера знака подключен к выходу другого триггера, выход - к входу индикатора, а выход регистра через дешифратор св зан сanother input of the time interval generator, the information input of the sign trigger is connected to the output of another trigger, the output is to the indicator input, and the register output through the decoder is connected to

входом цифрового индикатора, отличаю- щ и и с тем, что, с целью повышени точности измерени температуры, формирователь временных интервалов выполнен состо щим из последовательно соединенных первого, второго счетчиков и дополни- тельноготриггера, а также дополнительного наборного пол , коммутатора, общей шины и одновйбратора, соединенного входом с выходом второго счетчика, а выходом - сinput of a digital indicator, which is also distinguished by the fact that, in order to increase the accuracy of temperature measurement, the time interval shaper is made up of serially connected first, second counters and an additional trigger, as well as an additional dial-up field, switch, common bus and one-selector connected by an input to the output of the second counter, and the output from

установочным входом первого счетчика и первым входом коммутатора, св занного управл ющим входом с выходом дополнительного триггера, третьим входом - с первым выходом дополнительного наборногоinstallation input of the first counter and the first input of the switch connected to the control input with the output of the additional trigger, the third input - with the first output of the additional dial

пол , первым и вторым выходами - соответ- ственно с входами разрешени установки и установки нул второго счетчика, а третьим ьыходом - с установочными входами первого счетчика, вход установки нул которогоthe floor, the first and second outputs, respectively, with the inputs for allowing the installation and installation of zero of the second counter, and the third output, with the installation inputs of the first counter, whose installation input is zero

подключен к общей шине, другой выход дополнительного наборного-пол подсоединен к установочным входам второго счетчика, при этом тактовый вход первого счетчика св зан с входом формировател connected to a common bus, the other output of the additional dial-up is connected to the installation inputs of the second counter, while the clock input of the first counter is connected to the input of the driver

временных интервалов, другой вход которого подключен к второму входу коммутатора , а выход - к выходу дополнительного -триггера.time intervals, the other input of which is connected to the second input of the switch, and the output to the output of the additional trigger.