RU2018797C1

RU2018797C1 - Digital thermometer

Info

Publication number: RU2018797C1
Authority: RU
Inventors: Р. Аннабердыев; В.А. Полуянов; Н.А. Полуянова
Original assignee: Физико-технический институт АН Туркменистана
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: digital systems of collecting meteorologic information. SUBSTANCE: temperature sensor has a temperature-sensitive element made in the form of three bimetallic spirals mounted in parallel planes, multichannel digital signal processing unit to which digit outputs of the temperature sensor are connected. Inner ends of bimetallic spirals are fixed to a stationary axle within which a movable axle is located. Outer ends of bimetallic spirals are rigidly connected to the ends of three auxiliary identical axles which second ends are secured to the movable axle at an angle of 90 degrees. The temperature sensor furthermore has code reading elements disposed over a disk with circular code scale which is mounted on the movable axle. EFFECT: enhanced accuracy. 4 dwg

Description

Изобретение относится к термометрии окружающей среды и может быть использовано в составе цифровых систем сбора метеорологической информации или систем управления технологическими процессами для измерения температуры воздуха. The invention relates to environmental thermometry and can be used as part of digital systems for collecting meteorological information or process control systems for measuring air temperature.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее биметаллическую спираль, внутренним концом закрепленную на оси, с помощью растяжек установленной в обойме. На оси также закреплен диск с кодовой шкалой, над которой размещены бесконтактные датчики, выходные сигналы которых формируют параллельный код, содержащий информацию о температуре, вводимую в ЭВМ [1]. A known device for measuring temperature, containing a bimetallic spiral, the inner end mounted on an axis, using stretch marks mounted in a clip. A disk with a code scale is also fixed on the axis, above which contactless sensors are placed, the output signals of which form a parallel code containing temperature information entered into the computer [1].

Для визуального отсчета температуры в устройстве имеется шкала. For visual reference temperature in the device has a scale.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является цифровой термометр, содержащий датчик температуры с термочувствительным элементом в виде трех установленных соосно в параллельных плоскостях биметаллических спиралей, внутренние концы которых закреплены на неподвижной оси, внутри которой размещена подвижная ось с закрепленным на ней диском с круговой кодовой шкалой, над которой установлены элементы считывания кода, а внешний конец каждой биметаллической спирали жестко соединен с одним из концов дополнительной оси, и многоканальный блок цифровой обработки сигналов, подключенный к разрядным выходам датчика температуры, являющимся выходами элементов считывания кода [2]. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a digital thermometer containing a temperature sensor with a thermosensitive element in the form of three bimetallic spirals coaxially mounted in parallel planes, the inner ends of which are fixed on a fixed axis, inside which there is a movable axis with a disk attached to it with a circular code scale, over which the code reading elements are installed, and the outer end of each bimetallic spiral is rigidly connected to one of the ends additional axis, and a multi-channel digital signal processing unit connected to the discharge outputs of the temperature sensor, which are the outputs of the code reading elements [2].

В известном устройстве усилие от биметаллических спиралей передается на диск с круговой кодовой шкалой с помощью дополнительных осей, одни концы которых укреплены шарнирно на диске с круговой кодовой шкалой, а к другим концам осей прикреплены внешние концы биметаллических спиралей. Увеличение или уменьшение длины биметаллических спиралей приводит к повороту кодовой шкалы в ту или другую сторону, тем самым на разрядных выходах датчика температуры будет присутствовать информация об измеряемой температуре. In the known device, the force from the bimetallic spirals is transmitted to the disk with a circular code scale using additional axes, one ends of which are pivotally mounted on the disk with a circular code scale, and the outer ends of the bimetallic spirals are attached to the other ends of the axes. Increasing or decreasing the length of bimetallic spirals leads to a turn of the code scale in one direction or another, thereby information on the measured temperature will be present at the discharge outputs of the temperature sensor.

При этом чем легче диск с круговой кодовой шкалой, тем меньше будет момент сопротивления всего измерительного механизма, тем точнее будет определено значение температуры. Moreover, the lighter the disk with a circular code scale, the less will be the moment of resistance of the entire measuring mechanism, the more accurately the temperature value will be determined.

Шарнирное крепление дополнительных осей на диске с круговой кодовой шкалой предъявляет повышенные требования как к прочности на изгиб самого кодового диска, так и к прочности на изгиб указанных осей. Качество шарнирного крепления осей к кодовому диску также должно быть высоким, в противном случае будет наблюдаться люфт осей, что приведет к снижению точности измерений. The hinged mounting of additional axes on a disk with a circular code scale places high demands on both the flexural strength of the code disk itself and the flexural strength of these axes. The quality of the hinge attachment of the axes to the code disk must also be high, otherwise there will be a backlash of the axes, which will lead to a decrease in the measurement accuracy.

Цель достигается тем, что в известном цифровом термометре дополнительные оси, выполненные идентичными, своими вторыми концами жестко закреплены на подвижной оси под углом 90^о к ней, причем проекции точек крепления этих концов на диск с круговой кодовой шкалой расположены на одной окружности, на одинаковом расстоянии друг от друга.The object is achieved in that in a known digital thermometer additional axis made identical with their second ends are fixedly attached to the movable axis at an angle of ⁹⁰ ° thereto, and the projection points of fastening these ends to the disk with a circular codebook scale located on the same circumference, equidistant apart from each other.

На фиг.1 показан датчик температуры данного устройства; на фиг.2-4 представлены разрезы А-А, Б-Б, В-В на фиг.1. Figure 1 shows the temperature sensor of this device; figure 2-4 presents sections aa, bb, bb in figure 1.

Цифровой термометр содержит датчик температуры с термочувствительным элементом в виде трех идентичных биметаллических спиралей Архимеда, расположенных друг над другом горизонтально в параллельных плоскостях с зазорами между собой по высоте. Внутренние концы биметаллических спиралей 1 жестко соединены с полой неподвижной вертикальной осью 2, составленной из двух частей: верхней и нижней. Причем указанные внутренние концы спиралей 1 разнесены в пространстве на угол 120^о. Внутри неподвижной оси 2 располагается укрепленная на кернах подвижная ось 3. На подвижной оси 3, имеющей свободу вращения в горизонтальной плоскости, укреплен и жестко связан с ней диск 4 круговой кодовой шкалой. К подвижной оси 3 под углом 90^о жестко присоединены три идентичные дополнительные оси 5, внешние (свободные) концы которых соединены с внешними концами биметаллических спиралей 1. Проекции точек крепления концов дополнительных осей 5 к оси 3 на диск 4 расположены на одной окружности, на одинаковом расстоянии друг от друга.The digital thermometer contains a temperature sensor with a thermosensitive element in the form of three identical bimetallic Archimedes spirals, arranged one above the other horizontally in parallel planes with gaps between them in height. The inner ends of the bimetallic spirals 1 are rigidly connected to the hollow stationary vertical axis 2, composed of two parts: the upper and lower. Moreover, these inner ends of the spirals 1 are spaced in space at an angle of 120 ^about . Inside the fixed axis 2, the movable axis 3, mounted on the cores, is located. On the movable axis 3, which has freedom of rotation in the horizontal plane, the disk 4 is strengthened and rigidly connected to it by a circular code scale. K 3 movable axis 90 rigidly attached ^to three identical additional axis 5, the outer (free) ends of which are connected to the outer ends of the bimetallic helix 1. Projections fastening points all additional axes 5 to the axis 3 to a disc 4 are arranged on a circle at equal distance from each other.

Элементы 6 считывания кода расположены относительно диска 4 над кодовыми дорожками его круговой шкалы. Выходы элементов 6 соединены с входами соответствующих усилителей-формирователей логических двоичных единиц многоканального блока цифровой обработки сигналов (на чертеже не показаны). Выходы усилителей-формирователей соединены с входами преобразователя код Грея - двоичный код, разрядные выходы которого соединены с разрядными входами запоминающего устройства (ЗУ). The code reading elements 6 are located relative to the disc 4 above the code tracks of its dial. The outputs of the elements 6 are connected to the inputs of the respective amplifiers-shapers of the logical binary units of the multi-channel digital signal processing unit (not shown). The outputs of the amplifier-drivers are connected to the inputs of the converter. Gray code is a binary code, the bit outputs of which are connected to the bit inputs of the storage device (memory).

Разрядные выходы ЗУ соединены с разрядными входами преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный, разрядные выходы которого соединены с разрядными входами блока индикации. С входом разрешения записи ЗУ соединен выход таймера блока цифровой обработки сигналов. The discharge outputs of the memory are connected to the bit inputs of the binary-to-decimal converter, the bit outputs of which are connected to the bit inputs of the display unit. A memory output of the digital signal processing unit is connected to the memory recording permission input.

Все элементы конструкции датчика температуры размещены в корпусе 7. All structural elements of the temperature sensor are placed in the housing 7.

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

Три биметаллические спирали 1 датчика температуры под действием температуры изменяют свои геометрические размеры (удлиняются при повышении температуры и укорачиваются при ее уменьшении). Three bimetallic spirals 1 of the temperature sensor under the influence of temperature change their geometric dimensions (lengthen with increasing temperature and shorten with decreasing temperature).

Изменение длины биметаллических спиралей 1 приводит к возникновению момента силы, имеющей плечо, равное длине дополнительной оси 5, вызывающего вращение подвижной оси 3 и, как следствие, диска 4 с круговой кодовой шкалой. В элементах 6 считывания кода, располагающихся над кодовыми дорожками круговой шкалы диска 4, формируются дискретные сигналы двоичных единиц и нулей. Для уменьшения ошибок при считывании кода с шкалы она выполнена в коде Грея. Changing the length of the bimetallic spirals 1 leads to a moment of force having a shoulder equal to the length of the additional axis 5, causing the rotation of the movable axis 3 and, as a result, the disk 4 with a circular code scale. In the elements 6 for reading the code located above the code tracks of the dial of the disk 4, discrete signals of binary units and zeros are formed. To reduce errors when reading the code from the scale, it is made in the Gray code.

Информационные сигналы с датчика температуры поступают на входы соответствующих усилителей-формирователей логических двоичных единиц, на выходах которых формируются сигналы из стандартных логических двоичных единиц и нулей, образующих собой кодовую комбинацию измеряемой в данный момент температуры. Для уменьшения ошибки при считывании кода температуры в датчике температуры применен код Грея. На разрядных входах преобразователя код Грея - двоичный код после преобразования кода Грея в обычный двоичный код формируется цифровой сигнал в двоичном коде. Сформированная таким образом кодовая комбинация двоичных единиц и нулей подается на разрядные входы ЗУ. После поступления разрешающего сигнала, который вырабатывается таймером 7, с его выхода на вход "Разрешение записи" ЗУ происходит запись указанной кодовой комбинации двоичных единиц и нулей в запоминающем устройстве. После записи в ЗУ кодовая комбинация двоичных единиц и нулей будет представлена на его разрядных выходах, поступает на разрядные входы преобразователя двоичного кода в двоично-десятичный и после преобразования поступает на блок индикации многоканального блока цифровой обработки сигналов. Information signals from the temperature sensor are fed to the inputs of the corresponding amplifiers-shapers of logical binary units, the outputs of which are formed of signals from standard logical binary units and zeros, which form a code combination of the currently measured temperature. To reduce the error when reading the temperature code in the temperature sensor, a Gray code is used. On the bit inputs of the converter, the Gray code is a binary code, after converting the Gray code to a regular binary code, a digital signal is generated in the binary code. The code combination of binary ones and zeros formed in this way is fed to the bit inputs of the memory. After the receipt of the enable signal, which is generated by the timer 7, from its output to the input "Recording permission" of the memory, the indicated code combination of binary units and zeros is recorded in the storage device. After writing to the memory, the code combination of binary ones and zeros will be presented on its bit outputs, fed to the bit inputs of the binary to binary decimal code converter, and after conversion it will go to the display unit of the multi-channel digital signal processing unit.

Применение в датчике температуры предложенного цифрового термометра в качестве усилиепередающих элементов дополнительных осей 5, перпендикулярных подвижной оси 3 и жестко соединенных с ней, позволяет снизить требования к прочности на изгиб диска 4 с круговой кодовой шкалой и, следовательно, уменьшить момент сопротивления измерительного механизма, что приводит к повышению точности измерения. The use of the proposed digital thermometer in the temperature sensor as the force-transmitting elements of the additional axes 5, perpendicular to the movable axis 3 and rigidly connected to it, reduces the bending strength of the disk 4 with a circular code scale and, therefore, reduces the resistance moment of the measuring mechanism, which leads to improve measurement accuracy.

Claims

A DIGITAL THERMOMETER containing a temperature sensor in the form of three bimetallic spirals coaxially mounted in parallel planes, the inner ends of which are fixed on a fixed axis, inside which there is a movable axis with a disk with a circular code scale mounted on it, above which code reading elements are installed, and the outer end of each bimetallic spiral is rigidly connected to one of the ends of the additional axis, and a multi-channel digital signal processing unit connected to in series outputs of the temperature sensor, which are outputs of code reading elements, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, additional axes made identical with their second ends are rigidly fixed to the movable axis at an angle of 90 ^o to it, and the projection of the points of attachment of these ends to a disk with a circular code scale is located on the same circle, at the same distance from each other.