RU2055330C1

RU2055330C1 - Digital thermometer

Info

Publication number: RU2055330C1
Authority: RU
Inventors: И.А. Бугаков
Original assignee: Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: digital thermometer has increased speed of operation due to useful application of transient period data during permanent heating of thermosensitive resonator from the object, which has temperature to be measured. If object temperature is lower than initial temperature of thermosensitive element, then temperature measured is evaluated after thermal equilibrium condition is achieved by custom method. Algorithm of temperature evaluation is realized in specialized computational device. Device may be used at different branches of national economy, and in particular, for checking explosions and fire-dangerous situations, as well as for measuring high temperatures, which excess over tolerant temperature of heating of thermosensitive element. EFFECT: improved precision. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры различных объектов, в том числе и в случае, когда температура объекта превышает допустимую температуру нагрева термочувствительного элемента (ТЧЭ). The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the temperature of various objects, including in the case when the temperature of the object exceeds the permissible heating temperature of the heat-sensitive element (TEC).

Известно устройство для измерения температуры, иллюстрирующее способ измерения температуры [1] содержащее термочувствительный резонатор со схемой управления его положением, кварцевый генератор, распределитель импульсов, две схемы И, два счетчика, два блока масштабирования и сумматор. A known device for measuring temperature, illustrating a method of measuring temperature [1] comprising a heat-sensitive resonator with a circuit for controlling its position, a crystal oscillator, a pulse distributor, two AND circuits, two counters, two scaling units and an adder.

Недостатком устройства является необходимость знания величины тепловой постоянной времени ТЧЭ. The disadvantage of this device is the need to know the value of the thermal time constant of the HSE.

Известное устройство [2] лишено этого недостатка, так как оно обеспечивает по- лучение оценки измеряемого ускорения без знания тепловой постоянной ТЧЭ. Устройство содержит термочувствительный элемент с частотным выходом (термочувствительный резонатор), схему охлаждения ТЧЭ, кварцевый генератор, связанный с распределителем импульсов, четыре схемы И, первые входы которых связаны с выходом ТЧЭ, а вторые входы связаны с выходом распределителя импульсов, четыре счетчика, связанные с выходом соответствующих схем И и специализированный вычислитель, связанный с выходом счетчиков. The known device [2] is devoid of this drawback, since it provides an estimate of the measured acceleration without knowing the thermal constant of the TEC. The device contains a thermosensitive element with a frequency output (thermosensitive resonator), a cooling circuit for a TEC, a crystal oscillator connected to a pulse distributor, four I circuits, the first inputs of which are connected to the output of a TEC, and the second inputs are connected to the output of a pulse distributor, four counters associated with the output of the corresponding circuits AND and a specialized calculator associated with the output of the counters.

Недостатком прототипа является невысокая точность и сложность функционирования, обусловленная необходимостью предварительного охлаждения ТЧЭ до температуры, меньшей температуры исследуемого объекта (в противном случае термометр будет иметь недопустимо большую погрешность измерения и, как следствие, невысокую частоту следования циклов измерения и ограниченные диапазон и область применения). The disadvantage of the prototype is the low accuracy and complexity of operation, due to the need for preliminary cooling of the HSE to a temperature lower than the temperature of the test object (otherwise the thermometer will have an unacceptably large measurement error and, as a result, a low frequency of measurement cycles and a limited range and scope).

Цель изобретения повышение точности, упрощение функционирования и расширение диапазона измерения термометра. The purpose of the invention is improving accuracy, simplifying operation and expanding the measuring range of the thermometer.

Цель достигается тем, что в термометр, содержащий термочувствительный резонатор, кварцевый генератор, четыре схемы И, выход каждой из которых соединен с входом соответствующего счетчика импульсов, и специализированный вычислитель, связанный с выходами счетчиков, дополнительно введены связанный с выходами термочувствительного резонатора и кварцевого генератора смеситель, последовательно соединенные счетчик-делитель, счетчик и дешифратор, связанные с входом специализированного вычислителя, три схемы И, цифровой компаратор, источник питания с ключом, схема ИЛИ и два формирователя одиночных импульсов, причем вход счетчика делителя соединен с выходом кварцевого генератора, первые входы первой, второй, третьей и четвертой схем И связаны с выходом смесителя, вторые входы первой, второй, третьей и четвертой схем И связаны с последующими друг за другом первым, вторым, третьим и четвертым выходами дешифратора, выходы первого и четвертого счетчика связаны с входом цифрового компаратора,
первый, второй и третий выходы которого связаны с первыми входами пятой, шестой и седьмой схем И, вторые входы которых соединены с выходом второго формирователя одиночных импульсов, вход которого соединен с четвертым выходом дешифратора, входы обнуления всех счетчиков и счетчика-делителя соединены с выходом первого формирователя одиночных импульсов, вход которого соединен с выходом схемы ИЛИ, первый вход которой через ключ соединен с источником питания, а второй вход соединен с пятым выходом дешифратора.The goal is achieved in that a thermometer containing a thermosensitive resonator, a quartz oscillator, four AND circuits, the output of each of which is connected to the input of the corresponding pulse counter, and a specialized calculator associated with the outputs of the counters, additionally introduce a mixer connected to the outputs of the thermosensitive resonator and quartz oscillator connected in series with a counter-divider, a counter and a decoder associated with the input of a specialized computer, three I circuits, a digital comparator, a source power supply with a key, an OR circuit, and two formers of single pulses, with the input of the divider counter connected to the output of the crystal oscillator, the first inputs of the first, second, third and fourth circuits AND connected to the output of the mixer, the second inputs of the first, second, third and fourth circuits AND connected with subsequent first, second, third and fourth outputs of the decoder, the outputs of the first and fourth counter are connected to the input of the digital comparator,
the first, second and third outputs of which are connected to the first inputs of the fifth, sixth and seventh circuits AND, the second inputs of which are connected to the output of the second shaper of single pulses, the input of which is connected to the fourth output of the decoder, the zeroing inputs of all counters and the counter-divider are connected to the output of the first a single pulse shaper whose input is connected to the output of the OR circuit, the first input of which is connected via a key to a power source, and the second input is connected to the fifth output of the decoder.

Наличие дополнительно введенных элементов, а также указанные оригинальные связи между ними и известными элементами позволяют считать предлагаемое устройство соответствующим как критерию "Новизна" так и критерию "Существенные отличия". The presence of additionally introduced elements, as well as the indicated original connections between them and known elements, make it possible to consider the proposed device as meeting the criterion of "Novelty" and the criterion of "Significant differences".

Изобретение иллюстрируется фиг. 1 и 2. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2.

На фиг. 1 приведена схема цифрового термометра. In FIG. 1 shows a diagram of a digital thermometer.

Цифровой термометр содержит термочувствительный резонатор 1, кварцевый генератор 2, смеситель 3, счетчик-делитель 4, пять счетчиков 5-9, дешифратор 10, семь схем И 11-17, цифровой компаратор 18, источник 19 питания и связанный с ним ключ 20, схему ИЛИ 21, два формирователя 22, 23 одиночных импульсов и специлизированный вычислитель 24, причем первый и второй входы смесителя 3 связаны с выходами термочувствительного резонатора 1 и кварцевого генератора 2, выход смесителя 3 связан с первыми входами первой, второй, третьей и четвертой схем И 11-14, вторые входы которых соединены с первым, вторым, третьим и четвертым выходами дешифратора 10, выходы схем 11-14 связаны с входами счетчиков 6-9 соответственно, выходы которых связаны со специализированным вычислителем 24, выходы счетчика 6 и счетчика 9 связаны с первым и вторым входом цифрового компаратора 18, первый, второй и третий выходы которого через первые входы схем И
15, 16, 17 соответственно связаны со специализированным вычислителем 24, вторые входы схем И 15, 16, 17 связаны с выходом формирователя 23 одиночных импульсов, вход которого связан с четвертым выходом дешифратора 10, пятый выход которого связан с вторым входом схемы ИЛИ 21, первый выход которой через ключ 20 связан с источником 19 питания, выход схемы ИЛИ 21 связан с входами обнуления счетчика-делителя 4 и счетчиков 5-9, а выход кварцевого генератора 2 через счетчик-делитель 4 и счетчик 5 связан с дешифратором 10.The digital thermometer contains a thermosensitive resonator 1, a crystal oscillator 2, a mixer 3, a divider counter 4, five counters 5-9, a decoder 10, seven circuits I 11-17, a digital comparator 18, a power source 19 and a key 20 associated with it, a circuit OR 21, two formers 22, 23 single pulses and a specialized calculator 24, and the first and second inputs of the mixer 3 are connected to the outputs of the heat-sensitive resonator 1 and the crystal oscillator 2, the output of the mixer 3 is connected to the first inputs of the first, second, third and fourth circuits And 11 -14, second cat inputs ryh are connected to the first, second, third and fourth outputs of the decoder 10, the outputs of the circuits 11-14 are connected to the inputs of the counters 6-9, respectively, the outputs of which are connected to a specialized computer 24, the outputs of the counter 6 and the counter 9 are connected to the first and second input of the digital comparator 18, the first, second and third outputs of which through the first inputs of circuits AND
15, 16, 17, respectively, are connected to a specialized calculator 24, the second inputs of the circuits AND 15, 16, 17 are connected to the output of the single pulse shaper 23, the input of which is connected to the fourth output of the decoder 10, the fifth output of which is connected to the second input of the OR circuit 21, the first the output of which is connected through a key 20 to a power source 19, the output of the OR circuit 21 is connected to the zeroing inputs of the counter-divider 4 and counters 5-9, and the output of the crystal oscillator 2 through the counter-divider 4 and counter 5 is connected to the decoder 10.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После размещения термометра в исследуемой среде перед началом первого цикла работы осуществляют кратковременное замыкание ключа (ключ-кнопка), что вызывает подачу в течение этого времени напряжения источника питания через схему ИЛИ 21 на вход формирователя 22 одиночных импульсов, в котором формируется короткий импульс, поступающий на R-входы счетчика-делителя 4 и счетчиков 5-9 и обнуляющий их. Импульсы кварцевого генератора 2 через счетчик-делитель 4, понижающий частоту их следования, поступают на счетчик 5, состояние разрядов которого анализируется дешифратором 10. Спустя некоторое время задержки τ_зад, необходимое для того, чтобы нагрев термочувствительного резонатора 1 в исследуемой среде (в случае, если температура среды больше начальной температуры термочувствительного резонатора 1) принял регулярный характер (фиг. 2а), на выходе дешифратора 10, условно принятом за первый выход, появляется единичный потенциал, поступающий на второй вход схемы И 11. При этом через первый вход схемы И 11 на счетчик 6 поступают со смесителя 3 импульсы с частотой, равной разности частот
термочувствительного резонатора 1 и кварцевого генератора 2. Через время Δ t на счетчик 5 поступает очередной импульс со счетчика-делителя 4, что вызывает исчезновение единичного потенциала на первом выходе дешифратора 10 и появление его на втором выходе. При этом схема И 11 закрывается, а схема И 12 открывается на временной интервал длительностью Δ t, обеспечивая прохождение разностной частоты на счетчик 7. Аналогичным образом происходят открывание схем И 13 и 14 на время Δ t каждая и запись импульсов разностной частоты в счетчики 8 м 9. В момент окончания четвертого временного интервала в счетчиках 6-9 будет записано количество импульсов N₁, N₂, N₃, N₄, пропорциональное значениям интегралов I₁, I₂, I₃, I₄ соответственно от текущей температуры термочувствительного резонатора. При этом коды, записанные в счетчиках 6 и 9, непрерывно сравниваются между собой в цифровом компараторе 18. Исчезновение единичного сигнала с четвертого выхода дешифратора 10 приводит к формированию в формирователе 23 одиночных импульсов единичного импульса, который поступает на вторые входы схем И 15, 16, 17, обеспечивая поступление с цифрового компаратора 18 в специализированный вычислитель 24 результатов сравнения кодов N₁ и N₄ на момент окончания
четвертого временного интервала. В зависимости от того, через какую из схем И 15-17 поступает единичный сигнал на специализированный вычислитель 24, реализуется тот или иной алгоритм нахождения оценки измеряемой температуры, причем сам факт поступления единичного сигнала по одному из входов является информацией о завершении формирования интегралов и разрешением опроса состояния счетчиков 6-9. Если начальная температура термочувствительного резонатора 1 ниже температуры исследуемой среды, то код N₁ будет меньше кода N₄ и единичный сигнал на специализированный вычислитель 24 поступит через схему И 17 с третьего выхода цифрового компаратора 18. При этом в специализированном вычислителе 24 после опроса счетчиков реализуется следующий алгоритм нахождения искомой температуры [2]
T^*=

где I_i=

T(t)dt

f_p(t)dt

• N_i, f_p(t) K•T(t)
К коэффициент пропорциональности;
T(t) и f_р(t) текущая температура и частота термочувствительного резонатора;
I_i интеграл от текущей температуры за i-й временной интервал;
N_i количество импульсов термочувствительного резонатора, накопленное за i-й временной интервал.After placing the thermometer in the test medium, before the start of the first cycle of operation, a short-circuit of the key (key-button) is performed, which causes the supply voltage to be supplied during this time through the OR circuit 21 to the input of the single pulse shaper 22, in which a short pulse is generated R-inputs of the counter-divider 4 and counters 5-9 and zeroing them. The pulses of the crystal oscillator 2 through the counter-divider 4, which reduces their repetition rate, are sent to the counter 5, the state of the discharges of which is analyzed by the decoder 10. After some delay time τ _ass , necessary to heat the thermosensitive resonator 1 in the medium under study (in the case if the temperature of the medium is higher than the initial temperature of the thermosensitive resonator 1) has taken on a regular character (Fig. 2a), at the output of the decoder 10, conventionally taken as the first output, a unit potential arriving at the second input of the circuit And 11. In this case, through the first input of the circuit And 11, the counter 6 receives pulses from the mixer 3 with a frequency equal to the frequency difference
a heat-sensitive resonator 1 and a crystal oscillator 2. After a time Δ t, another impulse from the counter divider 4 arrives at counter 5, which causes the disappearance of a unit potential at the first output of decoder 10 and its appearance at the second output. In this case, the And 11 circuit closes, and And 12 opens for a time interval of Δ t duration, ensuring the passage of the difference frequency to the counter 7. Similarly, the And 13 and 14 circuits open at the time Δ t each and the difference frequency pulses are recorded in 8 m counters 9. At the end of the fourth time interval, counters 6–9 will record the number of pulses N ₁ , N ₂ , N ₃ , N ₄ proportional to the values of the integrals I ₁ , I ₂ , I ₃ , I _4, respectively, from the current temperature of the heat-sensitive resonator. In this case, the codes recorded in the

counters

6 and 9 are continuously compared with each other in the digital comparator 18. The disappearance of a single signal from the fourth output of the decoder 10 leads to the formation in the former 23 of a single pulse of a single pulse, which is fed to the second inputs of circuits I 15, 16, 17, providing the receipt from the digital comparator 18 to a specialized computer 24 of the comparison results of codes N ₁ and N ₄ at the time of completion
fourth time interval. Depending on which of the AND 15-17 circuits a single signal is supplied to a specialized computer 24, one or another algorithm for finding an estimate of the measured temperature is implemented, and the fact of the arrival of a single signal through one of the inputs is information about the completion of the formation of integrals and the resolution of the survey condition of counters 6-9. If the initial temperature of the heat-sensitive resonator 1 is lower than the temperature of the medium under study, then the code N ₁ will be less than the code N ₄ and a single signal to the specialized calculator 24 will come through the circuit And 17 from the third output of the digital comparator 18. In this case, the following is implemented in the specialized calculator 24 after interrogating the counters algorithm for finding the desired temperature [2]
T ^* =

where I _i =

T (t) dt

f _p (t) dt

• N _i , f _p (t) K • T (t)
K coefficient of proportionality;
T (t) and f _p (t) current temperature and frequency of the thermosensitive resonator;
I _i integral of the current temperature for the i-th time interval;
N _{i is the} number of pulses of the heat-sensitive resonator accumulated over the i-th time interval.

Спустя некоторый временной интервал τ_выч, длительность которого выбирается достаточной для обеспечения требуемой частоты следования циклов работы термометра с учетом времени, необходимого для реализации алгоритма нахождения оценки температуры, с пятого выхода дешифратора 10 поступает единичный сигнал через схему ИЛИ 21 на формирователь 22 одиночных импульсов, в котором формируется короткий импульс, приводящий схему термометра в исходное состояние перед началом формирования очередной оценки искомой температуры с повторением всех описанных операций.After a certain time interval τ _calc , the duration of which is selected sufficient to ensure the required frequency of the thermometer operating cycles, taking into account the time required to implement the algorithm for finding the temperature estimate, a single signal is transmitted from the fifth output of the decoder 10 through the OR 21 circuit to a single pulse shaper 22, which forms a short pulse, bringing the thermometer circuit to its initial state before the start of the next assessment of the desired temperature with the repetition of all op sled operations.

Если температуры исследуемой среды и термочувствительного резонатора 1 равны (фиг. 2б), то коды в счетчиках 6 и 9 также равны и единичный сигнал на специализированный вычислитель 24 поступает через схему И 16 с второго выхода цифрового компаратора 18. По этому сигналу в специализированном вычислителе 24 реализуется алгоритм
T^*=

I_i=

N_i
(2)
Учитывая, что при подсчете интегралов может быть ошибка в один-два импульса разностной частоты (ошибка дискретности счета), то в цифровом компараторе 18 последние (младшие) два разряда счетчиков 6 и 9 не сравниваются между собой. Ошибка из-за такого допущения не превышает погрешности из-за дискретности счета и компенсируется за счет такого соотношения между разностной частотой f_р(t) и длительностью Δ t каждого из четырех задаваемых временных интервалов, чтобы количество накапливаемых импульсов удовлетворяло условию

γ
(3) где γ требуемая погрешность измерения I_i.If the temperatures of the test medium and the heat-sensitive resonator 1 are equal (Fig. 2b), then the codes in the

counters

6 and 9 are also equal and a single signal to the specialized computer 24 is supplied through the I 16 circuit from the second output of the digital comparator 18. This signal is used in the specialized computer 24 the algorithm is implemented
T ^* =

I _i =

N _i
(2)
Considering that when calculating the integrals there may be an error of one or two pulses of the difference frequency (count discreteness error), then in the digital comparator 18 the last (least) two bits of the

counters

6 and 9 are not compared with each other. The error due to this assumption does not exceed the error due to the discreteness of the count and is compensated for by the ratio between the difference frequency f _p (t) and the duration Δ t of each of the four specified time intervals so that the number of accumulated pulses satisfies the condition

γ
(3) where γ is the required measurement error I _i .

Уменьшению погрешности от дискретности счета способствует усреднение кодов N_i за все четыре временных интервала, что отражено зависимостью (2).The error reduction from the discreteness of counting is facilitated by the averaging of N _i codes for all four time intervals, which is reflected by dependence (2).

Если температура термочувствительного резонатора 1 превышает измеряемую температуру (фиг. 2в), то код N₁ будет больше кода N₄, в результате чего сигнал на специализированный вычислитель 24 поступает через схему И 15 с первого выхода цифрового компаратора 18. По этому сигналу в специализированном вычислителе 24 может находиться оценка Т* по алгоритму, являющемуся в общем случае функцией не только измеренных интегралов I_i, но и теплофизических свойств среды. С целью исключения необходимости настройки термометра в этом случае на конкретную среду (объект) целесообразно использовать упрощенный подход, состоящий в ожидании достижения момента охлаждения термочувствительного резонатора 1 до температуры среды (момент времени t₅) с последующей реализацией по равенству кодов N₁ и N₄ алгоритма (2). Такой подход ненамного ухудшает быстродействие термометра, зато упрощает алгоритм нахождения измеряемой температуры. Если же
важно обеспечить максимальное быстродействие измерений, то определяется алгоритм вычисления температуры по найденным значениям N_i с учетом теплообмена между термочувствительным резонатором 1 и средой от момента t_o до момента t₄. Таким образом, если начальная температура термочувствительного резонатора превышает измеряемую температуру, о чем свидетельствует появление единичного сигнала на первом выходе цифрового компаратора 18, то в специализированный вычислитель закладывается один из двух алгоритмов:
если требуется максимальная частота получения оценок измеряемой быстро охлаждающейся среды, то предварительно исследуются теплофизические свойства этой среды и разрабатывается алгоритм (аналогичный алгоритму (1)) нахождения измеряемой температуры, учитывающий не только измеренные значения интегралов I₁-I₄, но и теплофизические свойства исследуемой среды;
если максимального быстродействия не требуется, то оценка в данном цикле не находится, а цикл измерений повторяется до тех пор, пока коды N₁ и N₄ не сравняются (термочувствительный элемент при этом придет в тепловое равновесие с исследуемой средой) и не появится единичный сигнал с второго выхода цифрового компаратора 18, что приведет к реализации алгоритма (2).If the temperature of the thermosensitive resonator 1 exceeds the measured temperature (Fig. 2c), then the code N ₁ will be greater than the code N ₄ , as a result of which the signal to the specialized computer 24 comes through the And 15 circuit from the first output of the digital comparator 18. This signal is used in the specialized computer 24, there can be an estimate of T * according to an algorithm that in the general case is a function of not only the measured integrals I _i , but also the thermophysical properties of the medium. In order to eliminate the need to configure the thermometer in this case for a specific medium (object), it is advisable to use a simplified approach, consisting of waiting for the moment of cooling of the heat-sensitive resonator 1 to reach the temperature of the medium (time t ₅ ), followed by the implementation of the equality of codes N ₁ and N _{4 of the} algorithm (2). This approach does not significantly affect the performance of the thermometer, but it simplifies the algorithm for finding the measured temperature. If
it is important to ensure the maximum measurement performance, then the algorithm for calculating the temperature from the found values of N _i is determined taking into account the heat transfer between the heat-sensitive resonator 1 and the medium from time t _o to time t ₄ . Thus, if the initial temperature of the heat-sensitive resonator exceeds the measured temperature, as evidenced by the appearance of a single signal at the first output of the digital comparator 18, then one of two algorithms is laid in a specialized computer:
if the maximum frequency of obtaining estimates of a rapidly cooling medium is estimated, then the thermophysical properties of this medium are preliminary investigated and an algorithm (similar to algorithm (1)) for finding the measured temperature is developed that takes into account not only the measured values of the integrals I ₁ -I ₄ , but also the thermophysical properties of the medium ;
if maximum speed is not required, then the assessment is not found in this cycle, and the measurement cycle is repeated until the codes N ₁ and N ₄ are equal (the heat-sensitive element in this case comes into thermal equilibrium with the medium under study) and a single signal with the second output of the digital comparator 18, which will lead to the implementation of algorithm (2).

Второй случай более универсален и является основным в заявке, поэтому конкретные алгоритмы оценивания температуры с учетом теплофизических свойств среды не приводятся. The second case is more universal and is the main one in the application; therefore, specific algorithms for estimating the temperature taking into account the thermophysical properties of the medium are not given.

Длительность временной задержки перед началом измерений задается постоянной для всех трех случаев соотношения температуры среды и начальной температуры термочувствительного резонатора 1 и определяется при калибровке термометра как временной интервал, по окончании которого нагрев и охлаждение термочувствительного резонатора 1 будет находиться в стадии регулярного процесса. The duration of the time delay before the start of measurements is set constant for all three cases of the ratio of the temperature of the medium to the initial temperature of the thermosensitive resonator 1 and is determined during calibration of the thermometer as the time interval after which the heating and cooling of the thermosensitive resonator 1 will be in the regular process stage.

Частота кварцевого генератора 2 ввиду того, что считается целое количество импульсов, выбирается невысокой. Ее смешение с частотой термочувствительного резонатора 1 осуществляется с целью понижения измеряемой частоты для исключения излишней, притом неинформативной, перегрузки счетчиков. The frequency of the crystal oscillator 2, due to the fact that an integer number of pulses is considered, is selected low. Its mixing with the frequency of the heat-sensitive resonator 1 is carried out in order to lower the measured frequency to eliminate unnecessary, moreover, uninformative, overloading of the counters.

Формирователи 22 и 23 одиночных импульсов срабатывают при перепаде на их входах потенциалов: с низкого на высокий (22) и с высокого на низкий (23). Длительность импульса, формируемого формирователем 23 одиночных импульсов выбирается достаточной для того, чтобы коды, сформированные в счетчиках 6 и 9, успели сравниться в цифровом компараторе 18, а результат их сравнения поступить в специализированный вычислитель 24. Shapers 22 and 23 of single pulses are triggered by a differential at their potential inputs: from low to high (22) and from high to low (23). The duration of the pulse generated by the shaper 23 of single pulses is selected sufficient so that the codes generated in the counters 6 and 9 have time to compare in the digital comparator 18, and the result of their comparison go to a specialized computer 24.

Все рассмотренные элементы и узлы предлагаемого термометра являются стандартными и известными. Архитектура построения и функционирования микропроцессоров и микроЭВМ для использования их в качестве специализированных вычислителей известна. All considered elements and nodes of the proposed thermometer are standard and well-known. The architecture of the construction and functioning of microprocessors and microcomputers for using them as specialized computers is known.

Положительный эффект доказывается следующими рассуждениями. В устройстве-прототипе перед началом каждого измерения термочуствительный элемент охлаждают до температуры, которая должна быть меньшей, чем измеряемая. Это, во-первых, требует наличия специального охладителя, во-вторых, не позволяет измерять температуру, меньшую, чем выбранная, начальная температура термочувствительного элемента, в-третьих, надо быть заведомо уверенным в том, что начальная температура термочувствительного элемента действительно ниже измеряемой температуры. Такая уверенность может быть лишь в случае, когда диапазон возможных температур исследуемой среды (объекта) известен, что существенно снижает возможности известного устройства по исследованию неизвестных сред (объектов). Уменьшение абсолютного значения начальной температуры расширяет диапазон измерения и повышает уверенность в необходимом соотношении температур, расширяет
диапазон измерения, однако требует все больших энергетических и временных затрат для большего охлаждения и ограничивается возможностями (и габаритами) охладителя. Кроме того, не всегда можно быть уверенным, что выбранная начальная температуры меньше измеряемой, причем достаточно меньше для проведения точного измерения. Если не обеспечить достаточной положительной разности между измеряемой температурой и начальной температурой термочувствительного элемента, то значения интегралов будут близки друг к другу, поэтому исследуемый в прототипе алгоритм
T_c=

будет давать увеличивающуюся по мере сближения значений интегралов погрешность в связи с возрастанием веса индивидуальных погрешностей измерения интегралов на общую погрешность измерения. В предельном случае, когда начальная температура термочувствительного элемента и температура среды равны, данный алгоритм не работает, поскольку числитель и знаменатель равны нулю.The positive effect is proved by the following reasoning. In the prototype device, before the start of each measurement, the thermosensitive element is cooled to a temperature that should be less than the measured one. This, firstly, requires a special cooler, secondly, it does not allow measuring the temperature lower than the selected initial temperature of the thermally sensitive element, thirdly, you must be sure that the initial temperature of the thermally sensitive element is really lower than the measured temperature . Such confidence can only be in the case when the range of possible temperatures of the investigated medium (object) is known, which significantly reduces the capabilities of the known device for the study of unknown environments (objects). Reducing the absolute value of the initial temperature expands the measurement range and increases confidence in the required temperature ratio, expands
the measurement range, however, requires increasing energy and time costs for greater cooling and is limited by the capabilities (and dimensions) of the cooler. In addition, it is not always possible to be sure that the selected initial temperature is less than the measured one, and less than that for an accurate measurement. If you do not provide a sufficient positive difference between the measured temperature and the initial temperature of the heat-sensitive element, then the values of the integrals will be close to each other, therefore, the algorithm studied in the prototype
T _c =

will give an error increasing as the values of the integrals approach, due to an increase in the weight of individual measurement errors of the integrals by the total measurement error. In the extreme case, when the initial temperature of the thermosensitive element and the temperature of the medium are equal, this algorithm does not work, since the numerator and denominator are equal to zero.

Предлагаемое устройство лишено этих недостатков. Если измеряемая температура выше начальной температуры термочувствительного элемента, то реализуется алгоритм (1), а если измеряемая температура ниже или равна температуре термочувствительного элемента, то реализуется алгоритм (2). The proposed device is devoid of these disadvantages. If the measured temperature is higher than the initial temperature of the thermally sensitive element, then algorithm (1) is implemented, and if the measured temperature is lower than or equal to the temperature of the thermally sensitive element, then algorithm (2) is implemented.

Никакого специального охлаждения термочувствительного элемента не требуется, что существенно упрощает функционирование термометра. Диапазон предлагаемого термометра более широкий, чем известного, у которого он ограничен возможностями охладителя. Точность предлагаемого термометра также более высокая, поскольку в устройстве предусмотрен анализ соотношения температуры среды и термочувствительного элемента для выбора соответствующего алгоритма. Быстродействие предлагаемого термометра даже в случае более высокой начальной температуры термочувствительного элемента более высокая, чем у прототипа, поскольку в предлагаемом термометре термочувствительный элемент охлаждается до температуры среды, а в прототипе его надо охлаждать до более низкой температуры. В остальных случаях предлагаемый термометр намного более быстродействующий, чем известный, поскольку охлаждение не требуется вообще. Сформированная в специализированном вычислителе 24 оценка температуры далее используется по назначению (поступает на индикатор, регистрируется и т.д.). Одновременно с оценкой может выдаваться дополнительная информация об используемом алгоритме. No special cooling of the thermosensitive element is required, which greatly simplifies the operation of the thermometer. The range of the proposed thermometer is wider than the known one, in which it is limited by the capabilities of the cooler. The accuracy of the proposed thermometer is also higher, since the device provides an analysis of the ratio of the temperature of the medium and the thermosensitive element to select the appropriate algorithm. The speed of the proposed thermometer, even in the case of a higher initial temperature of the thermally sensitive element, is higher than that of the prototype, since in the proposed thermometer the thermally sensitive element is cooled to ambient temperature, and in the prototype it must be cooled to a lower temperature. In other cases, the proposed thermometer is much faster than known, since cooling is not required at all. The temperature estimate generated in the specialized calculator 24 is then used for its intended purpose (it enters the indicator, is recorded, etc.). Simultaneously with the assessment, additional information about the algorithm used may be provided.

Применение термометра может быть самым разнообразным, включая его использование в целях контроля и предотвращения развития пожаро- и взрывоопасных ситуаций. The use of the thermometer can be very diverse, including its use in order to control and prevent the development of fire and explosive situations.

Claims

A DIGITAL THERMOMETER containing a thermosensitive resonator, a quartz oscillator, five AND circuits, the outputs of the first four of which are connected to the input of the corresponding pulse counter, a specialized calculator connected to the outputs of four counters, and a power supply with a key, characterized in that it is connected with the outputs of the heat-sensitive resonator and crystal oscillator mixer, connected in series with a counter-divider, counter and decoder associated with the input of a specialized computer, pole and a seventh additional AND circuit, a digital comparator, an OR circuit, and first and second pulse shaper, the fifth AND circuit being connected to the input of a specialized calculator, the input of the counter-divider connected to the output of the crystal oscillator, the first inputs of the first four AND circuits connected to the outputs of the mixer, the second inputs of the first four circuits And are connected to the first, second, third and fourth outputs of the decoder sequentially, the outputs of the first and fourth counters are connected to the input of the digital comparator, first, w The second and third outputs of which are connected to the first inputs of the fifth, sixth and seventh circuits AND, the second inputs of which are connected to the outputs of the second shaper of single pulses, the input of which is connected to the fourth output of the decoder, the zeroing inputs of all counters and the counter-divider are connected to the output of the first shaper of single pulses, the input of which is connected to the output of the OR circuit, the first input of which is connected via a key to a power source, and the second input is connected to the fifth output of the decoder.