RU2212637C1 - Цифровой термометр - Google Patents

Цифровой термометр Download PDF

Info

Publication number
RU2212637C1
RU2212637C1 RU2002119072/28A RU2002119072A RU2212637C1 RU 2212637 C1 RU2212637 C1 RU 2212637C1 RU 2002119072/28 A RU2002119072/28 A RU 2002119072/28A RU 2002119072 A RU2002119072 A RU 2002119072A RU 2212637 C1 RU2212637 C1 RU 2212637C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
frequency
code
counter
Prior art date
Application number
RU2002119072/28A
Other languages
English (en)
Inventor
О.И. Буренева
нников Н.М. Сафь
Н.М. Сафьянников
П.Н. Бондаренко
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)"
Priority to RU2002119072/28A priority Critical patent/RU2212637C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2212637C1 publication Critical patent/RU2212637C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Abstract

Изобретение предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом и направлено на создание цифрового термометра со сглаживанием пульсаций при выполнении преобразований, связанных с получением результата. Цифровой термометр включает термопреобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, триггер, преобразователь кода в частоту и блок индикации, второй реверсивный счетчик, два регистра и второй преобразователь кода в частоту. Техническим результатом является повышение точности линеаризации. 3 ил.

Description

Изобретение касается температурных измерений и предназначено для работы с термопреобразователями с частотным выходным сигналом, у которых выходная частота F связана с температурой t зависимостью
Figure 00000002
Изобретение может найти применение при построении цифровых термометров, работающих с термопреобразователями, имеющими частотный выходной сигнал, например пьезокварцевыми.
Известен цифровой термометр [1], содержащий термопреобразователь с частотным выходом, два генератора опорных частот, реверсивный и суммирующий счетчики, три элемента И, триггер, блок индикации, преобразователи частоты в код и кода в частоту.
Недостатками цифрового термометра [1] являются низкое быстродействие и невысокая точность измерений вследствие наличия пульсаций выходного кода, вызванных неравномерностью импульсных последовательностей.
Из числа аналогов наиболее близким по технической сущности является цифровой термометр [2], который и выбран в качестве прототипа. Прототип по сравнению с аналогом является более простым устройством.
Прототип содержит термопреобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, триггер, преобразователь кода в частоту и блок индикации, причем входы второго элемента И объединены соответственно: первый - с вычитающим входом реверсивного счетчика и выходом преобразователя кода в частоту, второй - с первым входом первого элемента И, с выходом триггера и с суммирующим по весовому коэффициенту n входом реверсивного счетчика, а входы триггера подключены соответственно: установочный - к выходу термопреобразователя, сбрасывающий - к выходу переноса суммирующего счетчика, соединенного счетным входом с выходом первого элемента И, второй вход которого объединен с выходом генератора опорной частоты и с частотным входом преобразователя кода в частоту. Кроме того, прототип содержит преобразователь частоты в код, выход которого подключен ко входу блока индикации, а вход соединен с выходом второго элемента И, причем выход реверсивного счетчика соединен с кодовым входом преобразователя кода в частоту.
Цифровой термометр работает в непрерывном режиме. Он обеспечивает линеаризацию характеристик термопреобразователей с зависимостью
Figure 00000003

где F(to) - выходная частота термопреобразователя,
to - температура,
а - постоянный коэффициент.
На выходе преобразователя частоты в код за принятый интервал времени преобразования Т, определяемый конструкцией этого преобразователя, формируется тождественное выражение в виде кода
Figure 00000004

Таким образом, код Nx, представляемый блоком индикации, будет пропорционален квадрату частоты термопреобразователя с коэффициентом пропорциональности
Figure 00000005

то есть
Figure 00000006

В результате обеспечивается линеаризация характеристики термопреобразователя.
Недостатком прототипа [2] является невысокая точность преобразований вследствие наличия пульсаций выходного кода.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание цифрового термометра со сглаживанием пульсаций при выполнении преобразований, связанных с получением результата.
Техническим результатом является повышение точности линеаризации.
Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее термопреобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, триггер, преобразователь кода в частоту и блок индикации, причем входы второго элемента И объединены соответственно первый - с вычитающим входом реверсивного счетчика и выходом преобразователя кода в частоту, второй - с первым входом первого элемента И, с выходом триггера и с суммирующим по весовому коэффициенту n входом реверсивного счетчика, а входы триггера подключены соответственно установочный - к выходу термопреобразователя, сбрасывающий - к выходу переноса суммирующего счетчика, соединенного счетным входом с выходом первого элемента И, второй вход которого объединен с выходом генератора опорной частоты и с частотным входом преобразователя кода в частоту, согласно изобретению введены второй реверсивный счетчик, два регистра и второй преобразователь кода в частоту, кодовый вход которого подключен к выходу второго регистра и ко входу блока индикации, частотный вход - к выходу генератора опорной частоты, а выход - к вычитающему входу второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход cоединен с кодовым входом второго регистра, причем кодовый вход первого регистра соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход - с кодовым входом преобразователя кода в частоту, прямые динамические входы записи регистров подключены к выходу триггера.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в создании цифрового термометра с повышенной точностью преобразований за счет двукратного использования запоминающей обратной связи при каскадном получении квадратичной зависимости в процессе линеаризации, благодаря чему сглаживаются пульсации, возникающие при выполнении преобразований.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого цифрового термометра, на фиг. 2 - временные диаграммы переходного процесса, а на фиг. 3 - временные диаграммы процессов, протекающих в устройстве в установившемся режиме.
Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с частотным выходом, генератор опорной частоты 2, первый и второй элементы И 3 и 4, реверсивный счетчик 5, суммирующий счетчик 6, триггер 7, преобразователь кода в частоту 8 и блок индикации 9, второй реверсивный счетчик 10, два регистра 11 и 12 и второй преобразователь кода в частоту 13, причем входы второго элемента И 4 объединены соответственно: первый - с вычитающим входом реверсивного счетчика 5 и выходом преобразователя кода в частоту 8, второй - с первым входом первого элемента И 3, с выходом триггера 7 и с суммирующим по весовому коэффициенту n входом реверсивного счетчика 5, а входы триггера 7 подключены соответственно установочный - к выходу термопреобразователя 1, сбрасывающий - к выходу переноса суммирующего счетчика 6, соединенного счетным входом с выходом первого элемента И 3, второй вход которого объединен с выходом генератора опорной частоты 2 и с частотным входом преобразователя кода в частоту 8, причем кодовый вход второго преобразователь кода в частоту 13 подключен к выходу второго регистра 12 и ко входу блока индикации 9, частотный вход - к выходу генератора опорной частоты 2, а выход - к вычитающему входу второго реверсивного счетчика 10, суммирующий вход которого соединен с выходом второго элемента И 4, а выход соединен с кодовым входом второго регистра 12, причем кодовый вход первого регистра 11 соединен с выходом реверсивного счетчика 5, а выход - с кодовым входом преобразователя кода в частоту 8, прямые динамические входы записи регистров 11 и 12 подключены к выходу триггера 7.
Цифровой термометр работает следующим образом.
Генератор опорной частоты 2 вырабатывает опорную импульсную последовательность с частотой F1, причем частота F1 должна быть много больше выходной частоты F(t) термопреобразователя 1.
Пусть в начальный момент времени счетчики 5, 6 и 10, регистры 11 и 12, а также триггер 7 находятся в нулевом состоянии, и вследствие этого элементы И 3 и 4 закрыты.
Первый импульс с выхода термопреобразователя 1 поступает на вход установки S триггера 7 и устанавливает его в единицу. Появление единичного уровня на выходе триггера 7 инициирует запись нулевого кода из счетчиков 5 и 10 в регистры 11 и 12 соответственно, а фиксация этого уровня обеспечивает пропускание частотной последовательности F1 от генератора 2 через элемент И 3 на суммирующий счетчик 6, что делает его состояние отличным от нуля. Установка триггера 7 в единичное состояние приводит также к срабатыванию счетчика 5 по суммирующему с весовым коэффициентом n входу, при этом счетчик 5 сразу увеличивает свое содержимое на n.
На суммирующем входе второго реверсивного счетчика 10 и на вычитающих входах обоих счетчиков 5 и 10 импульсы с преобразователей кода в частоту 8 и 13 отсутствуют, что обусловлено нулевыми кодами на выходах регистров 11 и 12.
Счетчик 6, считая импульсы опорной частоты F1, через время τ переполняется и, тем самым, сбрасывает триггер 7. В результате этого элементы И 3 и 4 запираются, что приводит к блокировке поступления импульсов с выхода генератора частоты 2 на счетный вход счетчика 6.
Это состояние устройства сохраняется до появления следующего импульса с выхода термопреобразователя 1.
Второй импульс с выхода термопреобразователя 1 снова устанавливает триггер 7 в единичное состояние. Появление единичного уровня на выходе триггера 7 инициирует запись ненулевого кода из счетчика 5 в регистр 11 и нулевого кода из счетчика 10 в регистр 12, а фиксация этого уровня обеспечивает пропускание частотной последовательности F1 от генератора 2 через элемент И 3 на суммирующий счетчик 6, что вновь делает его состояние отличным от нуля. Установка триггера 7 в единичное состояние приводит также к срабатыванию счетчика 5 по суммирующему с весовым коэффициентом n входу, при этом счетчик 5 вновь увеличивает свое содержимое на n.
Ненулевой код, удерживаемый на выходе регистра 11, приводит к срабатыванию преобразователя кода в частоту 8, что обеспечивает появление импульсов на вычитающем входе счетчика 5. Эти же импульсы проходят на суммирующий вход счетчика 10 через элемент И 4, открытый единичным состоянием триггера 7. На вычитающем входе второго реверсивного счетчика 10 импульсы с преобразователя кода в частоту 13 отсутствуют, что обусловлено нулевым кодом на выходе регистра 12.
Счетчик 6, считая импульсы опорной частоты F1, через время τ переполняется и, тем самым, вновь сбрасывает триггер 7. В результате этого элементы И 3 и 4 снова запираются, что приводит к блокировке поступления импульсов с выхода генератора частоты 2 на счетный вход счетчика 6, а также импульсов с выхода преобразователя кода в частоту 8 на суммирующий вход реверсивного счетчика 10.
Это состояние устройства сохраняется до появления следующего импульса с выхода термопреобразователя 1.
Третий импульс с выхода термопреобразователя 1 снова устанавливает триггер 7 в единичное состояние. Появление единичного уровня на выходе триггера 7 обеспечивает запись содержимого счетчиков 5 и 10 в регистры 11 и 12 соответственно. Фиксация единичного уровня на выходе триггера 7 обеспечивает прохождение частотной последовательности F1 от генератора 2 через элемент И 3 на суммирующий счетчик 6, что вновь делает его состояние отличным от нуля. Установка триггера 7 в единичное состояние приводит также к срабатыванию счетчика 5 по суммирующему с весовым коэффициентом n входу, при этом счетчик 5 вновь увеличивает свое содержимое на n.
Код, удерживаемый на выходе регистра 11, приводит к срабатыванию преобразователя кода в частоту 8, что обеспечивает появление импульсов на вычитающем входе счетчика 5. Эти же импульсы проходят на суммирующий вход счетчика 10 через элемент И 4, открытый единичным состоянием триггера 7.
Ненулевой код, зафиксированный на выходе регистра 12, обеспечивает срабатывание преобразователя кода в частоту 13, что приводит к появлению импульсов на вычитающем входе реверсивного счетчика 10.
Счетчик 6, считая импульсы опорной частоты F1, через время τ снова переполняется, и вновь сбрасывает триггер 7. В результате этого элементы И 3 и 4 запираются, что приводит к блокировке поступления импульсов с выхода генератора частоты 2 на счетный вход счетчика 6, а также импульсов с выхода преобразователя кода в частоту 8 на суммирующий вход реверсивного счетчика 10.
Это состояние устройства сохраняется до появления следующего импульса с выхода термопреобразователя 1. С приходом очередного импульса с выхода термопреобразователя 1 процесс повторяется.
Принцип действия цифрового термометра основан на модуляции опорной частотно-импульсной последовательности широтно-импульсными сигналами с постоянной длительностью и изменяющимся в зависимости от входного сигнала периодом, определяющим время срабатывания запоминающих обратных связей, с целью выработки и автоматической компенсации сигналов рассогласования в каскадах при получении линеаризующей квадратичной зависимости, что обеспечивает фиксацию в каскадах значений кодов, сформированных в течение периода, и выработку благодаря этому постоянных на периоде соответствующих частотных последовательностей при стабильном удержании результата.
Наличие в устройстве контуров отрицательных обратных связей обеспечивает выход в режим установившегося динамического равновесия. Этот режим характеризуется равенством количества импульсов с учетом их весовых коэффициентов, которые поступают на суммирующий N+ и на вычитающий N- входы реверсивных счетчиков 5 и 10 в течение временного интервала τ, то есть
nN+(СТ5)=N-(СТ5) или nF+(СТ5)=F-(СТ5) (1)
и
N+(СТ10)=N-(СТ10) или F+(СТ10)=F-(СТ10),
где F+ и F- - средние значения частот импульсных последовательностей на суммирующем и вычитающем входах счетчиков 5 и 10.
На суммирующий вход счетчика 5 за период
Figure 00000007
сигнала от термодатчика приходит один импульс, и, исходя из этого, можно записать равенство
Figure 00000008

На вычитающий вход реверсивного счетчика 5 поступает импульсная последовательность с выхода преобразователя кода в частоту 8
F-(СТ5)=N(RG12)F1/2r. (4)
где N(RG11) - входной код преобразователя кода в частоту 8, снимаемый с выхода регистра 11,
r - разрядность преобразователя кода в частоту 8 и регистра 11.
Среднее значение частоты импульсной последовательности на суммирующем входе счетчика 10 за период сигнала от термопреобразователя определяется следующим образом
F+(СТ10)=F-(СТ5)θ,
или с учетом (4)
F+(СТ10)=θN(RG11)F1/2r, (5)
где
Figure 00000009
относительная длительность единичного уровня на выходе триггера за период сигнала термодатчика.
На вычитающий вход реверсивного счетчика 10 поступает импульсная последовательность с выхода преобразователя кода в частоту 13
F-(CT10)=N(RG12)F1/2r (6)
где N(RG12) - входной код преобразователя кода в частоту 13, снимаемый с выхода регистра 12.
В установившемся режиме количество импульсов, пришедших на суммирующий и вычитающий входы реверсивных счетчиков за один период Tf(t) работы устройства, равны, что и позволяет получить следующие равенства:
- для счетчика 5 из уравнения (1) с учетом (3), (4)
Figure 00000010

или
Figure 00000011
(7)
- для счетчика 10 из уравнения (2) с учетом (5), (6)
θN(RG11)F1/2r=N(RG12)F1/2r или N(RG12)=θN(RG11). (8)
Относительная длительность θ определяется через постоянную длительность единичного импульса τ =k/f1 и частоту термопреобразователя F(to) следующим образом
θ = τF(t°),
где к - коэффициент деления счетчика 6.
Принимая соотношение веса n суммирующего входа счетчика 5
n = τF1,
из равенств (7) и (8) получаем
N(RG12)=n22rF(to)2/F12. (9)
Таким образом, за один период сигнала термодатчика на регистре 12 будет сформировано текущее значение кода, пропорционального измеряемой температуре, которое поступит на блок индикации 9.
При этом на выходе преобразователя кода в частоту 13 будет формироваться импульсная последовательность с частотой, определяемой равенствами (6) и (9)
F-(CT10)=n2F(to)2/F1,
что за принятый интервал времени преобразования Т, будет соответствовать коду
Nx=TF-(CT10)
или
Nx=n2TF(to)2/F1.
Таким образом, функциональная характеристика заявляемого устройства соответствует функциональной характеристике прототипа.
В прототипе в течение периода сигнала от термопреобразователя TF(t) получаемый в частотном виде результат F(t, θ) представляет собой широтно-модулированную импульсную последовательность
Figure 00000012

где i= 0, 1, 2,...;
t - текущее время.
Эта импульсная последовательность имеет значительную неравномерность, определяемую широтным модулированием (10). Поэтому для получения результата с приемлемым уровнем пульсаций требуется усреднение за большой интервал времени преобразования Т, который должен превышать период сигнала от термодатчика Tf(t) в зависимости от требуемой точности, Т>>тf(t).
В заявляемом устройстве, за счет двукратного использования запоминающей обратной связи, усреднение естественным образом происходит непосредственно в контурах обратных связей, причем за время, равное периоду сигнала от термодатчика Tf(t). Результат удерживается в течение всего периода на выходном регистре контура обратной связи, и, следовательно, здесь в принципе отсутствуют пульсации на выходе устройства.
Кроме того, в заявляемом устройстве не требуется большого интервала времени преобразования Т для подавления пульсаций результата, так как достаточно выполнения условия Т = TF(t).
Таким образом, в заявляемом устройстве решена задача сглаживания пульсаций при выполнении преобразований, связанных с получением результата, и тем самым повышена точность линеаризации.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1520360. Гулин А.И., Забелина С.В., Сафьянников Н.М. и Угрюмов Е.П. Цифровой термометр, кл. G 01 К 7/32, заявлено 1987 г., опубликовано 1989 г., бюл.41.
2. Патент РФ 2135965. Бондаренко П.Н., Сафьянников Н.М. Цифровой термометр, кл. G 01 К 7/32, заявлено 1997 г., опубликовано 1999 г., бюл. 24.

Claims (1)

  1. Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с частотным выходом, генератор опорной частоты, первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, триггер, преобразователь кода в частоту и блок индикации, причем входы второго элемента И объединены соответственно первый с вычитающим входом реверсивного счетчика и выходом преобразователя кода в частоту, второй - с первым входом первого элемента И, с выходом триггера и с суммирующим по весовому коэффициенту n входом реверсивного счетчика, а входы триггера подключены соответственно установочный к выходу термопреобразователя, сбрасывающий - к выходу переноса суммирующего счетчика, соединенного счетным входом с выходом первого элемента И, второй вход которого объединен с выходом генератора опорной частоты и с частотным входом преобразователя кода в частоту, отличающийся тем, что в устройство введены второй реверсивный счетчик, два регистра и второй преобразователь кода в частоту, кодовый вход которого подключен к выходу второго регистра и ко входу блока индикации, частотный вход - к выходу генератора опорной частоты, а выход - к вычитающему входу второго реверсивного счетчика, суммирующий вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход соединен с кодовым входом второго регистра, причем кодовый вход первого регистра соединен с выходом реверсивного счетчика, а выход - с кодовым входом преобразователя кода в частоту, прямые динамические входы записи регистров подключены к выходу триггера.
RU2002119072/28A 2002-07-15 2002-07-15 Цифровой термометр RU2212637C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002119072/28A RU2212637C1 (ru) 2002-07-15 2002-07-15 Цифровой термометр

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002119072/28A RU2212637C1 (ru) 2002-07-15 2002-07-15 Цифровой термометр

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2212637C1 true RU2212637C1 (ru) 2003-09-20

Family

ID=29777826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002119072/28A RU2212637C1 (ru) 2002-07-15 2002-07-15 Цифровой термометр

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2212637C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2510492C2 (ru) * 2012-05-17 2014-03-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Цифровой термометр
RU2519860C2 (ru) * 2012-04-10 2014-06-20 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Цифровой термометр
RU2690079C1 (ru) * 2018-08-02 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Цифровой термометр

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2519860C2 (ru) * 2012-04-10 2014-06-20 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Цифровой термометр
RU2510492C2 (ru) * 2012-05-17 2014-03-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Цифровой термометр
RU2690079C1 (ru) * 2018-08-02 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Цифровой термометр

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2550464C (en) High resolution time interval measurement apparatus and method
RU2212637C1 (ru) Цифровой термометр
JPH08211165A (ja) パルス持続時間測定装置
CZ186596A3 (en) Digital phase detector
CN112236942A (zh) NB-IoT设备的睡眠定时器的数字石英温度和漂移补偿的方法和装置
RU2207529C1 (ru) Цифровой термометр
RU2312315C1 (ru) Цифровой термометр
JP3926241B2 (ja) ディスクドライブにおける適応的トラックゼロクロッシング信号発生装置及び方法
RU2260778C1 (ru) Устройство для измерения средней температуры
US3681581A (en) Digital control and information system
CN112082607B (zh) 时间测量装置以及方法
SU918873A1 (ru) Цифровой частотомер
RU2255366C1 (ru) Устройство для измерения серий временных интервалов
RU2135965C1 (ru) Цифровой термометр
RU2627136C1 (ru) Многоканальное устройство для измерения временных интервалов
RU2039953C1 (ru) Цифровой термометр
SU798831A1 (ru) Умножитель частоты
SU868769A1 (ru) Цифровой линейный экстрапол тор
RU2046354C1 (ru) Устройство для измерения электрической энергии
JP3124990B2 (ja) 計測値−周波数変換装置
SU1575180A1 (ru) Устройство дл умножени частоты следовани импульсов
SU1464048A1 (ru) Многоточечный цифровой термометр
SU1056216A1 (ru) Устройство дл измерени автокоррел ционной функции псевдослучайного сигнала
SU601625A1 (ru) Преобразователь частота -код
SU1208570A1 (ru) Устройство дл считывани графической информации

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20051117

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150716