RU2519860C2 - Цифровой термометр - Google Patents

Цифровой термометр Download PDF

Info

Publication number
RU2519860C2
RU2519860C2 RU2012114048/28A RU2012114048A RU2519860C2 RU 2519860 C2 RU2519860 C2 RU 2519860C2 RU 2012114048/28 A RU2012114048/28 A RU 2012114048/28A RU 2012114048 A RU2012114048 A RU 2012114048A RU 2519860 C2 RU2519860 C2 RU 2519860C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
inputs
outputs
code
Prior art date
Application number
RU2012114048/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012114048A (ru
Inventor
Владимир Михайлович Строев
Александр Иванович Фесенко
Игорь Николаевич Ищук
Original Assignee
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
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 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2012114048/28A priority Critical patent/RU2519860C2/ru
Publication of RU2012114048A publication Critical patent/RU2012114048A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2519860C2 publication Critical patent/RU2519860C2/ru

Links

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для работы с термопреобразователями с импульсным выходным сигналом. Цифровой термометр содержит термопреобразователь с импульсным выходом, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик с прямыми динамическими входами, параллельный регистр с инверсным динамическим синхровходом, элемент И, элемент НЕ, преобразователь код-частота (ГТКЧ) и дополнительно введенное ПЗУ. При этом вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу ПКЧ, частотный вход, которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, а второй вход элемента И связан с выходом элемента НЕ, соединенного с выходом термопреобразователя. Суммирующий вход реверсивного счетчика с весовым коэффициентом k подключен к выходу термопреобразователя и синхровходу параллельного регистра, выходы реверсивного счетчика подключены к входам параллельного регистра, выходы которого соединены с кодовыми входами ПКЧ и с входами ПЗУ, выходы которого являются выходами устройства. Технический результат: повышение точности измерения температуры и расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Description

Предполагаемое изобретение относится к термометрии и предназначено для работы с термопреобразователями с импульсным выходным сигналом.
Известно устройство для измерения температуры (Пат. №2212637 Российская Федерация, МПК7 G01K 7/32. Цифровой термометр / Сафьянников Н.М., Буренева О.И., Бондаренко П.Н. - №2002119072; заявл. 15.07.02; опубл. 20.09.03, Бюл. №26), содержащее термопреобразователь, генератор опорной частоты, два элемента И, два реверсивных счетчика, суммирующий счетчик, два регистра, триггер, два преобразователя код-частота и блок индикации.
Недостатками этого устройства являются: сложность реализации, обусловленная некорректным выбором способа получения значения квадрата частоты термопреобразователя, а также (функциональная ограниченность, обусловленная возможностью использования термопреобразователей с частотным выходным сигналом, у которых выходная частота F(t°) обязательно должна быть связана с температурой t° зависимостью
Figure 00000001
.
Известно также устройство (A Hardware Interface for the TMP04 / Serial Digital Output Thermometers (Electronic resource), 2002, p.15), содержащее термопреобразователь, генератор частоты, счетчик, регистр, два элемента И и инвертор, причем выход термопреобразователя подключен к первому входу первого элемента И и ко входу инвертора, выход которого подсоединен к первому входу второго элемента И, а выход счетчика подключен ко входу регистра, выход которого является выходом устройства, устройство содержит также второй регистр, два мультивибратора, элемент исключающее ИЛИ, три резистора, три конденсатора, причем выход термопреобразователя подключен также ко второму входу элемента Исключающее ИЛИ и к выводу первого резистора, второй вывод которого подсоединен к первому входу элемента Исключающее ИЛИ и к выводу первого конденсатора, соединенного другим выводом с нулевой шиной, а выход элемента Исключающее ИЛИ подсоединен к первому входу первого мультивибратора, второй вход которого подсоединен к шине питания, а выход - ко вторым входам первого и второго элементов И и ко второму входу второго мультивибратора, первый вход которого подключен к нулевой шине, а выход - ко входу сброса счетчика, причем второй конденсатор подключен между первым и вторым входами времязадающей цепи первого мультивибратора, а второй резистор - между этим вторым входом и шиной питания, аналогично подключены третий конденсатор и третий резистор к входами времязадающей цепи второго мультивибратора, а выходы первого и второго элементов И подключены ко входам записи соответственно первого и второго регистров, причем выход второго регистра является вторым выходом устройства, а вход подключен к выходу счетчика, соединенного счетным входом с выходом генератора.
Недостатками данного устройства являются отсутствие совмещения процессов измерения и вычислительной обработки, что приводит к необходимости проведения дополнительных вычислений для получения значения измеряемой температуры, а также отсутствие следящего отказоустойчивого измерения температуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому предполагаемому изобретению является цифровой термометр (пат. RU №2312315, G01K 7/32, Заявл. 10.05.2006; Опубл. 10.12.2007), содержащий термопреобразователь, генератор, счетчик, регистр, три элемента И и инвертор, элемент ИЛИ, три преобразователя код-частота, причем выход термопреобразователя подключен к первому входу первого элемента И и ко входу инвертора, выход которого подсоединен к первому входу второго элемента И, а выход счетчика подключен ко входу регистра, выход которого является выходом устройства, кодовые входы первого и второго преобразователей код-частота являются кодовыми входами устройства, а кодовый вход третьего преобразователя подключен к выходу регистра, вход записи которого соединен с выходом термопреобразователя, частотные входы преобразователей код-частота подключены к выходу генератора, а выходы - ко вторым входам второго, первого и третьего элементов И соответственно, первый вход третьего элемента И подключен к выходу инвертора, выход второго элемента И подключен к суммирующему входу счетчика, выполненного с возможностью реверсивного счета, а выходы первого и третьего элементов И подключены ко входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика.
Недостатком данного устройства, принятого за прототип, является его низкая точность измерений и ограниченные функциональные возможности. Низкая точность измерений обусловлена тем, что при индивидуальной градуировке каждого конкретного устройства используется связь со значением t° температуры, выраженная полином первой степени
Figure 00000002
где Т1 - длительность единичного уровня выходного импульсного сигнала;
Т2 - длительность нулевого уровня выходного импульсного сигнала;
a 1, a 2 - постоянные коэффициенты, имеющие размерность температуры.
Однако полином первой степени (1) не дает высокой точности аппроксимации взаимосвязи температуры и параметров термопреобразователей и поэтому его применение не обеспечивает высокой точности измерения температуры устройством.
Ограниченные функциональные возможности обусловлены тем, что термометр предназначен лишь для узкого класса термопреобразователей, у которых температура определяется выражением (1).
Техническая сущность предполагаемого изобретения состоит в преобразовании измеренного значения (величины обратной длительности нулевого уровня выходного импульсного сигнала), однозначно связанной с температурой, в значение температуры с помощью ПЗУ, в котором записаны коды температуры для каждого значения Р. Вид кодов температуры определяется техническим типом получателя информации. Так, при передаче информации о температуре на семисегментный индикатор в ПЗУ будут записаны семисегментные коды температуры и бит ее знака, передаваемые на индикатор через согласующее устройство. Измерение только длительности нулевого уровня выходного импульсного сигнала позволяет упростить схему, а использование ПЗУ позволяет корректировать зависимость (1) под конкретный датчик.
Технический результат достигается тем, что цифровой термометр содержит термопреобразователь с импульсным выходом, являющийся входом устройства, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик, параллельный регистр, элемент И с первым и вторым входами, элемент НЕ и преобразователь код-частота (ПКЧ), причем кодовые входы преобразователя ПКЧ подключены к выходам параллельного регистра, синхровход которого соединен с выходом термопреобразователя, а информационные D входы регистра соединены с выходами реверсивного счетчика, частотный вход преобразователя код-частота подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выход к первому входу элемента И, второй вход элемента И соединен с выходом термопреобразователя через последовательно соединенный элемент НЕ, также дополнительно снабжен ПЗУ, входы которого связаны с выходами параллельного регистра и кодовыми входами ПКЧ, а выходы являются выходами устройства, при этом вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом элемента И, а суммирующий вход реверсивного счетчика с весовым коэффициентом k подключен к выходу термопреобразователя и связан со входами элемента НЕ и синхровходом С параллельного регистра.
Схема предлагаемого цифрового термометра представлена на фигуре 1.
Цифровой термометр содержит термопреобразователь 1 с импульсным выходом, генератор прямоугольных импульсов 2, преобразователь кода в частоту (ПКЧ) 3, реверсивный счетчик 4 разрядностью n, параллельный регистр 5, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 6, логические элементы И 7 и НЕ 8, причем выход термопреобразователя 1 соединен с логическим элементом НЕ 7, суммирующим входом реверсивного счетчика 4 и инверсным синхровходом регистра 5, выходы которого подключены к соответствующим адресным входам ПЗУ 6 и кодовым входам преобразователя кода в частоту 3, вход f которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов 2, выходы ПКЧ 3 и логического элемента НЕ 7 подключены ко входам логического элемента И 8, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 4, связанного выходами с входами D параллельного регистра 5, при этом входом цифрового термометра является термопреобразователь 1, а выходом - кодовые выходы ПЗУ разрядностью m.
Назначение блоков 1…8 понятно из их названий.
Цифровой термометр работает следующим образом.
Генератор прямоугольных импульсов 2 вырабатывает опорную импульсную последовательность с частотой F1, причем частота F1 должна быть много больше выходной частоты термопреобразователя 1.
Пусть в начальный момент времени счетчик 4 находится в нулевом состоянии. По фронту первого импульса с выхода термопреобразователя 1, поступающего на прямой суммирующий вход реверсивного счетчика 4, счетчик увеличивает свое содержимое на число k. По срезу первого импульса с выхода термопреобразователя 1 код числа k записывается в регистр 5. На выходе термопреобразователя 1 формируется пауза длительностью Т2, которая однозначно связана с измеряемой температурой. Нулевой уровень с выхода термопреобразователя 1 инвертируется логическим элементом НЕ 7 и разрешает прохождение импульсов ПКЧ 3 на вычитающий вход счетчика 4. Выходная частота Fp ПКЧ 3 задается кодом числа k, поступающим на его кодовые входы и описывается формулой:
Figure 00000003
где NRG - входной код преобразователя кода в частоту 3, снимаемый с выхода регистра 5;
n - разрядность реверсивного счетчика 4, преобразователя кода в частоту 3 и регистра 5.
За время паузы на вычитающий вход счетчика 4 пройдут N1 импульсов ПКЧ:
Figure 00000004
За это время из записанного в счетчик 4 числа k будет вычтено число N1, т.е. получают новый код числа k - N1, который записывается в регистр 5.
Принцип действия цифрового термометра основан на модуляции широтно-импульсными сигналами термопреобразователя частотно-импульсной последовательности, функционально сформированной на основе опорной частоты, для выработки и автоматической компенсации с помощью запоминающей обратной связи сигнала рассогласования устройства в процессе измерения паузы между импульсами термопреобразователя, что обеспечивает отслеживание изменений температуры при формировании результата.
Наличие в устройстве отрицательной обратной связи обеспечивает выход в режим установившегося динамического равновесия, характеризующийся равенством количества импульсов, приходящих на суммирующий и на вычитающий входы счетчика 4 в течение времени Т2 (время паузы между импульсами термопреобразователя).
Отсюда получаем, что в режиме установившегося динамического равновесия
Figure 00000005
Таким образом, значение NRG однозначно связано с температурой. Значение NRG преобразуется в значение температуры с помощью ПЗУ. Коды, записываемые в ПЗУ, получаются в ходе калибровки термометра: весь диапазон измеряемых температур представляется в виде последовательности необходимого числа фиксированных значений температуры; для каждого фиксированного значения температуры, регистрируемого эталонным измерителем, фиксируется значение NRG, после чего двоичный код температуры записывается в ПЗУ по адресу NRG. В результате выполнения калибровки достигается полное соответствие получаемых результатов измерения температуры температурной характеристике конкретного используемого термопреобразователя, чего нельзя добиться, используя полиномиальную температурную характеристику (1).
Калибровка может быть осуществлена под термопреобразователь с температурной характеристикой, отличной от температурной характеристики, описываемой выражением (1), что позволяет расширить функциональные возможности цифрового термометра.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого предполагаемого изобретения, являются: повышение точности измерения температуры, расширение функциональных возможностей, а также упрощение схемы термометра и, соответственно, повышение надежности его работы.

Claims (1)

  1. Цифровой термометр, содержащий термопреобразователь с импульсным выходом, являющийся входом устройства, генератор прямоугольных импульсов, реверсивный счетчик, параллельный регистр, логический элемент И с первым и вторым входами, логический элемент НЕ и преобразователь код-частота, причем кодовые входы преобразователя код-частота подключены к выходам параллельного регистра, синхровход которого соединен с выходом термопреобразователя, а информационные D входы регистра соединены с выходами реверсивного счетчика, частотный вход преобразователя код-частота подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов, а выход к первому входу логического элемента И, второй вход логического элемента И соединен с выходом термопреобразователя через последовательно соединенный логический элемент НЕ, отличающийся тем, что дополнительно снабжен постоянным запоминающим устройством, входы которого связаны с выходами параллельного регистра и кодовыми входами преобразователя код-частота, а выходы являются выходами устройства, при этом вычитающий вход реверсивного счетчика соединен с выходом логического элемента И, а суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к выходу термопреобразователя и связан со входами логического элемента НЕ и синхровходом С параллельного регистра.
RU2012114048/28A 2012-04-10 2012-04-10 Цифровой термометр RU2519860C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114048/28A RU2519860C2 (ru) 2012-04-10 2012-04-10 Цифровой термометр

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114048/28A RU2519860C2 (ru) 2012-04-10 2012-04-10 Цифровой термометр

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012114048A RU2012114048A (ru) 2013-10-20
RU2519860C2 true RU2519860C2 (ru) 2014-06-20

Family

ID=49356860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012114048/28A RU2519860C2 (ru) 2012-04-10 2012-04-10 Цифровой термометр

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2519860C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690079C1 (ru) * 2018-08-02 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Цифровой термометр

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3877307A (en) * 1970-06-15 1975-04-15 Ivac Corp Electronic thermometer
RU2212637C1 (ru) * 2002-07-15 2003-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" Цифровой термометр
RU2312315C1 (ru) * 2006-05-10 2007-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБТЕРМИНАЛ" Цифровой термометр
RU2328710C1 (ru) * 2006-11-29 2008-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Росита ДМД" Цифровой термометр

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3877307A (en) * 1970-06-15 1975-04-15 Ivac Corp Electronic thermometer
RU2212637C1 (ru) * 2002-07-15 2003-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" Цифровой термометр
RU2312315C1 (ru) * 2006-05-10 2007-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЛАБТЕРМИНАЛ" Цифровой термометр
RU2328710C1 (ru) * 2006-11-29 2008-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Росита ДМД" Цифровой термометр

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690079C1 (ru) * 2018-08-02 2019-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") Цифровой термометр

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012114048A (ru) 2013-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103575414A (zh) 一种热电偶温度测量误差补偿方法
RU2012130166A (ru) Способ и система коррекции на основе квантовой теории для повышения точности радиационного термометра
CN103033533A (zh) 一种液体比热容的测量方法
RU2519860C2 (ru) Цифровой термометр
RU2014104564A (ru) Способ и устройство для тестирования жидкости
RU2510492C2 (ru) Цифровой термометр
RU2690079C1 (ru) Цифровой термометр
CN106643879B (zh) 温度和速度同步测量方法和装置
RU2312315C1 (ru) Цифровой термометр
Huang et al. An accurate ultrasonic distance measurement system with self temperature compensation
CN203705093U (zh) 一种供暖管道流体热量测量装置
CN104913859A (zh) 一种基于485总线的温深度探测装置、系统及方法
JPS5895230A (ja) 電子式温度測定方法及び装置
RU2336499C1 (ru) Ультразвуковой расходомер-счетчик газа
RU2623712C1 (ru) Устройство для измерения температуры
RU2453854C1 (ru) Энергосберегающий микроконтроллерный измерительный преобразователь для резистивных датчиков
RU2561998C2 (ru) Цифровой измеритель температуры
CN204461511U (zh) 超声波热敏测温装置
FR2318410A1 (fr) Calorimetre
RU2622490C1 (ru) Устройство для измерения температуры
RU195923U1 (ru) Устройство для измерения температуры морской воды
RU2565813C1 (ru) Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код
RU2344384C1 (ru) Цифровой способ измерения температуры и устройство для его реализации
CN104569582B (zh) 一种用于实现频率量测的方法及fpga电路
SU1023211A1 (ru) Цифровой термометр

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150411