О)ABOUT)
оо Изобретение относитс к температурным измерени м и может быть использовано при построении цифровых термометров, работающих в составе с датчиками, имеющими частотный выход , например пьезокварцевыми датчиками температуры. Известно устройство дл измерени температуры, содержащее термопреобразователь с частотным выходом и эталонный генератор, подклю ,ченные через формирователи импульс : к входам импульсно-фазового детёктора , ключ, к выходу которого подключены соединенные последовательно счетчик импульсов, дешифратор и циф ровой индикатор, а к управл ющему входу ключа подсоединены последовательно соединенные формирователь временных интервалов и перестраиваемый генератор ij Однако это устройство обладает низким быстродействием, обусловленным его структурой построени . ; Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому вл етс цифровой термометр, содержащ термопреобразователь с частотным вы ходом,генератор опорной частоты, счетчик,выходы которого через первы коммутирующий элемент подключены к схеме совпадени , выход которой сое динен с первым входом схемы управлени , реверсивную систему индикации , тактирующий вход которой соединен с первым входом схемы управлени , а входы соединены с выходами триггера знака и счетчика результата , счетный вход которого соединен с выходом схемы И, установочные входы соединены:; с выходами второго коммутирующего элемента, а выход переноса подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующе элемента и вторым выходом схемы управлени t2J. Однако известный цифровой термометр также обладает низким быстродействием , обусловленным его структурой построени . Цель изобретени - повышение быстродействи цифрового термометра Поставленна цель достигаетс те что в цифровом термометре, содержащем термопреобразователь с частот йым выходом, генератор опорной част ты, счетчик, выходы которого через Первый коммутирующий элемент подклю чены к схеме совпадени , выход кото рой соединен с первым входом схемы управлени , реверсивную систему индикации , тактирующий вход которой соединен с первым выходом схемы управлени , а входы соединены с выходами триггера знака и счетчика результата, счетный вход которого соединен с выходом схемы И, установочные входы соединены с выходами второго коммутирующего элемента, в выход переноса подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с входом второго коммутирующего элемента .и вторым выходом схемы управлени , выход термопреобразот . вател подключен к счетному входу счетчика, первый и второй выходы которого подключены к второму и третьему входам схемы управлени , третий выход соединен с установочным входом счетчика, а четвертый подключен к первому входу схемы И, второй вход которой соединен с выходом генератора опорной частоты. На фигл представлена блок-схема цифрового термометра на фиг.2 схема управлени на фиг.З - временные диаграммы, по сн ющие работу цифрового термометра. Цифровой термометр содержит термопреобразователь (датчик температуры) 1 с частотным выходом, счетчик 2, первый коммутирующий элемент 3, схему 4 совпадени , схему 5 управлени , генератор б опорной частоты, схему И 7, второй коммутирующий элемент 8, счетчик 9 результата, триггер 10 знака, реверсивную систему 11 индикации . Входы 12-14 схегуи 5 управлени соответственно соединены с первым и вторым выходом счетчика 2 и выходом схемы 4 совпадени f а выходы .15-18 соответственно соединень/ с входом установки в нуль счетчика 2, вторым входом схемы 7 совпадени , входом второго коммутирующего элемента 8 и тактирующим входом реверсивной системы индикации. Схема 5 управлени (фиг.2) содержит два инвертора 19 и 20, п ть схем, И 21-24 и 27 и два триггера 25 и 26, причем к входу 13 подключены первый вход схемы И 22, второй вход схемы И 23 и вход инвертора 19, выход которого соединен с вторыми входами схем И 24- и 21, к nepBOt y входупоследней и к перво у входу схемы И 23 подсоединен вход 12, подключенный кроме того к входу инвентора 20, выход которого соединен с вторым входом схемы И, 22 и с первым входом схемы И 24, выход схемы И 23 подключен к входу установки в единицу триггера 25, к входу установки в нуль которого подсоединен вход 14, а инверсные выходы триггеров 25 и 26, последний из которых своим тактирующим входом подключен к инверсному выходу триггера 25, через схему И 27 соединены с третьими входагда схем И 21-23, выход схемы И 21 подключен к выходу 18, выход схемы И 22 к выходу 17, выход триггера 25 к выходу J.6, выход триггера 26 к выходу 15 и к третьему входу схемы И 24,выход которой соединен с входом установки в нуль триггера 26. Цифровой термометр работает сле дующим образом. Импульсный сигнал с выхода термо преобраэовател , частота которого л етс информативным параметром измер емой температуры .9, поступает на счетный вход счетчика 2, состо н которого после поступлени каждого импульса увеличиваетс на единицу. Предполага , что в определенный момент времени t триггеры 25 и 26 схемы 5 управлени наход тс в нуле вом состо нии, а входы 12 и 13 схемы управлени имеют соответственно потенциалы логической единицы и логического нул , на выходе схелм И 21 возникает положительный импульс (фиг.За, момент времени t), который через выход 18 схемы 5 управлени поступает на тактирующий вход реверсивной системы 11 индикации. При это в нее записываютс состо ни счетчика 9 результата (фиг.Зд, момент времени t) и инверсного выхода триггера 10.знака,После поступлени очередного импульса с выхода термопреобразовател 1 на счетный вход счетчика 2 его состо ние увеличиваетс на единицу, в результате чего к моменту времени t. на входах 12 и 13 схемы 5 управлени устанавливаютс соответственно потенциалы логического нул и логической единицы под воздействием которых на выходе схемы И 22 возникает положительный /импульс, поступающий через выход 17 схемы 5 управлени на вход коммутирующего элемента 8 и на вход установ ки в единицу триггера 10 знака, уст навливающий счетчик 9 результата в состо ние, исключительно определ е|Мое положением коммутирующего эле мента ( фиг.ЗЭ, момент времени t), При поступлении- следующего импульса с выхода термопреобразовател 1 на счетный вход счетчика 2 его состо ние вновь увеличиваетс на единицу, в результате чего на входа 12 и 13 схемы 5 управлени к момент времени t устанавливаютс потенциалы логической единицы, привод щие к по влению положительного импульса на выходе схемы И 23, который, пост па на S - вход триггера 25, устанавливает его в единичное состо ние При этом с пр мого выхода триггера 25 через выход 16 схемы 5 управлени на второй вход схемы И 7 поступает сигнал, по которому импульсы с .выхо да генератора 6 опорной частоты через второй вход схемы И 7 начинают поступать на счетный вход счетчика результата 9. В момент переполнени счетчика 9 возникает импульс переноса , который переключает триггер 10 знака в противоположное состо ние , после чего начинаетс следующий цикл счета (фиг,За, интервал времени tj- t). Схемы И 21-2 в течение интервала времени (tj- t) закрыты сигналом , поступающим в выхода схемы И 27, на вход которой подаетс кулевой сигнал с инверсного выхода триггера 25. При дальнейшем поступлении импульсов с выхода термопреобразовател на счетный вход счетчика 2 его состо ние увеличиваетс , а при достижении состо ни , определ емого положением коммутирующего элемента 3, на выходе схемы совпадени 4, подключенном через вход 14 схемы 5 управлени к входу установки в нуль триггера 25,- возникает положительный импульс, устанавливающий триггер 25 в нулевое состо ние (фиг,38, мо ,мент времени t), в результате чего прекращаетс поступление импульсов с выхода генератора б опорной частоты на счетный вход счетчика 9 результата . При установке триггера 25 в нулевое состо ние по сигналу с его инверсного выхода триггер.26 устанавливаетс в единичное с сто ние (фиг.Зх, момент времени }, По сигналу с пр мого выхода триггера 26 через выход 15 схемы 5 управлени счетчик 2 переходит в нулевое состо ние , после достижени которого на входах 12 и 13 схемы 5 управлени устанавливают1: потенциалы логического нул , привод щие к по влению положительного импульса на выходе схемы И 24, устанавливающего триггер 26 в нулевое состо ние (фиг.Зг, момент времени t). При установке триггера 26 в нулевое состо ние при помощи схемы И 27 снимаетс потенциал логического нул на третьих входах схем И 21-23. К моменту времени tg начинаетс -следующий цикл термометра. Накопленное к моменту времени t в счетчике 9 результата количество импульсов и состо ние триггера 10 знака импульсов на выходе 18 схемы управлени 5 (фиг. Зек, момент времени tj ) передаютс в ревесивную систему 11 индикации, обеспечивающую их запоминание и индикацию до по влени следующего результата измерени тмпературы Q, причем при потенциале логической единицы на инверсном выходе триггера 10 знака содержимое счетчика 9 результата на индикацию выводитс только после его преобразовани в обратный код, а в противном случае непосредственно , обеспечива тем самым правильную индикацию в градусах Цельси как отрицательных, так и положительных температур. Таким образом-принцип работы циф рового термометра закгиочаетс в следующем. Частота, следовани импульсов на Екходе тармопреобраровател 1 при помощи счетчика 2, коммутирующего вле.мента 3, схемы 4 совпадени и схемы 5 управлени преобразуетс В обратно пропорциональный частоте следозаки интервал времени tj - tjj В течеки Э которого импульсы с выход генератора 5 опорной чаототй поступггот на ачетиьлй вход счетчика 9 ревул-ьтата предварительно усэгановЛ8«:: ,о1с i.i определенное исходное соето мие обеспечивающее получение отсчета измер емой температуры В не осЬе .цстзеаио в градусах Цельои , Частота следовани импульсов f, та .выходе термопреобразовател -.1 за; искмости от измер емой темпераtvpbi G равна ff,+ S{0-3,,) ,(1) - частота датчике 1 температуры гфи температуре 9 - крутизна те.рмочаототной хд рактеристики датчик;, 1 тем ратуры ; температура калибровки, I через К обозначить состо ни са 2р при доотигкекии которог i совладени возникае-г по.по;кительнкй импульс, то а коли--teiCTBO импульсо.в, поступающе $а йгот интервал времени с выхода геиератсра 6 опорно частоты ка сч ный «ход счотчика 9 оеэу.пьтата оав г,.р - -ластота гакератора б опо кок частоты I:. .::;;зулзт та предварительной уст Ю1.1, c eTivu-ca 3 результата в состо нио Ы р: определ емое положением. icoviMyTi-ipyiomero э.т1емента- 8, с учетом зозникато1ц.и.ч за интервал времени tr Т: .liOpeHocoB,. содержимое счетчика 9 результата к времени t, БЛ;-а;тй1аес результатом температуры в аавно. К,з+ NO - (4) гле Ы емкость счетчика 9 реэуль т.з.та, опре..делкена отноше нием Р - 9 .,СI т.их rn-in с- U Е, MaKGHMaj-jbHoe значение из мер емой температуры 9; - минимальное значение измер емой температуры.0 ; - разре иаюша с.пособность цифрового термометра Значение состо ни NO равно ete-o -fn-DN:, (б) , с учетом которого уравнение (4) принимает вид П 11 Значение К выбираетс по формуле где f g f Je частота следовани импульсов на выходе датчика 1 температуры при температурах градуировки 9. и ©2 ответственно. Разлага выражение. (3) в стеПен ной р д и пренебрега квадратичными членами более высокого пор дка, допустимость чего утверждаетс неравенством fj, Зе д выражение (7) принимает ,ВИД О, свидетельствующий о том, что полученное к моменту времени состо ние счетчика 9 результата действительно пропорционально измер емой температуре 9 (фиг. 3 -е ) . Быстродействие гчфрового термомеТ .ра оцениваетс по длительности интервала времени (t4 13), котора с учетом уравнени (8) равна гоч tnin ГОЧ ( fg мало отличаетс от f) в то вреf , как длительность цикла измерени цифрового термометра, описанного в (2) (.определ етс выражением «11)что соответствует увеличениюбыстродействи в h-,(12) раз, Без применени специальных серий интегральных микросхем fгом может быть выбрана равной 16 мГц, что при использовании тремочувствительных пьеэокварцевых датчиков с мГц означает увеличение быстродействи в 3f 2 раза. Быстродействие цифрового термометра далее может быть увеличено путем применени более высокочастотных элементов дл генератора б опорной частоты,- схемы И 7 и входной части счетчика 9 результата. Далее следует, что при работе цифрового термометра по .предлагавмой структуре с реальными термочувствительными пьеэокварцевыми датчиками , термочастотна характеристика которых описываетс степенным р дом с положительнь1м квадратным членом, ошибка от нелинейности во всем диапазоне измерени температуры в среднем на 30% ниже ошибки от нелинейности известного устройства.OO The invention relates to temperature measurements and can be used in the construction of digital thermometers operating in combination with sensors having a frequency output, such as piezo quartz temperature sensors. A device for temperature measurement is known, which contains a thermocouple with frequency output and a reference oscillator connected via pulse drivers: to the inputs of a pulse-phase detector, a key to the output of which a pulse counter connected in series, a decoder and a digital indicator are connected, and to the controller The key is connected to the input of the serially connected time generator and the tunable generator ij. However, this device has a low speed, due to its structure of construction. ; The closest in technical essence to the present invention is a digital thermometer containing a thermocouple with a frequency output, a reference frequency generator, a counter, the outputs of which through the first switching element are connected to the coincidence circuit, the output of which is connected to the first input of the control circuit, a reversible display system , the clocking input of which is connected to the first input of the control circuit, and the inputs are connected to the outputs of the sign trigger and the result counter, the counting input of which is connected to the output of the circuit I, the mouth new entrances connected :; with the outputs of the second switching element, and the transfer output is connected to the first trigger input, the second input of which is connected to the input of the second switching element and the second output of the control circuit t2J. However, the known digital thermometer also has a low response time due to its structure of construction. The purpose of the invention is to increase the speed of a digital thermometer. The goal is achieved in a digital thermometer containing a thermocouple with a frequency output, a generator of the reference part, a counter whose outputs through the First Switching Element are connected to a coincidence circuit, the output of which is connected to the first input of the circuit. control, reversible display system, the clock input of which is connected to the first output of the control circuit, and the inputs are connected to the outputs of the sign trigger and the result counter, the counting input is orogo connected to the output of the AND circuit, setting inputs connected to the outputs of the second switching element, a carry output connected to a first input of the flip-flop, a second input coupled to an input of the second switching element .i second output control circuit, the output termopreobrazot. The driver is connected to the counter input of the counter, the first and second outputs of which are connected to the second and third inputs of the control circuit, the third output is connected to the installation input of the counter, and the fourth is connected to the first input of the And circuit, the second input of which is connected to the output of the reference frequency generator. FIG. 2 is a block diagram of the digital thermometer of FIG. 2; the control circuit of FIG. 3 is timing diagrams explaining the operation of the digital thermometer. Digital thermometer contains thermoconverter (temperature sensor) 1 with frequency output, counter 2, first switching element 3, matching circuit 4, control circuit 5, reference frequency generator, AND circuit 7, second switching element 8, result counter 9, trigger 10 characters , reversible display system 11. Inputs 12-14 of control circuit 5 are respectively connected to the first and second output of counter 2 and the output of circuit 4 of coincidence f and outputs .15-18 respectively of the connection / to the input of setting zero of counter 2, the second input of circuit 7 of coincidence, input of the second switching element 8 and a clock input of the reversing display system. The control circuit 5 (FIG. 2) contains two inverters 19 and 20, five circuits, AND 21-24 and 27 and two flip-flops 25 and 26, with the first input of the circuit 22 and the second input of circuit 23 and the input the inverter 19, the output of which is connected to the second inputs of the circuits AND 24 and 21, to the nepBOt y input last and to the first input of the circuit AND 23 is connected input 12, connected in addition to the input of the inventor 20, the output of which is connected to the second input of the circuit And, 22 and with the first input circuit And 24, the output circuit And 23 is connected to the input of the installation unit of the trigger 25, to the input of the installation to the zero of which is connected to 14, and the inverted outputs of the flip-flops 25 and 26, the last of which is connected to the inverse output of the trigger 25 by a clock input, And 27 through the third input of the And 21-23 circuits, the output of the And 21 scheme 22 to output 17, the output of trigger 25 to output J.6, the output of trigger 26 to output 15 and to the third input of circuit AND 24, the output of which is connected to the input of the setting to zero of trigger 26. The digital thermometer operates as follows. The pulse signal from the output of the thermal converter, the frequency of which is the informative parameter of the measured temperature .9, is fed to the counting input of counter 2, the state of which is increased by one after the arrival of each pulse. Assuming that at a certain moment of time t, the flip-flops 25 and 26 of the control circuit 5 are in the zero state, and the inputs 12 and 13 of the control circuit have the potentials of a logical unit and a logical zero, respectively, a positive impulse occurs at the output of circuit 21 (Fig. For, the time t), which, through the output 18 of the control circuit 5, is fed to the clock input of the reverse display system 11. When this is done, the states of the result counter 9 (FIG. 3, time t) and the inverse output of the trigger 10 are recorded in it. After the next pulse from the output of the thermal converter 1 arrives at the counting input of the counter 2, its state increases by one, as a result by the time t. at the inputs 12 and 13 of the control circuit 5, the potentials of a logical zero and a logical unit are set, under the influence of which a positive / pulse occurs at the output of the circuit 22 and is fed through the output 17 of the control circuit 5 to the input of the switching element 8 and to the installation input to the trigger unit 10 of the sign, which sets the result counter 9 to the state, is exclusively determined by the e | My position of the switching element (fig.ZE, time t); When the next pulse arrives from the output of the thermal converter 1 to the counting the input of the counter 2, its state is again increased by one, as a result of which, at the time t, the potentials of the logical unit are established at the inputs 12 and 13 of the control circuit 5, which lead to the appearance of a positive pulse at the output of the circuit 23, which is fast on S - input of the trigger 25, sets it to one state. From the direct output of the trigger 25 via the output 16 of the control circuit 5, the second input of the circuit 7 receives a signal on which the pulses from the output of the reference frequency generator 6 through the second input of the circuit I 7 start coming n count input of counter results 9. At the time the counter overflow occurs 9 transfer pulse which toggles flip-flop 10 to the opposite sign state, after which the next cycle starts counting (FIG During time interval tj- t). Circuits And 21-2 during the time interval (tj- t) are closed by a signal arriving at the output of the circuit And 27, the input of which is a cool signal from the inverse output of the trigger 25. With further receipt of pulses from the output of the thermal converter to the counting input of the counter 2, its state The effect increases, and when the state determined by the position of the switching element 3 is reached, the output of the coincidence circuit 4, connected via the input 14 of the control circuit 5 to the input to the zero setting of the trigger 25, results in a positive pulse that sets the trigger 25 zero state (fig. 38, MO, time t), as a result of which the flow of pulses from the output of the reference frequency generator to the counting input of the result counter 9 is stopped. When the trigger 25 is set to the zero state, by the signal from its inverse output, the trigger 26 is set to one position (FIG. 3x, time point). By the signal from the direct output of the trigger 26, through the output 15 of the control circuit 5, the counter 2 goes to the zero state, after reaching which the inputs 12 and 13 of the control circuit 5 establish 1: the potentials of a logical zero, leading to the appearance of a positive pulse at the output of the circuit 24, setting the trigger 26 to the zero state (Fig. 3g, time t) When setting trigger 26 to zero The state of the logic zero is removed at the third inputs of the circuits AND 21-23 with the help of circuit AND 27. The next cycle of the thermometer starts at time tg.The amount of pulses accumulated by time t in counter 9 of the result and the state of trigger 10 of the pulse sign per The output 18 of the control circuit 5 (Fig. Snake, time tj) is transmitted to the display indication system 11, which ensures their storage and indication until the next result of measuring the temperature Q, and at the potential of the logical unit at the inverse output e the sign flip-flop 10, the counter 9 result to display is output only after its conversion to the inverse code, and otherwise directly, thereby providing a correct indication in degrees Celsius both negative and positive temperatures. Thus, the principle of operation of a digital thermometer blinks as follows. The frequency of pulses on the Ekkhod tarmopravravovatel 1 using counter 2, commute Le 3, match 4, and control circuit 5 transforms the time interval tj - tjj, inversely proportional to the frequency of the trace, in which the pulses from the output of the generator 5 The counter input of the counter 9 is a revision of the pre-useganovL8 «::, 1C ii a certain initial network providing the reading of the measured temperature B in the nonEBE.cctsee in degrees Zeroi, The frequency of the impulse cos f, is the Yield of thermal converters for -.1; isfc from the measured temperature tvpbi G is equal to ff, + S {0-3 ,,), (1) - the frequency of the sensor 1 of the temperature of the gfy temperature 9 - the slope of the temperature curve of the sensor; 1 of the temperature; calibration temperature, I through K, indicate the state of ca 2p at the time that the co-operation occurs and r is passed; a pulse, then if teiCTBO pulse, arriving at a time interval from the output of the radio frequency 6 reference frequency Nyuyu с с 9 с 9 9 ое 9 э э э. . :: ;; Zulzta and Preliminary U1.1, c eTivu-ca 3 results in the state N p: determined by the position. icoviMyTi-ipyiomero of this element- 8, taking into account the difference in the time interval tr T: .liOpeHocoB ,. the contents of the counter 9 result to the time t, BL; -a; tyaaes result of the temperature in the same way. К, з + NO - (4) where the capacity of the counter is 9 reeul tz.ta, defined by the relation Р - 9., СI of them rn-in with- U Е, MaKGHMaj-jbHoe value of temperature 9; - the minimum value of the measured temperature.0; - resolution of the digital thermometer. The value of the state NO is ete-o -fn-DN :, (b), taking into account equation (4) takes the form P 11 The value of K is chosen according to the formula where fgf Je is the pulse frequency at the output temperature sensor 1 at graduation temperatures 9. and © 2 responsibly. Decomposition expression. (3) in the step series and neglecting quadratic terms of a higher order, the admissibility of which is claimed by the inequality fj, expression (7) takes, VID O, indicating that the resultant counter 9 obtained by time is proportional to measured temperature 9 (Fig. 3-e). The speed of the hcf thermometer is estimated by the length of the time interval (t4 13), which, according to equation (8), is equal to tnin MFR (fg differs little from f) at that time, as is the duration of the measurement cycle of the digital thermometer described in (2) ( It is defined by the expression "11) which corresponds to an increase in speed of h -, (12) times. Without the use of special series of integrated circuits, fgom can be chosen equal to 16 MHz, which when using trifold sensors with MHz means an increase in speed of 3f 2 times. The speed of the digital thermometer can be further increased by using higher frequency elements for the reference frequency generator, the AND circuit 7 and the input part of the result counter 9. It further follows that when a digital thermometer operates on a proposed structure with real temperature sensitive piezoelectric sensors, whose thermal frequency characteristics are described by a power series with a positive square term, the error from nonlinearity in the entire temperature measurement range is, on average, 30% lower than the error from the nonlinearity of a known device.
Таким образом, предлагаемый термометр вл етс более простым и в то же врем более быстродействующим устройством, чем известное.Thus, the proposed thermometer is a simpler and at the same time faster device than the known one.