SU892233A2 - Цифровой термометр - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к температурным измерени м.

По основному авт, св. № 700788 известен цифровой термометр (ЦТ), содержащий термопреобразователь с частотным выходом, соединенный с входом ключа, генератор опорной частоты, соединенный с делителем частоты, блок управлени , вход которого соединен с выходом старшего разр да делител  частоты, а выходы соединены соответственно с управл ющим входом ключа, генератором опорной частоты и входами установки нул  делител  частоты, тактирующий блок, подключенный к управл ющему входу сумматора, ко входам которого подключены выходы преобразовател  кодов и стробоскопический блок индикации.

В этом термометре дл  учета технологического разброса характеристик температурного кварцевого резонатора (ТКР) по номинальной частоте fo и чувствительности S, а также дл 

учета ра.зброса параметров кварцевых резонаторов (КР) по значению f необходимо примен ть схемы изменени  времени измерени  to путем изменени  коэффициента делени  kg делител  частоты базы времени. Требуемые коэффициенты делени  выставл ютс  согласно таблице с паспортной чувствит.ельностью датчика переключателем или посредством коммутации выводов .

10

Недостатком этого термометра  вл етс  необходимость размещени  внутри ЦТ узлов переключени  большого числа коммутирующих элементов дл  предварительной установки счетчика

ts результата и делител  частоты базы времени, что усложн ет ручное управление ЦТ и его конструкцию, а также увеличивает возможность случайного переключени  коммутирующих элеменX тов. Кроме того, дл  учета погрешности из-за нелинейности составл ющей дл  ТКР с пьезоэлементом LC среза в диапазоне температур -60 - 3 + 120 С и 0,2-0,3 С осуществл ют либо подбор ТКР, у которых температурные коэффициенты второго и третьего пор дка противоположны по знаку и равны по модулю, что возможно только теоретически, либо примен ют по градуировочным таблицам. Это ведет к неудобствам в эксплуа тации и  вл етс  источником дополнительных случайных ошибок. ЦелЪ изобретени  - повышение точности измерени  путем устранени  ошибки в результатах отсчета температуры , возникающей из-за нелинейности термочастотной характеристики датчика температуры и расширени  диа пазона измер емых температур. Поставленна  цель достигаетс  тем что в цифровой термометр введены сое диненные последовательно блок распознавани  калибровочных интервалов температуры, блок-диспетчер и электронный коммутатор, выходы которого соединены с соответствующими входами делител  опорной частоты, а вход блока распознавани  калибровочных ин тервалов температуры соединен с выхо дом блока индикации. На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого термометра; на фиг. 2 - его термочастотные харак теристики. Устройство содержит пьезокварцевый термопреобразователь 1 с частотным выходом, который через ключ 2 и тактирующий блок 3 подключен к управл ющему входу сумматора 4, ко вхо дам которого подключены выходы преоб разовател  5 кодов, служащего дл  преобразовани  пр мого кода в обратный по сигналам старшего разр да делител  опорной частоты. К входам пре образовател  5 подключены выходы старших k+1-n-l разр дов делител  6 опорной частоты. Самый старший п-ный разр д делител  опорной частоты служит дл  управлени  работой преобразовател  5. К входу делител  6 подключен генератор.7 опорной частоты, выход k-ro разр да делител  6 к другому входу тактирующего блока 3. К входу схемы 8 управлени  подключен старший п-ный разр д делител  опорной частоты. Первый выход схемы 8 управлени  подключен ко входам Установка в О сумматора k, делител  6 опорной частоты, а второй выход к входам генератора 7 опорной часто3 ты и ключа 2. Выходы сумматора t подключены ко входам стробоскопического блока 9 индикации, выход которого соединен d блоком 10 распознавани  калибровочных интервалов температуры, выход которого соединен.с входом диспетчера 11. Выход диспетчера 11 соединен с входами электронного коммутатора 12, выходы которого соединены с входом делител  6 опорной частоты. В качестве точек стабильной температуры (реперных точек) при градуировке термометра используют вещества с характерными точками агрегатного. состо ни , температура которых достаточно точно известна. Весь диапазон измер емых температур , составл ющий -80 - + 150°С разбивают на поддиапазоны, границами которых  вл ютс  реперные точки. Перед сдачей термометра в эксплуатацию производ т корректировку погрешности из-за нелинейности ТКР путем кусочно-линейной аппроксимации термочастотной характеристики (ТХЧ) отрезками пр мых с узлами в реперных точках. ТЧХ в общем случае  вл етс  нелинейной функцией температуры и описываетс  р дом вида (ГЛе-Эо), о hri . i . „.ы. .. температурный коэффициент час (1 тоты (ТКЧ); G - калибровочное и текущее значение температуры. Дл  кусочно-линейной аппроксимации дополнительно введенные блоки реализуют лишь первый член формулы, так как в промежутке температур между двум  реперными точками истинна  зависимость частоты колебаний кварца от температуры измер емой среды остаетс  неизвестной. Устройство работает следующим образом . При измерении температуры схема управлени  включает генератор 7 и открывает ключ 2. Импульсы с выхода термообразовател  1 через ключ 2 поступают на вход тактирующего блока 3, которое запрещает одновременное поступление импульсов с выхода ключа 2 на вход Перенос сумматора

и импульсов с выхода k-ro разр да. На выходе преобразовател  5 во врем  работы-цифрового термометра формируетс  определенна  последовательность чисел. Импульсы с выхода тактирующего блока 3 вызывают перенос чисел с выходов преобразовател  5 в сумматор 4, в котором они суммируютс .

При помещении пьезокварцевого термопреобразовател  в среду с температурой , соответствующей реперным значени м tp , tpj,. .. , t p болок 10 распознавани  калибровочных интервалов температуры обучают. Процесс обучени  заключаетс  в том, что с помощью диспетчера 11, в  чейках пам ти которого запоминаютс  определенные последовательности чисел, подают команды через электронный коммутатор 12 на делитель 6 дл  измерени  его коэффициента делени  до тех пор, пока цифровой индикатор не зарегистрирует температуру, соответствующую температуре реперной точки,

В процессе эксплуатации термометра блок 10 распознает д,ействительный интервал температуры (между двум  реперными точками), номер этого интервала выдает в виде двоичной последовательности диспетчеру-блоку 11, который в свою очередь вырабатывает команду, поступающую в блок 12 электронного коммутатора дл  установки электронных ключей а такую комбинацию включено-выключено, которой соответствует определенна  крутизна S (чувствительность) ТКР, точно привод ща  его характеристику в следующую реперную точку.

Блок 10 распознает калибровочные интервалы температуры, информаци  о номерах которых поступает на его i вход в виде двоичного п-элементного кода. Блок 10 выполнен в виде п схем совпадений по входу, выходу которых конъюктивно объедин ютс  соответственно новому коду, содержащему номер калибровочного интервала, т.е. блок 10 реализует булеву матрицу, совокупности входов которой соответствуют определенные значени  температур , хран щихс  в матрице, а совокупности выходов - значени  температурных интервалов. Техническа  реализаци  блока 10 достигнута сборкой диодной матрицы по типу дешифратора. Блок-диспетчер 11 преобразует номер температурного интервала в команду

на включение соответствующих элементов электронного коммутатора 12.

Блок 11 выполн ет две функции: шифратора, так как преобразует номер

конкретного температурного интервала в соответствующую п-значную кодовую двоичную последовательность, управл ющую ключами электронного коммутатора 12, и функцию усилени  сигнала.

Техническа  реализаци  блока 11 достигнута также сборкой диодной матрицы по типу шифратора с транзисторным усилием на выходе.

Блок 12 электронного коммутатора

управл ет работой делител  6. Блок 12  вл етс  исполнительным элементом . По входу он выполнен в виде п независимых схем совпадени , а по выходу - конъюктивно св занных между

собой таким образом, чтобы срабатывание/несрабатывание определенных электронных ключей (реализаци  определенного выходного кода) соответствовало установке определенной крутизны S в блоке 6.

Техническа  реализаци  блока 12 достигнута сборкой двух диодных матриц (дешифраторной на входе и шифраторной на выходе).

Принцип повышени  точности и расширени  диапазона измер емых температур с помощью дополнительных блоков 10-12 по сн ет фИг. 2, где 1 - термочастотна  характеристика

f(T); И -линейна  аппроксимаци , реализуема  в известном термометре; lit- предлагаема  аппроксимаци  пр молинейными отрезками; IV - возможна  ошибка измерени  температуры известным устройством.

. Значительна  величина ошибки (фиг. 2) объ сн етс  большим выбранным диапазоном измерени  температур. 8 действительности дл  известных термометров -этот диапазон ограничиваетс  -60 - + , а крутизна параболы несколько меньше, т.е. зависимость u.f/u.T f(T) более линейна.

Предлагаемое устройство позвол ет не только повысить точность, но и расширить интервал возможных измерений температуры до значений, практически ограничиваемых возможными граничными температурами эксплуатации данного типа кварцевого резонатора.

Таким образом, введение в устройство блоков распознавани  калибровочных значений температуры, диспетчера

и электронного коммутатора позвол ет исключит из результата измерени  погрешности , вызываемые нелинейностью ТЧХ пьезокварцевого термопреобразовател  и технологическим разбросом характеристик ТКР по номинальной частоте fg и чуйствительности S, что, в свою очередь, позвол ет снизить требовани  к стабильности элементов устройства при одновременном повышении точности и расширении интервала измер емых температур.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой термометр по авт. сэ. N 700788, отличающийс 

   тем, что, с целью повышени  точности и расширени  диапазона измер емых температур, в него введены соединенные последовательно блок распознавани  калибровочных интервалов температуры , блок-диспетчер и электронный коммутатор, выходы которого соединены с соответствующими входами делител  опорной частоты, а вход блока оаспознавани  калибровочных интервалов температуры соединен с выходом блока индикации.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 700788, кл. G 01 К 7/00, 1978.

   Л /к If fn л

   7R «Т 1

   Ml

   Г.-К

   J

   Л Я ЛХ

   f

   N.-rП

   /faffu5poffovMb/e uff/ne/ Sa 6/ fnenne/fa rrypbf

   . .j ,fffe/n Mocm6) ftexcffy pen ныпи movfrafvu