Цифровой термометр

Цифровой термометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву t" 700788 (22) Заявлено 02. 04. 80 (21) 2902133/18-10 (5! )М. Кл. с присоединением заявки ¹

G 01 К 7/00

10оударстеенный квинтет (23) Приоритет

СССР ав делам изобретений н открытнй

Опубликовано 23.12.81. Бюллетень №47

Дата опубликования описания 25 ° 12 ° 81 (53) УДК 536. . 53(088.8) Э.П. Садовников, А.А. Гришанов, В.А. Долгой, АХ.Крйвов,-",...

В.Г. Калайтанов, И.Я. Молочков, А.В. Кармановский, В.Л. Котляров и В.А. Голембо (Г г

J (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (5") ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

Изобретение относится к температур. ным измерениям.

По основному авт. св. 11" 700788 известен цифровой термометр (ЦТ), содержащий термопреобразователь с частотным выходом, соединенный с входом

S ключа, генератор опорной частоты, соединенный с делителем частоты, блок управления, вход которого соединен с выходом старшего разряда делителя частоты, а выходы соединены соответственно с управляющим входом ключа, генератором опорной частоты и входами установки нуля делителя частоты, тактирующий блок, подключенный к уп" равляющему входу сумматора, ко входам которого подключены выходы преобразователя кодов и стробоскопический блок индикации.

В этом термометре для учета технологического разброса характеристик температурного кварцевого резонатора (TKP) по номинальной частоте f и чувствительности S, а также для учета разброса параметров кварцевых резонаторов (KP) no значению Фс необходимо применять схемы изменения времени измерения t путем изменения коэффициента деления ky делителя частоты базы времени. Требуемые коэффициенты деления выставляются согласно таблице с паспортной чувствительностью датчика переключателем или посредством коммутации выводов (23.

Недостатком этого термометра является необходимость размещенчя внутри ЦТ узлов переключения большого числа коммутирующих элементов для предварительной установки счетчика результата и делителя частоты базы времени, что усложняет ручное управление ЦТ и его конструкцию, а также увеличивает возможность случайного переключения коммутирующих элементов. Кроме того, для учета погрешности из-за нелинейности составляющей для TKP с пьезоэлементом LC среза в диапазоне температур -60—

3 8922 в о

+ 120 С и 0,2-0,3 С осуществляют либо подбор ТКР, у которых температурные коэффициенты второго и третьего порядка противоположны по знаку и равны по модулю, что возможно только у теоретически, либо применяют по градуировочным таблицам.

Это ведет к неудобствам в эксплуатации и является источником дополнительных случайных ошибок. 10

ЦелЬ изобретения — повышение точности измерения путем устранения ошибки в результатах отсчета температуры, возникающей из-за нелинейности термочастотной характеристики датчика температуры и расширения диапазона измеряемых температур.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой термометр введены соединенные последовательно блок распо- . щ знавания калибровочных интервалов температуры, блок-диспетчер и электронный коммутатор, выходы которого соединены с соответствующими входами делителя опорной частоты, а вход 2З блока распознавания калибровочных интервалов температуры соединен с выходом блока индикации.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого термометра; на фиг. 2 — его термочастотные характеристики.

Устройство содержит пьезокварцевый термопреобразователь 1 с частотным выходом, который через ключ 2 и тактирующий блок 3 подключен к управляющему входу сумматора 4, ко входам которого подключены выходы преобразователя 5 кодов, служащего для преобразования прямого кода в обратный по сигналам старшего разряда делителя опорной частоты. К входам преобразователя 5 подключены выходы старших k+1-и-1 разрядов делителя б опорной частоты. Самый старший и-ный разряд делителя опорной частоты служит для управления работой преобразователя 5. К входу делителя б подключен генератор .7 опорной частоты, выход k-го разряда делителя 6 — к другому входу тактирующего блока 3.

К входу схемы 8 управления подключен старший и-ный разряд делителя опорной частоты. Первый выход схемы 8 управления подключен ко входам "Установка в 0" сумматора 4, делителя б опорной частоты, а второй выходк входам генератора 7 опорной часто33 4 ты и ключа 2. Выходы сумматора 4 подключены ко входам стробоскопического .блока 9 индикации, выход которого соединен с блоком 10 распознавания калибровочных интервалов температуры, выход которого соединен. с входом диспетчера 11. Выход диспетчера 11 соединен с входами электронного коммутатора 12, выходы которого соединены с входом делителя б опорной частоты.

В качестве точек стабильной температуры (реперных точек) при градуи. ровке термометра используют вещества с характерными точками агрегатного. состояния, температура которых достаточно точно известна.

Весь диапазон измеряемых температур, составляющий -80 — + 150 С разбивают на поддиапазоны, границами которых являются реперные точки. Перед сдачей термометра в эксплуатацию производят корректировку погрешности из-за нелинейности TKP путем кусочно-линейной аппроксимации термочастотной характеристики (ТХЧ) отрезками прямых с узлами в реперных точках. ТЧХ в общем случае явпяется нелинейной функцией температуры и описывается рядом вида д ь

= Е Ю(N)(e-eo)H, о и1. Х где 0 = —,— х — температурный о()

О коэффициент час„(3" 1 тоты (ТКЧ);

Q и Π— калибровочное и

О текущее значение температуры.

Для кусочно-линейной аппроксимации дополнительно введенные блоки реализуют лишь первый член формулы, так как в промежутке температур между двумя реперными точками истинная зависимость частоты колебаний кварца от температуры измеряемой среды остается неизвестной.

Устройство работает следующим об 0 разом.

При измерении температуры схема управления включает генератор 7 и открывает ключ 2. Импульсы с выхода термообразователя 1 через ключ 2 поступают на вход тактирующего блока

3, которое запрещает одновременное поступление импульсов с выхода ключа 2 на вход "Перенос" сумматора 4

892233

20 и импульсов с выхода k-ro разряда.

На выходе преобразователя 5 во время работы цифрового термометра формируется определенная последовательность чисел. Импульсы с выхода такти- S рующего блока 3 вызывают перенос чисел с выходов преобразователя 5 в сумматор Ч, в котором они суммируются.

При помещении пьезокварцевого тер- 1в мопреобразователя в среду с температурой, соответствующей реперным значениям „,йр,...,,, болок 10 я ю ° 9, т распознавания калибровочных интерва" лов температуры обучают. Процесс обучения заключается в том, что с помощью диспетчера 11, в ячейках памяти которого запоминаются определенные последовательности чисел, подают команды через электронный коммутатор 12 на делитель 6 для измерения его коэффициента деления до тех пор, пока цифровой индикатор не зарегистрирует температуру, соответствующую температуре реперной точки, 2З

В процессе эксплуатации термометра блок 10 распознает действительный интервал температуры (между двумя реперными точками), номер этого интервала выдает в виде двоичной последо- зф вательности диспетчеру-блоку 11, который в свою очередь вырабатывает команду, поступающую в блок 12 элект. ронного коммутатора для установки электронных ключей в такую комбинацию "включено-выключено", которой соответствует определенная крутизна S (чувствительность) ТКР, точно приводящая его характеристику в следующую реперную точку. 40

Блок 10 распознает калибровочные интервалы температуры, информация о номерах которых поступает на его вход в виде двоичного и-элементного кода. Блок 10 выполнен в виде и схем совпадений по входу, выходу которых конъюктивно объединяются соответственно новому коду, содержащему номер калибровочного интервала, т.е. блок

10 реализует булеву матрицу, сово%0 купности входов которой соответствуют определенные значения температур, хранящихся в матрице, а совокупности выходов — значения температурных интервалов. Техническая реалиИ зация 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 ll выполняет две функции: шифратора, так как преобразует номер конкретного температурного интервала в соответствующую и-значную кодовую двоичную последовательность, управляющую ключами электронного коммутатора 12, и функцию усиления сигчала.

Техническая реализация блока ll достигнута также сборкой диодной матрицы по типу шифратора с транзисторным усилием на выходе, Блок 12 электронного коммутатора управляет работой делителя 6. Блок

12 является исполнительным элементом. По входу он выполнен в виде и независимых схем совпадения, à по выходу — конъюктивно связанных между собой таким образом, чтобы срабатывание/несрабатывание определенных электронных ключей (реализация определенного выходного кода) соответствовало установке определенной крутизны S в блоке 6.

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

Принцип повышения точности и расширения диапазона измеряемых температур с помощью дополнительных блоков 10- 12 поясняет фиг. 2, где термочастотная характеристика Af =

= f(x); lI — линейная аппроксимация, реализуемая в известном термометре;

Ill — предлагаемая аппроксимация прямолинейными отрезками; IV — возможная ошибка измерения температуры известным устройством. . Значительная величина ошибки (фиг. 2) объясняется большим выбранным диапазоном измерения температур.

В действительности для известных термометров этот диапазон ограничивается

-60 — + l20 С, а крутизна параболы несколько меньше, т.е. зависимость и f/àT = f (1 ) более линейна.

Предлагаемое устройство позволяет 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 распознавания калибровочных значений температуры, диспетчера

7 89 и электронного коммутатора позволяет исключить из результата измерения погрешности, вызываемые нелинейностью

ТЧХ пьезокварцевого термопреобразователя и технологическим разбросом характеристик TKP по номинальной частоте Ф и чувствительности S, что, в свою очередь, позволяет снизить требования к стабильности элементов устройства при одновременном повышении точности и расширении интервала измеряемых температур.

Формула изобретения

Цифровой термометр по авт. св. У 700788, отличающийся

2233 тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измеряемых температур, в него введены соединенные последовательно блок распознава5 ния калибровочных интервалов температуры, блок-диспетчер и электронный коммутатор, выходы которого соединены с соответствующими входами делителя опорной частоты, а вход блока оаспо<о знавания калибровочных интервалов . температуры соединен с выходом блока индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

%5 1. Авторское свидетельство СССР и 700788, кл. G 01 K 7/00, 1978.

092233

f0 л O Q

254 5

Составитель Н. Горшкова

Редактор И. Николайчук Техред Т. Иаточка Корректор М. лароши

Заказ 11210/61

Аааибра8очные интервалы тетератури

ФЬЮ Я

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

rne aeoee%) иЦ

4WJY47