Цифровой термометр

Цифровой термометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<щ991185

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к ввт. сеид-ву М 700788

f51) М. Кп. (22) Заявлено 3103В1 (21) 3266551/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 0l К 7/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

1531УДК 536.532 (08.8. 8) Опубликовано 23.01.83. Бюллетень № 3

Дата опублккования описания 23.01ВЗ

Э. П. Садов ников, .A. A ...Гришанов, В.A. Долг

В.Л. Котляров и В.А. Голембо (72) Авторы изобретения с

1 (71) Заявитель

° (54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, к области температурных измерений.

По основному авт. св. 9 700788 известен цнфровой термометр, содержащий термопреобраэователь с частотным выходом, соединенный с входом 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 управляющему входу сумматора, ко входам которого подключены выходы преобразователя кодов и стробоскопический блок индикации (1 j .

В этом термометре для учета технологического разброса характеристик температурного кварцевого резонатора (ТКР) по номинальной частоте f u чувствительности Я, а также для учета разброса кварцевых резонаторов (КР) по значению f (технологический разброс для герметизированных ТКР составляет по номинальной частоте +50-10 что соответствует +250 Гц, и разброс по чувствительности 160-200 Гц/ С) необходимо применять схемы изменения времени измерения с путем изменения коэффициента деления К,в, делителя частоты базы времени. Требуемые коэффициенты деления выставляются согласно таблице с паспортной чувствительностью датчика переключателем или посредством коммутации выводов.

Недостатком этого технического решения является необходимость .размещения внутри ЦТ уэ,пов 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 воэможность случайного переключения коммутирующих элементов.

Кроме того, для учета погрешности изза нелинейности составляющей для ТКр с пьезоэлементом ЬС среза в диапазоне температур — 60- +120 С, 0,2-0 3 С осуществляют либо подбор ТКР, у которых температурные коэффициенты второго и третьего порядка противоположны по. знаку и равны модулю, что возможно только теоретически, либо применяют коррекцию по градуировочным таблицам, производимую оператором. Послед991185 нее ведет к неудобствам в эксплуатации и является источником дополнительных случайных ошибок, т.е. в этом термометре не учитывается нелинейность характеристики датчика, что приводит к погрешности показаний термометра, 5 асобенно при измерениях в широком .диапазоне температур.

Одним из путей реализации повышенных точностных характеристик ЦТ является уточнение формы ТЧХ, вид которой(0 известен эмпирически лишь в нескольких точках. При этом воэможность ее корректировки с высокой точностью может быть достигнута не путем кусоч- но-линейной аппроксимации, а с помо- 5 щью интерполяционного полинома Лагранжа, который практически однозначно передает форму ТЧХ.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры путем устранения погрешности от нелинейности термочастотной характеристики датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в известный цифровой термометр введены соединенные последовательно блок аппроксимации и блок коррекции количества импульсов, при этом выходы блока индикации соединены с информационными входами блока аппроксимации, его входы сравнения соединены с 30 выходами сумматора и входами блока индикации, а выход блока коррекции количества импульсов соединен с одним и з в ходов к люча .

Причем блок аппроксимации содержит35

2п схегл вычитания, выходы которых попарно подключены к входам п схем деления, а их выходы соединены с входами запоминающего устройства, выход которого подключен к одним из входов 40 п схем сравнения, другие входы которых соединены с выходами сумматора, а их выходы подключены к входу блока коррекции, где n — количество узлов аппроксимации характеристики датчика. 45

На фиг . 1 прив едена с трук турная схема предлагаемого термометра; на фиг. 2 — блок аппроксимации; на фиг.

3 — дифференциальная селекторная схема; на фиг. 4 — схема выполнения блока деления.

Устройство содержит пьезокварцевый термопреобразователь 1. с частотным выходом, который через ключ 2 и тактирующий блок 3 подключен к управлянуему входу сумматора 4, ко входам кото- 55 рого подключены выходы преобразователя кодов 5, служащего для преобразо- . вания прямого кода в обратный по сигналам старшего разряда делителя опорной частоты. K входам преобразовате- 60 ля 5 подключены выходы старших К+1 п-1.разрядов делителя б опорной частоты. Самый старший n — разряд делителя опорной частоты служит для управления работой преобразователя 5. К входу делителя б подключен генератор

7 опорной частоты, выход К-ro разряда делителя б — к другому входу тактирующего блока 3. К входу схемы 8 управления подключен старший и-й разряд делителя опорной частоты. Первый выход схемы 8 управления подключен ко входам Установка в 0 сумматора 4, делителя б опорной частоты и

I люча 2.

Выходы сумматора 4 подключены ко входам стробоскопического блока индикации 9, между выходами которого и дополнительным входом ключа 2 введены последовательно соединенные блок аппроксимации 10, состоящий из 2п схем вычитания, п схем деления,,п схем сравнения (где п — количество узлов (точек) аппроксимации характеристики датчика) и запоминающего устройства, и блок коррекции количества импульсов

11, причем входы сравнения блока аппроксимации 10 подключены к выходам сумматора 4.

ЬК вЂ” (И) е и о и=1 где У(")= g=e (д "Е n" ° f Э9" о — темп ературный коэффициент частоты (ТКЧ); 8„ и 9 — калибровочное и текущее значение температуры, Для аппроксимапии ТЧХ путем интерполяционного полинома Лагранжа дополнительно введенные блоки дают возможность реализовать любой член формулы и получить высокую точность измерения температуры вплоть до предельного значения, обусловленного нестабильностью ТЧХ.

4 устройство работает следующим образом.

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

З,,который запрещает одновременное поступление импульсов с выхода ключа

2 на вход Перенос сумматора 4 и

Весь диапазон измеряемых температур разбивают на подциапазоны, границами которых являются реперные точки. Перед сдачей термометра в эксплуатацию производят корректировку погрешности из-за нелинейности ТКР путем замены ТЧХ интерполяционным полиномом

Лагранжа п-й степени (где n — количество узлов аппроксимации характеристики датчика) с узлами в реперных точках. ТЧХ в общем случае является нелинейной функцией температуры и описывается рядом вида

991185 импульсов с выхода К-го разряда. На выходе преобразователя 5 so время работы ЦТ формируется определенная последовательность чисел. Импульсы с выхода тактирующего блока 3 вызывают перенос чисел с выходов преобразова- 5 теля 5 в сумматор 4, в котором они суммируются.

При помещении термопреобраэователя всреду с температурой, соответствующей реперным значениям с „,ср,...,,, ){) работа блока аппроксимации"10 и интерполяция ТЧХ может быть пояснена следующим образом.

В общем виде полинам Лагранжа представляется в схемах запоминания функ- 5 цией

F=g(e)=F+F (9-О )+Е (О-О )(6-6„)+ . ... FÄ(e-e,)(e-e„) (8-()Ä,)

20 при этом имеем А) = Ео = Fo

Рассмотрим полинам о

N(8)= - =F(8-9„)+...t F„(8-9„). (8-9„„)25

О

Е

8 -e о

Затем рассмотрим полинам 36

М(В)-) М64 F,F (8-0 )+. + (Е Е )

3 2 " я 2

-. (8 Еп )

Pl(8 )-М()

R_#_n) g g 2

2 1 и т.д.

При каждом очередном помещении датчика в реперную точку в конечном итоге в блоке аппроксимации формируются все коэффициенты F что и дает искомый полинам f(e).

В качестве упрощенного примера выполнения блока 10 для трех точек аппроксимации приведено на фиг. 2;

Здесь описанный алгоритм работы реализуется в шести схемах вычитания

10.1 и трех деления 10.2 запоминающем устройстве 10. 3 и сравнивающем устрой-. 50 стве 10.4. Таким образом, помещая дат. чик последовательно в три реперные .то ки, в блоке аппроксимации 10 формируется искомый полинам

1 55

F =e(e)= F + (8 В )+ Г (Е В )(В e„), который с большой точностью совпадает с ТЧХ кварцевого резонатора и хранится в ячейках памяти запоминающего 60 устройства блока аппроксимации 10.

В процессе эксплуатации термометра в схемах сравнения блока 10 происхоДит сравнение измеряемой температуры — сигналов с сумматора 4 с данны- g5 ми, хранимыми в запоминающем, устройстве блока аппроксимации, и при необходимости подается соответствующий сигнал на блок коррекции количества импульсов 11, который открывает (закрывает) ключ 2, и импульсы от датчика 1 через тактирукщее устройство 3 поступают в сумматор 4 и далее в имдикатор 9. Блок аппроксимации (для трех узлов аппроксимации) представля» ет собой комбинацию шести схем вычитания и трех блоков деления, эапоминакицего устройства и схемы сравнения.

Техническая реализация схемы вычитания мажет быть достигнута с помощью реверсивных счетчиков. При вычитании одновременно постунакщих последовательностей импульсов перед реверсивным счетчиком включается дифференциальная селекторная схема (фиг.3), В этом случае поступакщие в оба канала импульсы сначала запоминаются промежуточныаи .запоминаихцими устройствами

10,1,1 и 10.1.2, после чего с тактовой частотой передаются. в эапоминающие устройства 1 О. 1 . 3, 1 О. 1 . 4 . В счетчик 10.1.6 импульсы попадают через селекторную схему 10.1.5 только при разном состоянии обоих запоминающих устройств 10. 1. 3 и 10.1. 4 .

Техническая реализация блока деления может быть выполнена по схеме, представленной на фиг. 4. Для каждого интервала импульсов 1 включается триггерная схема 10.2.1, открывающая вентиль 10..2.2 ° В течение этого времени импульсы 1< могут поступать в счетчик 10.2.3, Таким образом, введение в предлагаемое устройство блока аппроксимации и блока коррекции количества импульсов позволяет проводить корректировку

ТЧХ не путем кусочно-линейной аппроксимации, а путем замены ТЧХ интерполяционным полнномом Лагранжа, что дает возможность работать с датчиками температуры с частотным выходом, имеющим нелинейную зависимость от температуры. При этом зкономический эффект достигается эа счет значительного уменьшения погрешности измерения изза нелинейности характеристики датчика (от 0,2ОС до 0,01 С), расширения диапазона измеряемых температур, исключения влияния технологического раз-броса характеристик ТКР по номинальной частоте f и чувствительности S а следовательно, за счет снижения требований к стабильности элементов устройства, что значительно упрощает технологию их производства.

Формула изобретения

1 . Цифровой термоме тр по ав т. св.

@700788,отличающийся

991185 тем, что, с целью повышения точности измерения температуры путем устранения погрешности от нелинейности термочастотной характеристики датчика, в него введены соединенные последовательно блок аппроксимации и блок 5 коррекции количества импульсов, при этом выходы блока индикации соединены с информационными входами блока аппроксимации, егo входы сравнения соединены с выходами сумматора и вхо- 30 дами блока индикации, а выход блока коррекции количества импульсов соединен с одним из входов ключа.

2. Термометр по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что блок аппроксимации содержит 2п схем вычитания, выходы которых попарно подключены к входам и схем деления, а их выходы соединены с входами запоминающего устройства, выход которого подключен к одним из входов и схем сравнения, другие входы которых соединены с выходами сумматора, а их выходы подключены к входу блока коррекции, где n — количество узлов аппроксимации характеристики датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 700788, кл. G 01 К 7/00, 1978 (прототип).

991185

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

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

Закаэ 110/55

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Горшкова

Редактор В. Лаэаренко Техред О.Неце Корректор В. Прохненко