ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
DIGITAL TEMPERATURE METRE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения профиля и измерения параметров теплового поля на заданной поверхности, возникающего в результате воздействия на окружающую среду распределенного источника воспламенения.
Известен измеритель температуры, содержащий информационный датчик (датчик температуры) и блок измерения, который состоит из входного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, коммутатора, блока управления, блока памяти, генератора тактовой частоты, адресного счетчика, положительного конденсатора, причем выход информационного датчика (датчик температуры) соединен с входом входного усилителя и вторым входом коммутатора, выход входного усилителя соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом коммутатора, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя и входом положительного конденсатора, выход генератора опорной частоты соединен с первым входом блока управления, на второй вход которого поступает команда выхода, первый выход блока управления соединен с третьим входом коммутатора, второй выход - со вторым входом блока памяти, третий выход со входом адресного счетчика, выход которого соединен с третьим входом блока памяти, первый выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом блока памяти, выход которого является цифровым выходом измерителя температуры /1/.
Недостатками данного измерителя температуры является недостаточная информативность из-за отсутствия возможности определения профиля и измерения параметров теплового поля на заданной поверхности, возникающего в результате воздействия на эту поверхность распределенного источника воспламенения, низкая точность (из-за отсутствия схемы термокомпенсации холодного спая термопары), малая продолжительность измерений, отсутствие возможности неконтактного съема накопленных замеров температуры.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка удобного в эксплуатации автономного цифрового измерителя температуры, позволяющего определять профиль и с требуемой точностью измерять параметры теплового поля на заданной поверхности в течение необходимого времени при воздействии на нее распределенного источника воспламенения.
Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в повышении информативности измерителя температуры за счет определения профиля и измерения с привязкой к текущему времени параметров теплового поля на заданной поверхности, обеспечения требуемого времени проведения измерений, повышении точности измерений за счет увеличения числа показаний, записываемых в блок памяти прибора, их предварительной интерполяции, контроля питающих напряжений и учета условий окружающей среды, а также повышении удобства в эксплуатации за счет неконтактного съема показаний и обеспечения сохранности результатов измерений при выключении прибора.
Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что в автономный цифровой измеритель температуры, содержащий информационный датчик и блок измерения, который состоит из аналого-цифрового преобразователя, генератора тактовой частоты и блока памяти, дополнительно введены N аппаратно-программных каналообразующих модулей, микроЭВМ, аппаратно-программный модуль контроля внутренних питающих напряжений, блок измерения параметров окружающей среды, супервизор, цифровой приемопередатчик, COM-порт, источник эталонных напряжений, при этом информационный датчик состоит из N датчиков температуры, аналого-цифровой преобразователь является синхронным N-канальным, блок памяти энергонезависимым и перезаписываемым, группа выходов N датчиков температуры через N аппаратно-программных каналообразующих модулей соединена с группой N первых входов синхронного аналого-цифрового преобразователя, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ, первый выход которой соединен со входом COM-порта, выходы супервизора, энергонезависимого перезаписываемого блока памяти, генератора тактовой частоты, цифрового приемопередатчика, блока измерения параметров окружающей среды, аппаратно-программного модуля контроля внутренних питающих напряжений, первый выход источника эталонных напряжений соединены соответственно со вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и с восьмым входами микроЭВМ, второй, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно со входами цифрового приемопередатчика, энергонезависимого перезаписываемого блока памяти и со вторым входом синхронного аналого-цифрового преобразователя, третий вход которого соединен со вторым выходом источника эталонных напряжений, выходы цифрового приемопередатчика и com-порта являются соответственно первым и вторым выходами блока измерения.
Отличительными признаками являются следующие признаки:
- информационный датчик состоит из N датчиков температуры, аналого-цифровой преобразователь является синхронным N-канальным, дополнительно введены N аппаратно-программных каналообразующих модулей - признак существенный, так как обеспечивает решение технической задачи с достижением технического результата, заключающегося в определении профиля и параметров теплового поля на заданной поверхности;
- введены микроЭВМ, аппаратно-программный модуль контроля внутренних питающих напряжений, блока измерения параметров окружающей среды, аппаратно-программный модуль контроля внутренних питающих напряжений, супервизор - признак существенный, так как обеспечивает решение технической задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении точности и продолжительности измерений;
- введен цифровой приемопередатчик - признак существенный, так как обеспечивает решение технической задачи с достижением технического результата, заключающегося в неконтактном съеме показаний измерителя;
- введен цифровой приемопередатчик, блок памяти является энергонезависимым и перезаписываемым - признак существенный, так как обеспечивает решение технической задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении удобства пользования прибором;
- связи между известными и новыми элементами цифрового измерителя температуры - признак существенный, так как обеспечивает достижение требуемого технического результата.
Вышеуказанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники. Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению информативности, точности цифрового измерителя температуры и удобства его эксплуатации и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
На чертеже приведена функциональная схема цифрового измерителя температуры.
Цифровой измеритель температуры содержит N датчиков 1 температуры, N аппаратно-программных каналообразующих модулей 2 и блок 3 измерения, который состоит из N-канального синхронного аналого-цифрового преобразователя 4, микроЭВМ 5, супервизора 6, энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти, генератора 8 тактовой частоты, цифрового приемопередатчика 9, аппаратно-программного модуля 10 контроля внутренних питающих напряжений, COM-порта 11, блока 12 измерения параметров окружающей среды и источника 13 эталонных напряжений, при этом группа выходов N датчиков 1 температуры через N аппаратно-программных каналообразующих модулей 2 соединена с группой N первых входов синхронного аналого-цифрового преобразователя 4, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ 5, первый выход которой соединен со входом COM-порта 11, выходы супервизора 6, энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти, генератора 8 тактовой частоты, цифрового приемопередатчика 9, блока 12 измерения параметров окружающей среды, аппаратно-программного модуля 10 контроля внутренних питающих напряжений, первый выход источника 13 эталонных напряжений соединены соответственно со вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микроЭВМ 5, второй, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно со входами цифрового приемопередатчика 9, энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти и вторым входом синхронного аналого-цифрового преобразователя 4, третий вход которого соединен со вторым выходом источника эталонных напряжений 13, выходы цифрового приемопередатчика 9 и com-порта 11 являются соответственно первым и вторым выходами блока 3 измерения.
Цифровой измеритель температуры работает следующим образом.
При включении измерителя происходит контроль питающих напряжений с помощью аппаратно-программного модуля 10 контроля внутренних питающих напряжений, тестирование внутренних узлов микроЭВМ 5, контроль работоспособности энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти и цифрового приемопередатчика 9.
После появления распределенного источника воспламенения происходит воздействие теплового поля на N датчиков 1 температуры, сигналы с выходов которых усиливаются и интерполируются N аппаратно-программными каналообразующими модулями 2 и поступают на N первых входов синхронного N-канального аналого-цифрового преобразователя 4, где из аналоговой формы преобразуются в цифровую. С выхода синхронного N-канального аналого-цифрового преобразователя 4 сигналы поступают на первый вход микроЭВМ 5. С учетом того, что N-канальный аналого-цифровой преобразователь 4 является синхронным, то появление сигнала на одном из N датчиков 1 температуры приводит к фиксации этого момента микроЭВМ 5. Затем с некоторой задержкой во времени приходят сигналы с других датчиков, моменты появления которых также фиксируются микроЭВМ 5.
Обработка сигналов с N датчиков 1 температуры, поступающих через N-канальный аналого-цифровой преобразователь 4 на первый вход микроЭВМ 5 с учетом известных координат расположения датчиков на заданной поверхности, позволяет определить профиль теплового поля, распределение температуры на заданной поверхности и др.
МикроЭВМ 5 является основным функциональным узлом прибора, осуществляющим обработку результатов экспериментов. МикроЭВМ 5 обеспечивает существенно более высокую в сравнении с прототипом частоту записи поступающих сигналов, что в свою очередь повышает точность определения параметров теплового поля.
Результаты обработки записываются в энергонезависимом перезаписываемом блоке 7 памяти и поступают на вход цифрового приемопередатчика 9. В энергонезависимом перезаписываемом блоке 7 памяти результаты могут храниться длительное время.
С выхода блока 12 измерения параметров окружающей среды на вход микроЭВМ 5 поступает информация об атмосферном давлении, температуре и влажности окружающей среды, которая учитывается при определении вышеуказанных параметров теплового поля и фиксации условий проведения экспериментов.
Источник 13 эталонных напряжений обеспечивает питание аналого-цифрового преобразователя 4 и микроЭВМ 5 высокостабильными эталонными напряжениями.
Цифровой приемопередатчик 9 позволяет осуществить неконтактную передачу результатов экспериментов по запросу другого устройства.
Супервизор 10 отслеживает величину напряжения питания микроЭВМ 5 и фиксирует те моменты, когда оно находится ниже допустимого уровня, предотвращая сбои в работе цифрового измерителя температуры.
При возникновении необходимости или отказе цифрового приемопередатчика 9 информация о результатах экспериментов может быть считана в помощью внешнего устройства через COM-порт 11.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить информативность, точность и удобство эксплуатации цифрового измерителя температуры.
Источник информации
1. Устройство регистрации термо-ЭДС ИТ-4К-0,1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации (прототип).