ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
DIGITAL TEMPERATURE GAUGE

Предполагаемое изобретение относится к области измерительной техники и, в частности, к теплоизмерениям.
Известен цифровой термометр для измерений температуры, содержащий термопару, усилитель, следящий двигатель, две мостовые схемы, термосопротивление и два источника питания (авт. свид. СССР №295035, МПК G01k 7/00, опубликовано 04.02.71, бюл. №7).
Недостатком этого устройства является низкое быстродействие из-за инерционности следящего двигателя.
2
Известен также цифровой термометр, содержащий датчик температуры, усилитель постоянного тока, источник опорного напряжения, генератор линейно-изменяющегося напряжения, сравнивающее устройство, генератор тактовых импульсов, цифровой счетчик, дешифратор, цифровой индикатор, дополнительное сравнивающее устройство (авт. свид. СССР №523304, М.Кл. G01K 7/02, опубликовано 30.07.76, бюл. №28).
Недостатком этого устройства также является также сравнительно низкое быстродействие.
3
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому является цифровой измеритель температуры, содержащий источник опорного напряжения, переключатель, датчик температуры, усилитель постоянного тока, устройство сравнения, генератор тактовых импульсов, электронный ключ, дешифратор, цифровой индикатор, дополнительный усилитель постоянного тока, цифровое управляемое сопротивление и аналого-цифровой преобразователь, при этом источник опорного напряжения соединен с переключателем, один из выходов которого подключен к одному из входов цифрового управляемого сопротивления, выход которого через дополнительный усилитель постоянного тока соединен с одним из входов устройства сравнения, а второй выход переключателя через датчик температуры, усилитель постоянного тока соединен с другим входом устройства сравнения, с одним из входов аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к управляемому входу цифрового управляемого сопротивления и через дешифратор к входу цифрового индикатора, а выход устройства сравнения соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого через электронный ключ подсоединен к второму входу аналого-цифрового преобразователя (авт. свид. СССР №939963, М.Кл. G01K 7/02, опубликовано 30.06.82, бюл. №24).
Недостатком данного цифрового измерителя температуры, принятого за прототип, также является сравнительно низкое быстродействие.
Техническая сущность предполагаемого изобретения состоит во введении цепи отрицательной обратной связи для уменьшения разности выходных сигналов усилителей постоянного тока путем автоматического регулирования величины цифрового управляемого сопротивления, то есть образования следящей системы автоматического управления.
Технический результат достигается тем, что цифровой измеритель температуры, содержащий источник опорного напряжения, переключатель, датчик температуры, два усилителя постоянного тока, генератор тактовых импульсов, дешифратор и цифровой индикатор, при этом источник опорного напряжения соединен с переключателем, один из выходов которого подключен к одному из входов цифрового управляемого сопротивления, выход которого связан с входом второго усилителя постоянного тока, а второй выход переключателя через датчик температуры соединен с входом первого усилителя постоянного тока, выход дешифратора соединен с входом цифрового индикатора, при этом разрядные входы цифрового управляемого сопротивления соединены с разрядными входами дешифратора, дополнительно снабжен блоком вычитания, генератором управляемой частоты, реверсивным счетчиком импульсов, делителем частоты и двоичным умножителем частоты, при этом выходы усилителей постоянного тока подключены к входам блока вычитания, выход которого через последовательно соединенный генератор управляемой частоты связан с суммирующим входом реверсивного счетчика импульсов, вычитающий вход которого подключен к генератору тактовых импульсов через последовательно соединенные делитель частоты и двоичный умножитель частоты, разрядные входы которого соединены с разрядными входами цифроуправляемого сопротивления, дешифратора и разрядными выходами реверсивного счетчика импульсов.
Структурная схема устройства представлена на чертеже.
Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, переключатель 2, датчик 3 температуры, цифроуправляемое сопротивление 4, усилители 5 и 6 постоянного тока, блок вычитания 7, генератор управляемой частоты 8, реверсивный счетчик импульсов 9, генератор тактовых импульсов 10, делитель частоты 11, двоичный умножитель 12, дешифратор 13 и цифровой индикатор 14.
Назначение вновь введенных элементов: блока вычитания 7, генератора управляемой частоты 8, реверсивного счетчика импульсов 9, делителя частоты 11 и двоичного умножителя частоты 12 - понятно из их названий.
Источник 1 опорного напряжения соединен своим выходом с переключателем 2, выходы которого соединены через датчик 3 температуры и цифроуправляемое сопротивление (ЦУС) 4 с входами усилителей 5 и 6 постоянного тока. Выходы усилителей 5 и 6 подключены к входам блока вычитания 7, выход которого через последовательно соединенный генератор управляемой частоты 8 связан с суммирующим входом реверсивного счетчика 9, вычитающий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 10 через последовательно включенный делитель частоты 11 и двоичный умножитель частоты 12. Выходы разрядов реверсивного счетчика 9 соединены с группой разрядных входов цифроуправляемого сопротивления 4, двоичного умножителя частоты 12 и дешифратором 13, подключенного своим выходом к входу цифрового индикатора 14.
Цифровой термометр работает следующим образом.
Перед началом измерений производится переключателем 2 включение режима работы в зависимости от используемого датчика температуры. При работе с термометрами сопротивления или полупроводниковыми терморезисторами выход источника 1 опорного напряжения подключается переключателем 2 через датчик 3 температуры и ЦУС 4 к входам усилителей 5 и 6 постоянного тока. При использовании термопары в качестве датчика 3 переключателем 2 выход источника 1 подключается через ЦУС 4 к входу усилителя 6 постоянного тока (УПТ), а термопара 3 подключается к входу УПТ 5. После этого устройство тарируется таким образом, чтобы выходной сигнал на выходе блока вычитания 7 был равен нулю, а генератор управляемой частоты 8 работал с определенной заданной частотой. При этом на выходах разрядов реверсивного счетчика 9 формируется код, устанавливающий определенные значения сопротивления ЦУС 4, выходной частоты двоичного умножителя 12 и величины температуры на цифровом индикаторе 14, управляемого дешифратором 13.
При измерении температуры сигнал от датчика 3 после УПТ 5 поступает на первый вход блока вычитания 7, на второй вход которого поступает сигнал с выхода УПТ 6. Если разность этих сигналов не равна нулю, то сразу же изменяется частота генератора управляемой частоты 8, что приводит к изменению текущего кода в реверсивном счетчике 9 и, соответственно, изменению величины сопротивления ЦУС 4. Генератор 8 изменяет свою частоту так, чтобы ликвидировать возникающую разность напряжений на входах блока вычитания 7. Таким образом следящая система автоматического управления поддерживает выходные напряжения УПТ 5 и 6 равными с погрешностью, определяемой статической ошибкой.
Применение предлагаемого устройства позволяет повысить быстродействие измерения температуры по сравнению с прототипом вследствие создания следящей системы автоматического управления. При этом возможно получение помимо цифрового выхода также дополнительного частотно-импульсного выходного сигнала при подключении к выходам генератора управляемой частоты 8 или двоичного умножителя частоты 12. Между блоком вычитания 7 и генератором 8 может быть введен дополнительный усилитель постоянного тока.