ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 2014 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения скорости изменения температуры в автоматизированных системах управления нагревом изделий, а также колодцев и печей в металлургической промышленности.

Известны измерители скорости изменения температуры, в которых происходит измерение разности двух непрерывных сигналов, снимаемых с термопары в различные моменты времени (А.С. СССР №378732, кл. G01K 7/02, 03.05.71, А.С. СССР №528459, кл. G01K 7/02, 03.01.75).

Недостатком этих устройств является низкая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является цифровой измеритель скорости изменения температуры, содержащий термопреобразователь, подключенный к входу частотного преобразователя, генератор импульсов, соединенный с формирователем временных интервалов, два счетчика, один из которых соединен с цифровым индикатором, генератор одиночных импульсов, два делителя частоты, два коммутатора, дешифратор и блок выбора предела измерения, вход которого соединен с частотным преобразователем, а выход через генератор одиночных импульсов соединен со счетным входом первого счетчика, выход которого через дешифратор соединен с управляющими входами коммутаторов, причем выход частотного преобразователя соединен с информационным входом первого коммутатора, выход которого через первый делитель соединен со счетным входом второго счетчика, соединенного с цифровым индикатором, а выходы формирователя временных интервалов через второй коммутатор и второй делитель соединены с управляющими входами второго счетчика (А.С. СССР №767563, кл. G01K 7/00, Бюл. №36 от 30.09.80).

Недостатком данного цифрового измерителя температуры, принятого за прототип, является низкое быстродействие работы.

Это вызвано тем, что используется дискретный принцип работы измерителя, т.е. осуществляется интегрирование (счет импульсов) на одном временном интервале с последующим вычитанием интеграла на другом временном интервале.

Техническая сущность предполагаемого изобретения состоит в непрерывно-дискретном характере обработки информации, представленной в частотной форме.

Технический результат достигается тем, что цифровой измеритель скорости изменения температуры, содержащий последовательно соединенные термопреобразователь и частотно-импульсный преобразователь температуры, реверсивный счетчик импульсов, генератор опорной частоты, первый, а также второй делитель частоты и цифровой индикатор дополнительно содержит последовательно соединенные блок сложения-вычитания и блок вычитания частотных сигналов, а также двоичный умножитель частоты, двух-входовая логическая схема "ИЛИ", при этом первый суммирующий вход блока сложения-вычитания соединен с выходом частотно-импульсного преобразователя температуры, второй вход - с выходом второго делителя частоты, а выход блока сложения-вычитания подключен к первому входу блока вычитания частотных сигналов и суммирующему входу реверсивного счетчика, первая и вторая группа входов двоичного умножителя частоты соединены с выходами реверсивного счетчика и первого делителя частоты соответственно, а выход - со входом второго делителя частоты, генератора опорной частоты соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика и со вторым входом блока вычитания частотных сигналов блоком вычитания частотных сигналов, выходы которого соединены с двумя входами логической схемы "ИЛИ", подключенной выходом к входу цифрового индикатора.

Схема цифрового измерителя скорости изменения температуры представлена на фигуре 1 и содержит термопреобразователь 1, соединенный через последовательно включенный частотно-импульсный преобразователь 2 с первым входом сумматора блока 3 сложения-вычитания, выход которого соединен с первым входом блока вычитания частотных сигналов 4 и с суммирующим входом реверсивного счетчика 5. Реверсивный счетчик 5 соединен выходами с первой группой входов двоичного умножителя 6. С выхода опорного генератора 7 сигнал опорной частоты F₀ поступает на вход первого делителя 8 частоты и одновременно на второй вход блока вычитания частотных сигналов 4 и вычитающий вход реверсивного счетчика 5. Выходы первого делителя 8 частоты подключены ко второй группе входов двоичного умножителя 6, выход которого через второй делитель 9 частоты соединен со вторым входом узла вычитания блока сложения-вычитания 3, первый вход узла вычитания которого связан с выходом сумматора блока 3, а выход узла вычитания соединен со вторым входом сумматора блока сложения-вычитания 3. Выходы блока вычитания 4 (выходы положительного и отрицательного изменения скорости температуры) соединены с логической схемой 10 «ИЛИ», подключенной к входу цифрового индикатора 11, который является выходом устройства. Назначение функциональных элементов схемы следует из их названия.

Цифровой измеритель скорости изменения температуры работает следующим образом.

Сигнал с термопреобразователя 1 преобразуется частотно-импульсным преобразователем температуры 2 в поток прямоугольных импульсов, частота следования которых F_T(t) пропорциональна измеряемой температуре T(t).

В исходном состоянии реверсивный счетчик 5 обнулен. Частота F_T(t) поступает на первый вход сумматорам блока 3 сложения-вычитания, содержащего узлы сложения и вычитания частот. Частота F₂(t) на выходе блока 3 определяется по формуле с:

где F₁(p) - выходная частота второго делителя 9;

p - оператор преобразования Лапласа;

где N(p) - код в реверсивном счетчике 5;

N_m - коэффициент пересчета реверсивного счетчика 5;

K - емкость второго делителя 9 частоты.

Текущее значение кода в реверсивном счетчике 5 определяется соотношением

Следовательно, на основании (1), (2) и (3) можно записать

F_T(p)=F₁(p),

или

.

Частота на выходах блока вычитания 4 формируется как разность частот F₂ и F₀, поэтому на выходах блока вычитания 4:

т.е. прямопропорциональна производной по времени от частотно-импульсного сигнала F_T(t)

Изменением емкости второго делителя 9 частоты можно регулировать в широких пределах чувствительность цифрового измерителя скорости изменения температуры. Знак разности в (4) регистрируется на выходах блока вычитания частотных сигналов 4 и характеризует положительное или отрицательное изменение скорости температуры.

Импульсы с частотой ΔF(t) через схему 10 "ИЛИ" поступают на цифровой индикатор 11 (например, частотомер), являющийся выходом устройства.

Таким образом, переход от дискретного характера обработки информации к непрерывной значительно повышает быстродействие выполнения операции дифференцирования. Применение в качестве цифрового индикатора частотомера позволяет непрерывно получать цифровые отсчеты, не делая пауз между отсчетами и последующего определения разности между этими отсчетами, как в прототипе, для определения производной [Карпов Р.Г. Техника частотно-импульсного моделирования. - М.: Машиностроение, 1969, 248 с.].

Цифровой измеритель скорости изменения температуры может быть реализован на известной элементной базе.

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано для измерения скорости изменения температуры в автоматизированных системах управления нагревом изделий, а также колодцев и печей в металлургической промышленности. Заявлен цифровой измеритель скорости изменения температуры, содержащий последовательно соединенные термопреобразователь и частотно-импульсный преобразователь температуры, реверсивный счетчик импульсов, генератор опорной частоты, первый, а также второй делитель частоты и цифровой индикатор. Устройство дополнительно содержит последовательно соединенные блок сложения-вычитания и блок вычитания частотных сигналов, а также двоичный умножитель частоты, двухвходовую логическую схему "ИЛИ". Переход от дискретной обработки информации к непрерывной позволяет повысить быстродействие выполнения операции дифференцирования. Технический результат: повышение быстродействия работы устройства. 1 ил.

Цифровой измеритель скорости изменения температуры, содержащий последовательно соединенные термопреобразователь и частотно-импульсный преобразователь температуры, реверсивный счетчик импульсов, генератор опорной частоты, первый, а также второй делитель частоты и цифровой индикатор, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные блок сложения-вычитания и блок вычитания частотных сигналов, а также двоичный умножитель частоты, двухвходовая логическая схема "ИЛИ", при этом первый суммирующий вход блока сложения-вычитания соединен с выходом частотно-импульсного преобразователя температуры, второй вход - с выходом второго делителя частоты, а выход блока сложения-вычитания подключен к первому входу блока вычитания частотных сигналов и суммирующему входу реверсивного счетчика, первая и вторая группа входов двоичного умножителя частоты соединены с выходами реверсивного счетчика и первого делителя частоты соответственно, а выход - со входом второго делителя частоты, генератор опорной частоты соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика и со вторым входом блока вычитания частотных сигналов, блоком вычитания частотных сигналов, выходы которого соединены с двумя входами логической схемы "ИЛИ", подключенной выходом к входу цифрового индикатора.