Устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика Советский патент 1983 года по МПК G01K15/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ТЕРМОДАТЧИКА

I

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройству для измерения показателя тепловой инерции термодатчика.

Известно устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика, содержащее усилитель и ключ, соединенные с одним входом нуль-органа, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения, причем выход нуль-органа замыкается на триггер, управляющий ключом, соединянвдим между собой генератор опорной частоты, счетчик и индикатор tilНедостатком известного устройства является низкое быстродействие, определяющееся фактически временем нагрева термодатчика до температуры объекта, при которой сигнал на его выходе примет установившееся значение.

Известно также устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика, содержащее усилитель, соединенный через ключ с входом запоминающего устройства и с входами нуль-органов, одновибратор, управляющий запоминающим устройством и ключом, через который выходы нуль-органов подключаются к измерителю временного интервала 2.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное не только инерционностью датчика температуры, но и фактическим временем нагрева термодатчика до температуры объекта, при которой сигнал на выходе устройства

10 примет установившееся значение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобратению является устройство для измерения показателя тепловой

15 инерции термодатчика, содержащее усилитель, выход которого соединен с одним из входов нуль-органа и через ключ с входом блока памяти, соединенного с индикатором, блок временг20ного интервала, подключенный к выходу нуль-органа и соединенный с управлякндим входом ключа З.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие/ обус25ловленное не только инерционностью датчика температуры, но и фактическим временем нагрева термодатчика до температуры объекта, при которой сигнал на выходе устройства примет

30 установившееся значения. В ряде случаев это время достигает значительных величин. В то же время сокращение времени на определение постоянной времени необходимо при отбраков ке изготавливающихся на потоке термодатчиков, а также для быстрой кор рекции измеряемых температур в изме рительных устройствах повышенной точности. Кроме того, одним из недостатков известных устройств и про тотипа является и их сравнительная сложность, вызванная применением генератора опорной частоты и счетчи ка импульсов. В процессе работы известного уст ройства осуществляется запоминание трех, четырех значений измеряемой термо-ЭДС, равного постоянной времени термодатчика в запоминающем устройстве. Это приводит к снижению быстродействия, так как процесс измерения и запоминания осуществляетс только при значении напряжения, со ответствующего некоторому значению температуры обт.екта и ограниченного постоянной времени, при этом процес измерения жестко связан с постоянной времени. Цель изобретения - повышение быст родействия устройства за счет уменьшения времени измерения. Для достижения поставленной цели в устройство введены два источника эталонного напряжения, функциональный преобразователь и сумматор, при этом первый источник эталонного напряжения подключен к второму входу нуль-органа, выход блока памяти соединен с входом функционального преобразователя, выход KOTopqfo подключен к одному из входов сумматора, другой вход которого соединен с вторым источником эталонного напряжения а выход сумматора подключен к входу индикатора. Введение первого и второго источников напряжения, функционального преобразователя и сумматора в предлагаемое устройство позволило повысить быстродействие устройства за счет уменьшения промежутка времени измерения, которое может быть выбрано достаточно малым. Для измерения показателя тепловой инерции термодатчика датчик температуры помещается в зону объекта, температура которой известна, например . Нульорган сравнивает температуру окружающей среды с измеряемой температурой объекта. Температура окружающей среды задается с помощью первого источника эталонного напряжения. Второй фиксированный промежуток времени выбирается из расчета требуемого быстродействия при определении показателя тепловой инерции термодатчика, которая вместе с заранее принятыми фиксированными значениями (такими например, как выбор температуры объекта, равного 100°С, задание температуры окружающей среды и т.д.) задается вторым источником эталонного напряжения. Изменяя промежуток времени между двумя фиксированными точками и реализуя алгоритм-определения показателя тепловой инерции термодатчика в аналоговой форме, можно изменять быстродействие устройства. Указанное подключение введенных блоков обеспечивает повышение быстродействия устройства в результате изменения промежутка времени между двумя фиксированными точками. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит температурный датчик 1, усилитель 2, нуль-орган 3, ключ 4, блок 5 памяти, блок 6 временного интервала, первый источник 7 эталонного напряжения, функциональный преобразователь 8, сумматор 9, второй источник 10 эталонного напряжения, индикатор 11. Температурный датчик 1, усилитель 2, ключ 4, блок 5 памяти, функциональный преобразователь 8, сумматор 9, индикатор 11 , соединены последовательно. Выход усилителя 2 подключён к первому вхо-; ду нуль-органа 3, к второму входу которого подключен первый источник 7 эталонного напряжения. Выход нульоргана 3 соединен с блоком временного интервала 6, подключенный к входу управ7шния ключом 4. К второму входу сумматора 9 подключен %торой источник 10 эталонного напряжения. Введение источников эталонного напряж« ния в предлагаемое устройст- . во пог(%оляет увеличить быстродействие при определении за счет того, что не тратится время на задание и формирование исходных напряжений, т.е. имитировать заранее заданные фиксированные значения. Введение функционального преобразователя, сумматора позволяет реализовать алгоритм работы устройства в аналоговой форме. Устройство работает следук«цим образом. Если в качестве термодатчика, например, используется термопара, то зависимость изменения напряжения или термо-ЭДС во времени t на выходе ее определяется выражением ). (1) Е„ + ()(1. где . - установившееся значение термо-ЭДС, соответствующая измеряемой температуре е{Е„-€у ; Е - значение.термо-ЭДС,, соответствующая температуре окружающей среды; Т - постоянная времени термодатчика. t можно определить из (1) соотноЕП - ei Е„ - e-j где е и е - значения термо-ЭДС, и меренные в соответствующие моменты времени Ци t. (At t,- t ) , Из выражения (2) следует, что 1. 1.Еи(Е„-е, ) (Е.-е.). (3) Если принять, что е , ЕП и некоторые заранее заданные постоянные в личины, тогда, обозначая первый член второй части выражения (3) через A{A const), имеем (Е,-е,). «.) На основание выражения С) и строит ся алгоритм предлагаемого устройств Пусть имеем термопары, калиброва ные по термо-ЭДС, т..е. определенной температуре соответствует некоторая определенная, одинаковая у каждой термопары, термо-ЭДС. При этом предохранительные наконечники термопар могут быть различными, соответствен но различными будут и постоянные времени Т. Для измерения постоянной времени термопары она помещается в среду,температура которой заранее известна и пoдцepживaetcя постоянной (например, в кипящую воду 100 С), При этом будет заранее известно и ЕП - термо-ЭДС, развивае мая каждой из испытываемых термопар (т.е. E eonst), Сигнал с термопары 1 поступает на вход усилителя 2, с выхода которого он поступает на первый вход нуль-органа 3. Одновременно на второ вход нуль-органа 3 поступает сигнал от источника 7 эталонного напряжения, равный по величине е (е, const При равенстве сигналов, поступающих с выхода усилителя 2 и от источника 7 эталонного напряжения, нульорган срабатывает и включает блок 6 временного интервгша. Это соответст вует моменту Времени t. . По истечении промежутка времени лt«const, т. в момент времени блок б временно го интервала вырабатывает сигнал, поступающий в цепь управления ключом 4, и размыкает его. При этом блок 5 памяти осуществляет запомина ние сигнала е. Вследствие этого, что в блок 5 памяти заранее заносится известная величина Ец, на выходе его несложно получить значение (Ер-ед). Напряжение (Е -ej) поступает на вход функционального преобразователя 8 (например, логарифмический усилитель)., на выходе которого после деления на некоторую, выбранную в масштабе величину At const получаем второй член правой части выражения (i|) . Выход функционального преобразователя 8 подключен к , одному входу сумматора 9, а на другой вход его поступает неркторое постоянное напряжение от источника 10 эталонного напряжения, равное по величине А . Сложение с учетом знака напряжения на выходе функционального преобразователя 8 и напряжение А реализует правую часть выражения (). Т.е. на выходе сумматора 9 имеем величину l/C, .которая поступает на вход индикатора 11, шкала которого выражена в единицах f . . Введение источников эталонного напряжения, функционального преобразователя и сумматора в предлагаемое устройство позволяет увеличить быстродействие при определении за счет того, что не тратится время на получение установившегося значенияЕр Время, затрачиваемое на определение Т, определяется в основном величиной а t, которая может быть выбрана весьма .малой. Повышению быстродействия способствует и алгоритм работы устройства, связанный с обработкой информации в аналоговой форме. Это приводит -также и к резкому упрощению схемы устройства за счет исключения из нее генератора опорной частоты, счетчика и уменьшения количества ключей. В результате этого быстродействие предлагаемого устройства по сравнению с известным повышается в 5-10 раз. Ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемого устройства заключается в увеличении количества испытываепвлх термопар при юпределении их показателя tT , а также в повышении точности в устройствах дпя измерения температуры в результате быстрой коррекции измеряемых температур, в измерительных устройствах. Формула изобретения Устройство для измерения показа- теля тепловой инерции термодатчика, содержащее соеди не н ные п оследов ат ел ьно датчик-температуры, усилитель, ключ, блок памяти, а также нуль-орган, один из входов которого соединен с выходом усилителя, а выход с входом блока временного интервала

выход которого соединен с управляющим входом ключа, и индикатор, о т Сличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены два источника эталонного напряжения, функциональный преобразователь и сумматор, при этом первый источник эталонного напряжения подключен к второму входу нуль-органа, выход блока памяти соединен с входом функционального преобразователя, выход которого подключен к одному из входов сумматора.

zuJyron вход которого соединен с вторым источником : талонного напряжения, а выход сумматора подключен к входу инди1сатора.

Источники информации, принятые во внимание При экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 765674, кл. G 01 К 15/00, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР W 624123, кл, Г. 01 К 15/00, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

G 01 к 15/00, 1977

М 655912 - кл (прототип).

HZHZh