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

Изо()ретение относится к электроизмерительной технике и преднаэнамено для измерения показателя тепловой инерции промышленных термопар в условиях естественного теплообмена термопары со средой, в которой она находится

Известно устройство для измерения показателя тепловой инерции термопар, содержащее усилитель, нагреватель , схему Сравнения и регистратор lj.

Недостатком известного устройства является невысокая точность, обусловленная тем, что в процессе измерения сигнал термопары дифференцируется.

Наиболее-близким к предлагаемому по технической сущности является устpOficTBO для измерения показателя тепловой инерции термоэлектрического преобразователя, содержащее усилитель вход которого соединен с первым переключателем, а выход через второй переключатель и резистив-ный делитель подключен к входам аналогового ключа, управляющие входы которого соответственно соединены с выходами триггера, соединенными с управляющим входом цифрового регистратора ..и входом одновибратора, а также нагреватель, подключенный к первому переключателю 2.

Недостатками указанного устройства являются низкая точность, обусловленная сравнением напряжения, изменяющегося по закону затухающей экспоненты, с двумя различными постоянными уровнями, а также низкое быстродействие, обусловленное тем, что йремя определения постоянной,времени равно этой постоянной.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения показателя тепловой инерции термоэлектрического преобразователя, содержащее усилитель, вход которого соединен с первым переключателем, а выход через второй переключатель и резис.тивный делитель подключен к входам аналогового ключа, управляющие входв которого соответственно соединены с выходами триггера, соединенными с уп равляющим входом цифрового регистратора и входом одновибратора, а также нагреватель, подключенный к первому переключателю, введены генератор импульсов, вторая схема сравнения, дополнительный триггер, счетчик импульсов, кодоуправляемая резистивная матрица и схема И, первый вход которой 5 соепинен с упоавляюшим входом устройства, второй вход -,с генератором им ПУЛЬСОВ, третий вход - с инверсным выходом дополнительного триггера, а выход соединен с первым входом счетчика.. второй вход которого соединен с выходом одновибратора и первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом одновибратора и первым входом дополнительного триггера,

5 а выходы подключены к управляющим входам кодоуправляемой резистивной матрицы, первый вход которой соединен с источником опорного напряжения, а выход подключен к второму входу первой

0 схемы сравнения и первому входу второй схемы сравнения, второй вход кото рой соединен с вторым переключателем, а выход подключен к второму входу дополнительного триггера.

5 На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг, 2 - зависимости напряжений на выходе усилителя от временив ,

Устройство содержит перруй ключатель 1,нагреватель 2,усилитель 3 второй переключатель 4, аналоговый ключ 5, первую схему 6 сравнения, триггер 7, цифровой регистратор, состоящий из генератора 8 опорной частоты, ключа Э, счетчика 10 и блока 11

цифровой индикации, транзисторы 12 и 13, одновибратор 1, делитель 15 напряжения, генератор 16 импульсов, схему И 17, счетчик 18 импульсов, кодоуправляемую резистивную матрицу 13, вторую схему 20 сравнения и дополнительный триггер 21.

На фиг. 2 обозначены кривые 22-2 соответственно зависимостей напряжений от времени на выходах усилителя 3, транзистора 13 и транзистора 12о

Устройство работает следующим образом

На вход устройства подключают ис. следуемую термопару, которая установлена непосредственно на объекте и на ходится в среде с определенной температурой в условиях естественного теплообмена. Переключатель 1 рода работы

5 устанавливают в положение Измерение (tl) , а второй-переключатель k - в положение 01 . На управляющий вход устройства подают управляющий сигнал.

На выходе термопары имеется установившиеся значение сигнала, пропорщиональное f., которое после усиления усилителем 3 через переключатель k поступает на второй вход второй схемы 20 сравнения.

Потенциалы, поступающие на второй Итретий входы схемы И 17 соответственно с управляющего входа устройства, и инверсного выхода дополК ительного триггера 21, разрешают прохождение импульсов с выхода генератора 16 импульсов через схему И Г/ на первый вход счетчика 18. С выхода кодоуправ.ляемой резистивной матрицы 19 на первый вход второй схемы 20 сравнения поступает ступенчатонарастающее напряжение, В момент равенства сигналов, поступа101цих на входы второй схемы 21) сравнения, последняя вырабатывает сигнал, изменяющий состояние триггера 21. Ори этом блокируется состояние дополнительного счетчика 18 и на выходе кодоуправляемой резистивной ма-трицы 19 фиксируется потенциал, равный выходному сигналу усилителя 3

1осле этого переключатель 1 рода работы переводят на определенный промежуток времени (например, с) в положение Нагрев (Н}. Термопара при этом подключается к нагреватели) 2 и последний при помощи переменного тока разогревает термопару до некоторой температуры, превышающей температуру среды, в которой находится термопара,

Затем переключатель 1 возвращается в исходное положение LI, а трёхполюсный переключатель k - в положение В этом положении на вход делителя 15 напряжения поступает напряжение, пропорциональное Е (t) исследуемой термопары, изменяющееся по закону затухающей экспоненты Е11)-ЕеЧ(Е-Ео)-е

где г - показатель тепловой инерции; t - текущее время; Е - выходное значение усилителя в момент времени t 0.

На второй вход первой .схемы 6 сравнения поступает напряжение, пропорцио нальное Ejj. На первый ход первой 6 сравнения, через открытый транзистор 13 аналогового ключа 5 поступает напряжение, пропорциональное /И- Е (t) исследуемой термопары, где 0( - коэффициент деления делителя ( а 1).

В момент времени ivj , когда текущее значение а--t(t) достигает значения Е0, первая схема 6 сравнения

выходным импульсом переводит три1- гер 7 в нулевое состояние, благодаря чему на управляющие входы аналогового ключа 5 поступают напряжения, закрывающие транзистор 12 и открывающие транзистор 13. На первую схему 6 сравнения поступает напряжение, пропорциональное Ь Е (t) исследуемой термопары ( Ь - коэффициент деления )

При этом одновременно выходным сигналом триггера 7 замыкается ключ 9 цифрового регистратора и на счетчик 10 с генератора 8 опорной частоты поступают импульсы, количество которых высвечивается в блоке 11 цифровой индикации.

При достижении напряжения b-ECt) значения ЕО (момент -Ь1)первая схема 6. .-срабатывает вторично и перево7|ит триггер 7 в единичное состояние. , Ключ 9 размыкается на управляющие входы аналогового ключа 5 поступают напряжения, открывающие транзистор 12 и закрывающие транзистор 13. Одновременно передним фронтом импульса пер вый триггер 7 запускает одновибратор , который формирует короткий импульс, сбрасывающий счетчик 18 и дополнительный триггер 21 в начальные состояния.

Так как в моменты времени t и. a.E(t) Ko,b K.(t2) Eg, то интервал времени t t.-ti будет пропорционален показателю тепловой инер ИИ f .1,1 .

i ,p(L.

° %Н-ЪГ:

В процессе работы устройства ключ 9 цифрового регистратора открывается на время tg триггером 7. При этом число импульсов, поступившее в счетчик 10 от генератора 8, будет пропорционально величине

Повышение точности измерения происходит в результате более точного оп,ределения моментов времени t и 2 . Точность отсчета моментов t и ±2 определяется порогом чувствительности д U устройства сравнения и углом, который образует касательная к экспоненциально изменяющейся кривой в точке ее г1ересечения с прямой, параллельной оси абс(иссо В устройстве в моменты fc и t касательные расположены под одним углом, вследствие чего при постоянном пороге чувствительноетиди за время tj, исключается погрешность, обусловленная наличием порога чувствительности схемы сравнения. {(ояышение быстродействия измерения происходит благодаря тому, что по сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве уменьшено значение коэффициента пропорциональности между to Введение в устройство генератора импульсов, второй схемы сравнения, дополнительного триггера, счетчика импульсов, кодоуправляемой резистивной матрицы и схемы И позволяет повысить точность и быстродействие-измерения.

Фиг. f

ф1/г.г