Многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием измерительных каналов Советский патент 1985 года по МПК G01K7/02 G01K15/00 

ьо

;о к Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется достаточно длительное измерение температуры с повышенной точностью. По основному авт.св. № 717564 известно многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием каналов, содержащее термоэлектрические преобразователи со встроенными калибраторами, выходы которых через входной коммутатор подключены к входу аналого-цифрового преобразования, первый и второй сумматоры, коммутатор, блок эталонных напряжений, соединенньй входом и выходом с .распределителем, и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам распределителя и входного коммутатора, блок анализа, блок памяти, переключатели, два умножителя, квадратор, блок аппроксимации погрешности и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока анализа, выход соединен с распределителем, а вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя к входом первого переключателя, выходы которого соединены с первьм умножителем, квадратором и входом первого сумматора, второй вход которого соединен с вторым переключателем, а выход - с входом третьего переключателя, выходы которого соединены с блоком индикации и блоком анализа, выход которого через коммутатор соединен со счетчиком каналов, соединенным с блоком управления, а выход квадратора соединен с входом вто рЬго умножителя, соединенного с входо второго сумматора, второй вход которо го соединен с выходом первого умножителя, а выход соединен с входом второго переключателя , соединенного с выходом распределителя, вход которого соединен с третьим переключателем, а выход соединен с входами второго сумматора и умножителей, причем входы и выходы блока памяти и блока аппроксимации погрешности подключены к распределителю, а выходы блока управления соединены с блоком анализа, управляющими входами переключателей. входами коммутатора, к1вадратора,умно умножителей и сумматоров. Это устройство обеспечивает высокую точность измерения, так как в нем в процессе работы калибруется весь измерительный тракт СО- Однако недостатком устройства является низкая помехозащищенность. При наличии мощных импульсных помех, вызванных, например, тиристорной системой регулирования температуры объекта, резко возрастает вероятность того, что момент фазового перехода не будет определен даже при его наступлении. Воздействие мощных импульсных помех вызьшает резкое и достаточное большое изменение выходного кода аналого-цифрового преобразователя, и в режиме стационарного возрастания термо ЭДС термоэлектрического преобразователя в блок памяти записывается неправильный результат измерения, сравниваемьй затем с последующим результатом, записываемым в блок памяти. В результате возникает переходньй процесс, длительность которого зависит от количества каналов. При большом коли е тве каналов такой переходный процесс может задержать определение начала калибрования. Особенно опасно воздействие такой импульсной помехи в момент, когда фазовый переход калибратора уже наступил и счетчик каналов уже почти заполнен, так как в зтом случае происходит сброс счетчика каналов, и цикл многократного определения равенства выходных кадов аналого-цифрового преобразователя в ряде последующих преобразований должен повториться, В одноканальном устройстве воздействие импульсной помехи из-за достаточно большого быстродействия современных аналого-цифровых преобразователей низкого уровня (время измерения намного меньше 1 с) практически не ухудшает работы устройства. В многоканальных измеритель-, ных устройствах (при наличии многих одновременно калибруемых каналов) воздействие импульсных помех приводит к необходимости увеличивать длительность фазового перехода, что существенно ухудшает динамические свойства первичных преобразователей, снабженных калибраторами, а значит и характеристики измерительного устройства в целом. Цель изобретения - повьшюние помехозащищенности. Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием измерительных каналов введены третий сумматор, компаратор кодов, последовательно соединенные бЛок задержки и блок запрета, выход которого подключен к до полнительному входу третьего переклю чателя, а управляющий вход соединен с выходом компаратора кодов, при этом вход блока задерж си соединен с выходом первого сумматора и первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с дополнительным выходом распределителя, а выход подключен к компаратору кодов. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит термоэлектрические преобразователи 1 со встроенными калибраторами, выходы которых через входной коммутатор 2 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 3, первый 4 и второй 5 сумматоры, блок эталонных напряжений 6, соединенный входом и выходом с распределителем 7, блок управления 8, блок аппроксимации погрешностей 9, блок памяти 10, ключ 11, блок анализа 12, коммутатор 13, счетчик каналов 14, первый переключатель 15, вто рой переключатель 16, третий переключатель 17, первый 18 и второй 19 умножители, квадратор 20, блок индикаций 21, блок задержки 22, третий сумматор 23, блок запрета 24 и компа ратор кодов 25. Калибраторы, встроенные в защитны чехлы ТП, содержат три плавкие встав ки и обеспечивают формирование в зон горячего спая трех различных и точно известных температур Т , Т и Т с продолжительностью постоянства температуры 20-40 с. В блоке эталонных напряжений 6 в двоичном коде записаI ны числа, соответствующие стандартным значениям термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей (ТП) при температурах Т , Т, и Т. Устройство работает следующим образом. В режиме Калибрование оператор путем задания соответствующей устав ки регулирования переводит объекты на которых калибруются ТП в режим нагрева или охлаждения. Этот режим может быть совмещен, например, с выходом объектов на технологический режим, если температура 11 лежит в зоне этого режима. Допустим, что система имеет п каналов, а калибруется канал 1. ВыходноГ; сигнги первого ТП через коммутатор 2 поступает на вход аналогоцифрового преобразователя 3, с 1 ыхода которого сигнал температуры в двоичном коде через переключатель 15 поступает на вход сумматора 4. На другой вход этого сумматора через переключатель 16 и распределитель 7 из блока памяти 10 поступает нулевой сигнал. Информация, поступающая из блока памяти 10 или блока эталонных напряжений 6, по команде блока управления 8 может подвергаться инвертированию таким образом, чтобы на вход переключателя 16 поступала разность сигналов. Сигнал текущей температуры без изменений поступает на вход блока анализа 12-. Этот блок представляет собой логическое устройство с синхронизирующим и рабочим входом и двумя выходами. При поступлении положительного или отрицательного сигнала на рабочий вход сигнал управления формируется на выходе блока анализа, соединенного с управляющим входом ключа 11. Если же при подаче на синхронизирующий вход блока анализа 12 с выхода блока управления 8 команды, разрешающей прием информации, на рабочий вход поступает О, сигнал вьфабатывается на выходе блока анализа, соединенного с входом коммутатора 13. В данном случае вырабатывается сигнал управления ключом 11, и сигнал текущей температуры записывается в соответствующей ячейке блока памяти 10. После прохождения полного цикла опроса каналов системы сигнал текущей температуры вновь поступает на вход сумматора 4. На другой вход . сумматора 4 поступает сигнал температуры этого канала в предыдущем цикле.Так как этот сигнал инвертируется, то на блок анализа 12 поступает разность сигналов и, как и в предыдущем случае, формируется команда управления ключом 11, в блок памяти 10 записывается новое значение температуры, а сигнал температуры предыдущего цикла автоматически стирается. При плавлении первой вставки калибратора при температуре Т. тем-.

пература горячего спая калибруемого ТП остается постоянной и Сигналы темпера- ур двух, циклов совпадают. Тогда сигнал совпадения с блока анализа через коммутатор 13 поступает на -вход интегрирующего счетчика первого Kanasfei 14. Если этот процесс повторяется для калибруемого канала т-раз (до заполнения счетчика 14), в .блок управления. 8 поступает команда начала калибрования. Тогда на вход сумматора 4 через переключатель 16 из блока эталонных напряжений 6 поступает сигнал соответствующий стандартной ЭДС ТП при температуре Ti. Разность сигналов тeкyD eй температуры канала и действительной температуры плавления вставки калибратора Tj. через переключатель 17 и распределитель 7 записывается в блоке памяти 10. Это число.будет соответствовать погрешности калибруемого

ТП при температуре Т.

Аналогично будут сформированы и записаны в блоке памяти 10 погрешности Л tj и /itg соответственно при температурах Т и Т для всех калибруемых термоэлектрических преобразователей. Далее сигналы, соответствующие ;4Ц , atj , 4tj , из блока памяти 10 через распределитель 7 поступают на входы блока аппроксимации погрешности 9. Этот блок является специализированным рещающим yctpoй ством для определения коэффициентов а, а, а системы трех уравнений вида

,4. t,

а,+а,Т2+ At

ao+%Tj+ ajTI дц

При поступлении на входы этого блока сигналов, соответствующих t

Л12 и t, на его выходах формируются сигналы, соответствуюш1ие а, а , а, которые через распределитель 7 запоминаются в блоке эталонных .напряжений 6, По времени процес определения коэффициентов а, а и а, для одних каналов совпадает с определением погрешностей Л Ц, t

iitj для других каналов, после того как в блоке эталонных напряжений запомнились сигналы, соответствующи коэффициентам а,, а 2 всех калибруемых каналов режим Калибрование закончен.

В режиме Измерение с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 на входы квадратора 20 и умножителя 18 поступает сигнал текущей температуры а из блока эталонных напряжений 6 через распределитель 7 на входы умножителей 18 и 19 и сумматора 5 поступают соответственно сигналы, соответствующие коэффициентам ag, а и а, сформированные для данного канала в режиме Калибрование, когда на выходе сумматора 5 формируется сигнал коррекции вида 4T a +a T+a2T, где Т - текущая температура канала. Этот сигнал через переключатель 16 поступает на вход сумматора 4, где складывается с сигналом текущей температуры канала. На блок индикации 21 через третий переключатель 17 поступает с выхода первого сумматора 4 скорректированный с учетом погрешности канала сигнал температуры.

При воздействии импульсных помех разность напряжений между предьщущим и последующим измерениями, определяемая сумматором 4, будет превышать значение, определяемое временем между измерениями по одному и тому же каналу и максимальной скоростью нагрева (охлаждения) объекта. Код значения максимально допустимой разн.ости напряжений записывается в блок памяти 10 и параллельно с поступлением кода результата предыдущего измерения на сумматор 4 с помощью переключателя 16 подается на второй вход сумматора 2-3. Если допустимая разность напряжений превьш1ает разность между двумя текущими измере.ниями, то код на выходе сумматора 23 будет отрицательным и не вызовет срабатывания компаратбра кодов 25. В этом случае выходной Код сумматора 4 поступит через блок задержки 22 и блок запрета 24 На переключатель 17 и далее на блок анализа 12. Если Же в результате воздействия помех наблюдается противоположный случай (максимально допустимая разность напряжений меньше разности между двумя текущими измерениями), то код на выходе сумматора 23 будет положительным и компаратор кода 25 посредством блока запрета 24 исЛлючает возможности прохождения кода с выхо.да сумматора 4 на блок анализа 12, предотвращая тем самым неправильную работу последнего.

1 11

Учитьшая, что при этом пропускается измерительньй цикл, максимально допустимая разность напряжений должна выбираться исходя из возможнаго изменения температуры объекта минимум за 2 цикла обегания всех каналов.

Введение дополнительных блоков задержки, запрета, третьего сумматора и компаратора кодов позволяет повысить надежность определения

28

момента фазового перехода в условиях воздействия помех, т.е. улучшить помехозащищенность устройства. Тем самым снижается необходимая длительность фазового перехода и улучшаются динамические характеристики ТП, снабженных калибраторами. Таким образом, устраняется возможность уменьшения точности измерения температуры при реальных условиях зксплуатации устройства.

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ С АВТОМАТИЧЕСКИМ КАЛИБРОВАНИЕМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ по авт.св. № 717564, отличающее ся тем, что, с целью повьлшения помехозащищенности, в него введены третий сумматор, компаратор кодов, последовательно соединенные блок задержки и блок запрета, выход которого подключен к дополнительному входу третьего переключателя, а управляющий вход соединен с выходом компаратора кодов, при этом вход блока задержки соединен с выходом первого сумматора и первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с дополнительным выходом распределителя, а выход ключен к компаратору кодов. сл