Способ определения нестационарной температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к способам определения нестационарной температуры, и может найти применение при исследовании турбулентных пульсаций температуры потоков воды или газов.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения влияния на результат измерения высокочастотных помех.

Сущность способа состоит .в следующем.

При измерении температуры используются два расположенных в одной точке термопреобразователя, динамические свойства которых различны и эквивалентны свойствам линейных инерционных звеньев первого порядка

Для таких звеньев справедливо выражение ZIcJg;Ugttb9W,1,2 pO я1 i где0(-Ь)- измеряемая температура , ОУЧ) - значение j -ой производной выходного сигнала -го термопреобразователя; коэффициент пропорциональности между выходным сигна лом термопреобразователя и измеряемой температурой в статике, т.е. при установи j- шейся температуре; d. гД т.. - параметр тепловой инерци 1 к fe . J -ГО термопреобразователя (инерционность термопреобр зователя) . Проинтегрируем уравнения (1) на отрезке времени tti-T,t le(ilcit-jd,.(t)3t, t-T t-1i-T

цд.уиаНПи1(уид.)-иаа,)-оЖ11 го и,а уц2 уи1Нг1-и(Ы (6)

U,(.l,VUi(y-U,(t,)-U,(t2)V. Qh

Чяпишем это уравнение в виде . i

V (3)

t-T

t

« 0 ti4le t,

соответственно средние значения температуры и выходного сигнала j-ro термопреобразователя за интервал времени Т. Так как

id,,, W 1-т

то с учетом введенных обозначений 9 (t) и (Ы-Ь) выражения (3) могут быть представлены в виде |. i 2UibUi(i.)-u2U.i-u.,(t.vuat.v, (7) lWUz(y-U,(t,U,(t,) Щ)- c3io-uiW, (5) Gii -Uu-UiW- zoUiW. В системе уравнений (5) величины 0{,н и 21 являются известными, , величины (JfW, и (t) - наблюдаем1.1ми, значения коэффициентов J считаем известными, поскольку они могут быть определены при градуировке через К термопреобразователей в статике и в динамическом режиме для линейных термопреобразователей не изменяются. Если J), и (21 постоянны, или незначительно изменяются в интервала времени ut (их возможные изменения,не должны быть больше уровня погрешностей представления переменных в уравнений (4), то значения 9 (I,) ивТ1г)могут быть найдены из системы уравнений (5), записанной для двух моментов времени t, и -Ь .

3

При этом для каждого ii момента времени значение температуры может б(1ть определено дважды, один раз в паре значений для моментов времен {, , ij , а второй раз - для моментов времени ii , it+,

Интеграл интегрирования Т при определении среднего значения выбирается из требований на полосу частот измеряемой нестационарной температуры 9 (.t) . Первый нуль амплитудночастотной характеристики определяющего среднее значение U(ti) лежит, на частоте , которая может быть принята за частоту среза фильтра. С увеличением Т уменьшается верняя частота пропускания фильтра, снижается вклад высокочастотных шумов, возрастает точность выделения низкочастотных составляющих в спектре измеряемой температуры, лежащих ниже . Но высокочастотные составляющие температуры при этом подавляются. Поэтому увеличивать Т есть смысл только до тех пор., пока сохраняется полоса пропускания фильтра среднего значения для заданного диапазона частот измеряемой температуры,

На фиг.1 схематически представлено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 диаграммы сигналов на выходах блоков устройства.

Устройство содержит термопреобразователи 1 и 2, в качестве которых, например, могут быть использованы термоэлектрические преобразователи. Вькоды термопреобразователей подключены ко входам аналогоцифровых преобразователей 3 и А, в качестве которых, в данном устройстве целесообразно использовать быстродействующие преобразователи параллельного или параллельно-последовательного действия с блоком. выборки vt аналогового запоминания сигнала на входе на время преобразования.

Выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к входам сдвиговых регистров 5 и 6, сумматоров 7 и 8 и вычислителя 9. Выходы сдвиговых регистров 5 и в

2281-4

подключены ко вторым входам накапливающих сумматоров 7 и 8 соответственно. Пары блоков накапливающий сумматор - сдвиговый регистр 5,7 5 и 6,8 служат для скользящего интегрирования на интервале Т, заданном емкостью сдвигового регистра в цифровой форме показаний термопреобразователей 1 и 2. Скользящее

0 интегрирование необходимо для получения непрерывной информации об измеряемой температуре. Цифровой вычислитель предназначен для вычисления измеряемой температуры по выражениям (6) и (7). Функцию вычислителя 9 может вьтолнять микропроцессор или ЭВМ. Все операции с сигналами после блоков аналого-цифрового преобразования 3 и 4 могут

0 выполняться ЭВМ как в реальном

масщтабе времени, так и при обработке данных после их регистрации, например на магнитной ленте.

Устройство работает следующим об5 разом.

.Измеряемая температура в (t) (фиг. 2) воспринимается термопреобразовате- лями 1 и 2, выходные сигналы U,(t) и Ь-( поступают на дискретизацию анаQ лого-цифровыми преобразователями

3 и Д. Цифровые отсчеты сигналов I/, (t) иU2Wпоступают на блоки скользя- . щего интегрирования 5,7 и 6,8, с выходов которых последовательности И,(t)

и Oj(t, осредненные на заданном

интервале i , например за П отсчетов, поступают в вычислитель 9. Значение коэффициентов (i|,и J, определяемые при градуировке термо преобразователей, хранятся в памяти вычислителя 9..Вычислитель выполняет операции согласно выражениям (6) и (7). Вьмисляемые по выражениям (6) и (7 значения измеряемой

j температуры Q{t) образуют последовательность отсчетов с временным интервалом, аналогичным последоваiтельностям U, (i) и 0 (i). При этом час готный спектр поспедовательности ) в пределах частоты дискретизации соответствует спектру дискретизированного сигнала 9(t) , пропущенного через звено скользящего интегри рования.

в

Ц

и

ilUUl

IIITL.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕГШЕРАТУРЫ, заключающийся в регистрации показаний Ui(i) UAi.Vyati,VLiai.)-U.a,VUaii.VUi(i).tiVUzt.(i.iro) U.ltiVUzl il-UzU.VUAt,) где U,Hi,Uz(t;) и U,U,,UiHO;( b2) - соответственно показания и средние значения показаний термопреобразователей в два момента времени; а , «го о и И2

иг.2