Устройство для оперативного контроля исправности термоэлектрических преобразователей Советский патент 1985 года по МПК G01K15/00 

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и может быть использовано для контроля исправности электрической цепи и изоляции термоэлектродов термоэлектрических преобразователей во время прецизионных измерений при определении теплофизических свойств веществ, базирующихся на точных измерениях температуры или разности температур в различных точках образца, например, в калориметрии и дилатометрии.

Целью изобретения является повышение качества и надежности контроля исправности термоэлектрических преобразователей.:

На фиг, 1 приведена блок-сх-ема устройства, на фиг.2 - эпюры напряжний, поясняющие работу устройства, где f , и - напряжения, t - t интервалы времени.

Устройство содержит блок 1 управления с входной клеммой 2, коммутатор 3, дифференциальный усилитель 4 блок 5 выделения модуля сигнала, амплитудный компаратор 6, -усилитель

7с программируемым коэффициентом усиления и блок 8 индикации. Условн примем количество контролируемых термоэлектрических преобразователей (ТП) равным . Первьй контролиру мый термоэлектрический преобразователь 9 подключают к входу усилителя 7 программируемым коэффициентом усиления и первому входу дифференциального усилителя 4, второй вход которого соединен с выходом коммутатора 3, к входам которого подключены контролируемые ТП Ю и 11, а

.выход соединен с входом блока 5 выделения модуля, выход.которого подключен к первому входу амплитудного компаратора 6, второй вход которого соединен с выходом усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления, а выход - с входом блока 8 индикации, причем управляющие входы амплитудного компаратора 6, усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления, коммутатора 3 и блока

8индикации подключены к выходу блока 1 управления.

Блок 1 управления представляет собой управляющий автомат, выполненный на основе распределителя импульсов.

Коммутатор 3 состоит из N-1 электромагнитных реле с двумя парами нормально разомкнутых контактов и транзисторных ключей, управляющих работой.

Блок 5 вьщеления модуля сигнала представляет собой схему вьщеления абсолютного значения сигнала и может быть выполнен по стандартным схемам.

Усилитель 7 с.программируемым коэффициентом усиления может быть реализован на основе операционного усилителя, цифровое управление усилением которого осуществляют с помощью аналоговых коммутаторов, подключающих к схеме усилителя нужный резистор из имеющегося набора.

Устройство работает следу ощим об разом.

При подаче в момент времени t (фиг.2«) на входную клемму 2 пускового импульса блок 1 управления формирует в момент времени .i пачку импульсов контроля, которые управляют работой коммутатора 3, усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления, блока 8 индикации и стробируют амплитудный компаратор 6. Число импульсов контроля в пачке равно N-1, где Nколичество контролируемых термоэлектрических преобразователей. Минимальное число контролируемых предлагаемым устройством термоэлектрических преобразователей .

Первым импульсом контроля (фиг.2$ ij) коммутатор 3 подключает термоэлетрический преобразователь 10 к второму входу дифференциального усилителя 4, с выхода которого через блок 5 вьщеления модуля сигнала на первый вход амплитудного компаратора 6 поступает усиленный дифференциальный сигнал положительной полярности

AE(t2) 1c/E(t2)-E(ta)/;

(1)

где .Е(2)и ECii) - термо-ЭДС ТП 9 и 10 соответственно в момент времени ±г,

- коэффициент усиления дифференциального усилителя 4.

Поскольку сигнал д({:) может принимать как положительную, так и отрицательную полярность, для нормального функционирования амплитудного 31 компаратора 6 в устройство введен блок 5 вьщеления модуля сигнала, полярность выходного сигнала которого всегда положительна. В этот же момент времени с выхода усилителя 7 с программируемым коэффи циентом усиления на второй вход амплитудного компаратора 6 поступает усиленный сигнал ТП 9 , )(tz) , (i где E(ti) - термо-ЭДС ТП 9 в момент времени 2 ,- коэффициент усиления усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления -7 для ТП 10. Коэффициент fc. устанавливается при наладочных испытаниях индивидуально для каждого из контролируемо-. го ТП в зависимости от вида его градуировочной характеристики и исходя из условий работы компаратора 6 для исправного термоэлектрического преобразователяEonlt,)K.E(ii)E(ti), (3) где EofT (i}- термо-ЭДС ТП 9 в момент времени ( ,2,... ,п) согласно формуле (2)j ДНЩ- разность термо-ЭДС ТП 9 и 10 согласно формуле (1) в момент вре мени (H 1 ,2,. .., п) . При поступлении с блока 1 управления импульсов контроля на управляю щий вход усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления коэффициент усиления последнего автоматически устанавливается для соответствующих контролируемых ТП. Амплитудный компаратор 6, стробируемый первым импульсом контроля, поступившим на его управляющий вход с выхода блока 1 управления, сравнивает дифференциальный сигнал дЕ() с опорным напряжением Еоп(2).При выполнении условия (3), т.е. в данном случае (фиг.2в, ig) Еоя(-Ьа) Е (2) () на выходе амплитудного компаратора 6 устанавливается логический нуль и блок 8 индикации сигнализирует об исправности ТП 10. в .момент времени tj управляемый вторым импульсом контроля (фиг.26, tj ) Коммутатор 3 подключает к входу дифференциального усилителя 4 контролируемый ТП 11 и стробируемый 1 этим же импульсом компаратор 6 про- изводит сравнение напряжений AE(t,)xic/E(i,)-E(t3)/ (Г) и.ft.- t п(Ч) 2Е(Ч) (О где Е(з) и E(t3 термо-ЭДС ТП 9 и 11 соответственно в момент вре- i мени i ; k - коэффициент усиления дифференциального усилителя 4; kj- коэффициент усиления усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления для термопары 11, определяемый аналогично (3). При выполнении условия (3) блок 8 индикации сигнализирует об исправности термопары 11. Предположим, что в момент времени t вьшел из строя ТП 10. При подаче в момент времени tj на входную клемму 2 пускового импульса блок 1 управления формирует очередную пачку импульсов (фиг.2а,б, интервал t,.- i) . Коммутатор 3 подключает термопару 10 к входу дифференциального усилителя 4 и амплитудный компаратор 6 сравнивает напряжения .Eln - /Eli,).E(tt)/ (Т) п(( где ECt) и 5(-ti) - термо-ЭДС ТП 9 и 10 соответственно в момент времени -t . Поскольку неисправность ТП приводит к уменьшению величины его термо-ЭДС, а в случае обрыва или короткого замыкания термоэлектродов, его термо-ЭДС, в данном случае E(t), стремится к нулю, то разность термо-ЭДС между исправным ТП 9 и неисправным контролируемым увеличивается во всем диапазоне температур, т.е. в данном случае onC4)E(t,) , (9) так как E(i,)k/E(4)-E(tJ/c.lc/.E(j/ Условие (3) не выполняется и на выходе амплитудного компаратора 6 устанавливается логическая единица, управляемый которой блок 8

индикации сигнализирует о неисправности ТП 10 (фиг. 2r,A,tt).

В случае выхода из строя в момент времени -tg ТП 9, термо-ЭДС которого является опорным напряжением для амплитудного компаратора 6 во всем диапазоне измерения температур, для контролируемого ТП 10 (фиг.2з, интервал tu- t. )

„ aE(4)(So)-e(lo)/ . .(1

Eon() , Wгде ) и E(t) - термо-ЭДС ТП 9 и 10 соответственно в момент времени i .

Поскольку вследствие неисправности термоэлектрического преобразоваа .

и 1

теля его термо-ЭДС уменьшилась, то uE(t,J.(t,J-E(i,o))/

(г)

)Е(Ч)

Аналогично для контролируемого ТП 11 в момент времени справедливы зависимости dE,)V/E(tJ-E(,,)/../E(i,,)/ ,;

E.n(.)) 1

т.е.при неисправности контролируемого ТП 9 условие (3) также не выполняется (фиг. 2 е, интервал (tg - tv ) и блок 8 индикации сигнализирует о неисправности всех контролируемых ТП.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее первый термоэлектрический преобразователь, подключенньй через первый усилитель к первому входу компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, второй усилитель, отличающееся тем, что. с целью повышения качества и «адежности контроля.исправности термоэлектрических преобразователей, в него введены блок управления, коммутатор, блок вьщеления модуля сигнала, первьй усилитель выполнен с программируемым коэффициентом усиления, а второй - дифференциальным, при этом входы второго усилителя соединены соответственно с выводами первого термоэлектрического преобразователя и выходом коммутатора, входы которого соединены с выводами других термоэлектрических преобразователей, выход второго усилителя через блок Q вьщеления модуля сигнала подключен (Л к второму входу компаратора, а вы-, ход блока управления подключен к управляющим входам коммутатора, первого усилителя, компаратора и блока индикации. СХ) со 00 1