Устройство для измерения температуры Советский патент 1986 года по МПК G01K7/16 G01K3/02 

ва помещают в среду, температуру которой измеряют. В блоке 6 обработки информации Т1рограмм}1о задается ) 3anoN HnanHH. а управля10111Д5н вход аналого-цифрового преобразователя (ЛЦП) Д поступают иьгаульсы запуска с формирогвателя 5, а па другой ЛЦП Д - сигнал с вьгхода усилителя 3. последний сигнал пропорционале сопротивлению участка из :гpитeльныx жил 8, 9, размещенньк между входом П1)еобразователя 2 сопротивления и первой нормально заг-гкпутой- парой

Изобретение относятся к темпера- турт1ъ:м пзмерениям, а именно к устройствам, обеспечивающим измерение тем- це1)атурных профилей жидки:с и газообразных сред, и может быть Г1С11Ользова11о, в частности, при океанологических и рыбохозяйственных исследованиях для измерения -ссмператур морской воды по траектОрИ проф1шя.

Целью изобретения является повыше niie точности измерения распределения температуры по длине термопреобразо- и упрощение устройства в части выполнения термопреобразователн,

Ь а фиг. 1 изображена структурная схема одного из возможных вариаптов вьпюдпюнии устройства; па фиг. 2 - вариант включетшя электромагнитных реле с временной задерхской; .на фиг. 3 - вариант выполнения формпро вателя команд управления; на фиг. 4 - временная диаграмма его работы.

i cTpoiJCTBo для измерения температуры содержит (фиг.. 1) термопреобразователь 1 , преобразователь 2 сопро- Т1шления в напряжение, усилитель 3, апалюг о-цифровой преобразователь 4} формироватетгь 5 команд управления, блок 6 обработки информации, регистратор 7.

Термопреобразователь 1 выполнен в виде кабеля с измерителыгыми жгша- мм 8 и 9, дополнительными ж.илами 10 и 11 п содержит определенное число реле 12. Измерительные жилы 8 и 9 являются термонреобразователем. а дополнительные жилы 10 и 11 слу;}:ат для подает питания на обмотки рекоптактоп реле 12. В ЛЦИ Д сигнал преобразуется в цифровой код , посту- в блок обработки нтпЬормации (БОИ) 6. Формирователь 5 включает напряхсение питания подводимое по жилам 10,11 к обмоткам реле 12. При срабатъп ании реле 12 формирователь 5 запускает ЛЦП -t н ци|}зровой код с его выхс71,а поступает па БОИ 6, где запо- . БОИ 6 в соответствии с программо переводится из режи;-1а запо. -;ииания з режим обработки информации. 1 з.и.ф -лы, 4 1-ш.

ле 12, В качестве мзмериге.чъ гых 8 ;i 9 могут использоваться жгглы из татериа.1га с повы1иенной за.висимост1,о удельной шектропроводцости от тем- nepaTypijij например л.з стали никеля. К матерна-гу дополнительнг,1х жил требо -ани;1 не предъявляется, они могут быть выпол1;еь ы, например, из медн;.,)Х npoBO,:ioB. Конструктивно те1эмо npeof i asoBaTCJib 1 может быть выпол- iieiij 1апримег- ;, на основе металлического провода марки ПУМ с удель 1ым э. тектрически:. сопротивлением. равным 1,27 Ом.м при 20 С 1.ШИ кабеля типа ГКРЛ с последующим обрезиниваннем мест включения реле 12, Электромаг- ггптные реле 12 сл;, ;кат дтгя изт- енения длины мзмеритель ых ram.

Оомотки ппта лта ,ого реле пклю чены между дополнительными жплами 10 и 11„ Одна из дополгпггельпых жип, например, жила 0 выполпс} а с разрывами через нормально разо п нутые контакты реле -2, а измерительные жилы 8 и 9 сое;гинснь междс собой через нормально замкнутые контакты реле I2.

S качестве реле 12 могут использоваться Mtnn-iaT opHMe реле с переклю .1:аю ;1;ими групнамг; сонт актов, имеющие малые межконтактные сонро- тиБленил5 Hanpiii -tep герконовые реле. Количество реле соответствует числу участков измерения тсмпе1)атурного профиля. Задержка фремени срабатывания таких )еле составляет 1,5 мс, что позволяет обеспечить синхронную работу моментов срабатывани.ч реле и

запуска аналого-цифрового преобразования (АЦП), быстродействие которых в ынкросхемног-г исполнении составляет не более 0,5 мс.

Временем срабатывания реле можно управлять посредством элементов задержки, представляющие собой RC-це- ци, включенные так, как показано на фиг. 2, Задержка срабатывания реле 12 может быть вызвана, например, необходимостью повышения точности измерения путем осреднения результата из- мёре}П Ш,по каждому участку первичного преобразователя 1, а также н.е- обходимостью увеличения постоянной времени срабатывания реле 12 по сравнению с временем переходных процессов измерительной части устройства. При этом время включения каждого последующего реле 12 может составлять величину порядка сотен миллисекунд, например, при R 20-10 Ом; С 25- 10 Ф; 1 500 мс.

Преобразователь 2 сопротивления в напрял :ение служит для преобразования сопротивления в напряжение и он представляет co6oii, например, мостовую схему, выполненную на высокочастотных резисторах, имеющих малую температурную нестабильность.

Усилитель 3 служит для ycmieHiiFi сигналов до уровня, обеспечивающего надежную работу последующих блоков.

Формирователь 5 команд управления осуществляет формирование импульсов запуска реле 12 и ЛЦ1Т 4, а также ,считывание информации с ЛЦП в блок б обработки информации. Формирователь команд управления содержит генератор 13 импульсов, формирователь 14 imny- льсоБ запуска,,усилитель 15 напряжения, дифференциатор 16, усилитель- ограничитель 17, элемент ИЛИ 18, схемы 19-21 времен Юй задержки и резистор 22.

Генератор 13 импульсов предназначен для формирования импульсов, которые через элемент I UIIi 18 осуществляют управле ие запуском АДП 4 в начале каждого цикла измерения.

Схема 19 временной задержки обеспечивает временную задержку импулы- сов, формируемых генератором 13 им- пульсов , на время, необходимое для проведения измерения сопротивления участка между входом преобразователя 2 сопротивления и первой нормально замкнутой иарой контактов реле 12.

0

5

Формирователь 14 1шпульсов запуска формирует импульс длительностью, равной суммарному времерп срабатывания всех реле 12.

Резистор 22 является датчиком тока, падение напряжения на котором пропорциопально току потребления обмоток реле 12. Усилитель 15 обеспечивает усиление напряжения с резисQ тора 22. Дифференциатор 14 служит . для выделения фронта перепада выходного уровня напряжения с выхода уси- (лителя 15, вызванное скачкообразным изменением сопротивления измеритель иых жил 8 и 9, при срабатывании реле 12.

Усилитель-ограничитель 17 предназначен для формирования импульса, переднюю фронт которого соответствует моменту подключения очередного участка термопреобразователя 1. Схема 20 временной задержки формирует временную задержку поступающих импульсов. Элемент lUlII 18 предназначен для запуска Mill от схеьш 20 или генератора 13 импульсов.

Схема 21 временной задержки прей назна -гена для задержки импульсов, поступающ гх с элемента ИПИ 18 на время, необходимое для срабатыва ния АЦП.

Формирователь .команд управления работает следующим образом.

Генератор 13 формирует последовательность импульсов с большой скважностью (фиг. 4, а). Вре мя между двумя соседними импульсаш выбирается из условия 1 С , где - полное время измерения всех участков преобразователя 1: длительность mi- пульса питания реле 12. Ньшульс с генератора 13 запускает схему 19 временной задержки 19, которая задерживает запуск формирователя 14 на время Г (фиг. 4, б), необходимое для проведения измерения сопро- тивления участка измерительных жил 8 и 9 между входом преобразователя 2 сопротивления и первой нормально О замкнутой парой контактов реле 12 термопреобразозателя 1. Затем формирователь 14 формирует импульсы питания реле 12 (фиг. 4, б) длительно5

0

5

;СТью п „, равной времени срабаты- 55 вания всех реле термопреобразователя, где п - количество реле; - время срабатыванш одного реле. Напряжение питанш на обмотки реле 12 с

формирователя 14 подается па резистор 22. При поочередном срабатывании реле 12 на резисторе 22 появляется ступенчатое,папряжеиие из-за скачкообразного изменения тока потреб- ляемого обмотками реле (фиг. f},, в), Это напряжение усиливается уснлнте- лем 15, фронты ступенггатого напряжения на резисторе 22 выделяются дифференциатором 16, ус1Ш1шаются и ограни чиваются ус лителем-ограиичителем 17 (фиг. А, г). С усилителя-ограничителя 1 7 сформированные 1 мпульсы поступают на схему 20 временной задержки, которая формирует импульс, задержанный на время (фиг. 4, д) , необходимое для окончания переходных процессов в-устройстве при подкхпо- чении очередного участка термонреоб- разователя 1. Импульсы со схемы 20 задержки поступают па элемепг ШП 18 на другой вход элемента П.Ш 18 поступает импульс с генератороа 13. С выхода элемента ШШ 18 (фиг. 4, е) in-i- пульсы постунают на упрапляющт вход ЛЦП 4 и на схему 21 временной задерлс ки, которая вырабатывает импульс через время t, (фиг. 4, ж), большем времени срабатывания ЛЦП 4.

С вьпсода схемы 21 временной задержки импульсы разрешешм считыва- пия информации (фип 4, ж) с АЦП 4 поступают в блок 6 обработки информации.

Блок 6 обработки. 1П1формации выпол няет функции запоминающего устройства, выборки необходимых значений измерения, ог1ерацию вычиташш кодов и вывода информации на регистратор 7. Он может быть реализован на базе cepiriiHoro микропроцессорного комплекта и стандартиьк серийных микросхе-, мах, включенных в соответствии с инcJpyкциями по их применению.

Устройство для измерения темпера- .туры работает следующим образом.

Термопреобразователь 1 З стро11ства помещают в среду, тe иIepaтypy которой надлежит измерять, паиример в морскую воду. В блоке обработки ипформации программно задается режим запоминания. После этого па управля- Ю1ЦИ11 вход щи 4 поступают импульсы .запуска с формирователя 5. При этом на вход АЦП 4 поступает сигнал с выхода усигштеля 3. Этот сигнал пропорционален соиротивленгпо участка измерительных жил 8 и 9, размещенного между входом преобразователя 2 со- п{:)ОТ1шлеп1- я и пердюй нормалвно зам- KHyToii парой контактов реле 12.

В АЦП 4 сигнал преобразуется в ц,ифро)К)й код, который с выхдда 4 поступает Б блок б обработки информации, где запоминается.

Затем формирователь 5 команд уп- ра.зле1иш включает напряжение пит.ания подводимое по дополнительньм жилам 10 и 1 к обмоткам реле 12. Через интервал времени срабатывания, равньй времени срабатывания реле 12, нормально замкнутые ко такты этого реле размыкаются, а нормально разомкнутые конта.кты жилы 10 замы.каются. После зтог о формирователь 5 команд управления осуществляет запуск АЦП 4, Дифрово код с его выхода, про пор- ц)юнальный со 1ротинлепию измеритель- ньк жрш В н 9 на участке меязду вхо- ДО1 преобразователя 2 сопротивления и нормально замкнутыми контактами жил 8 и 9 с.педлтощего реле, поступает в блок 6 обработки ипфор гацпп5 где запомлнается. Через интервал времепи равный времени срабатьгаанил реле, осуществляется размыкание замкнутьв контактов следующего реле, BKjnoqeHHbi меяэду жилами 8 и 9, п замыкание контактов этого реле в жиле 10, нри этом описанные выше onepaumi повто- . лряются.

После вкгаочен ш последнего реле и проведен1Ш измерения сопротивления

измерительных жил 8 и 9 по всей длине формирователь команд управления включает напряжение, подаваемое на обмотки реле 12 через дополнительные жил1,1 10 ..и 11, все реле обесточатся и возвратятся в исходное состояние.

Блок 6 обработки инфop iaции в соответствии с заданной программой переводится из режшга запоминания в режим обработки информации. Режимов обработки информации может быть два: режим, измерения средней температуры Bcei o профиля среды, примыкающего к измерительным жилам 8 и 9 и реж1Ш измерения средней темературы от- Aej.tbHbrx участков профиля, ограничен. ных контактами реле 12, включенными

.между жчшами 8 и 9. Режим измерения задается, например, оператором. В режиме измерения всего температур. ного профиля в регистратор 7 с блока 6 обработзси информациг подаются ко з;ы. соответствуш)цие сумг мриому

7

сопротивлению измерительных жил 8 и 9. В режггме измерения средиеГт температуры отдельных участков бл обработки информации осуществляет вычитание кодов, соответствуюингх границам измеряемгзгх кодон по алго

л

N -

К

1 1

- N,-, гдедхЧ; код, соответствующий сред11ей температуре i-ro участка; - код соответствующий средней температуре всего профштя, примыкающего к этому участку; N-,YI код, соответствующий средней температуре профиля, вклгочаюинш этот участок.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения темпратуры, содержащее термопреобразователь в виде кабеля с двумя измери , подключенными к входу преобразователя сопротивления в напряжение, выход которого герез усилитель и аналог о-цифровой преобразователь подключен к входу блока обработгсп информации, соединенног-гу с регистратором, отличаю щ е- е с я тем, что. с целью повышения точности измерения распределения температуры по длине термопреобразователя и упрощения устройства в части выполнения термопреобразователя, в него введены формирователь команд управлен1-ш н электромагнитные реле, закрепленные на кабеле, снабженном двумя дополнительными жилами при нормально замкнутые контакты электромагнитных реле соединены с

10

5

0

5

0

измсрительньп-п жштамн, а выводы обмоток реле соединены с дополнительными жилами кабеля, пoдклю Feнными к « питающему выходу формирователя управления, первый и второй управляющие выходы которого под(лючеиы соответ- етненно к управляющим входам аналого- цифрового преобразователя и блока обработк1Г информации, причем нормально разомкнутые коргтакты, каждого реле электромагиит 1ого реле соед1шены с концами одной из дополнительных жил кабеля, разомкнутой в месте расположения реле.

2. Устройство по п. 1, о т л и- ч а ю щ е е с я тем, что формирователь команд управления содержит соединенные последовательно генератор импульсов, первую схему временной задержки и формирователь импульсов запуска, выходы которого подключены, к питающему вькоду формирователя команд управления непосредственно через резистор, подключенный к входу усилителя, выход которого через дифференциатор , усилитель-ограничитель и вторую схему временной задержки подключен к нервому входу элемента ГУМ, второй вход которого соединен с вькодом генератора зшпульсов, а выход подключен к входу третьей схемы временной задержки и первому управляющему, выходу формирователя команд управления, второй управляющий выход которого соединен с выходом третьей схемы времен1 ой задержки.

Изобретение относится к устройствам, обеспечива ощ1сч изменение температурных профилей жидких и газообразных сред и может быть использовано при океанологических и рыбо- хозяйственных исследованиях. Цель изобретения - повышение точности измерения распределения температуры по длине термопреобразователя (Т) и упрощение устройства. Т 1 устройстСО с ю 4 ел

фиг.2

Е:

... /П/ 4/tr Of fft tfwS)

4н

5 „

.,

(

.

.lULJLLLLL.,

г -Гг

.|L pJJLJXL IJlJlJL, ,.M.JLI JUlijL,,

з4--«-Гз

Редактор Ю. Середа

Составитель Б. Куликов

Техред В.Кадар 1 Корректор Г. Решетник

Заказ 3906/44

Тираж 778

ВШППШ Государствеииого комитета СССР

по деяам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное