Устройство цифрового программного управления для измерения теплофизических характеристик материалов Советский патент 1987 года по МПК G05B19/48 

Изобретение относится к области измерений теплофизических характеристик (ТФХ) материалов, в частности к устройствам для измерения и непрерывного контроля коэффициентов теп- лопроводности Л и температуропроводности, Шжидких и твердых материалов, и может быть использовано в машиностроительной, химической промьшлен- ности и других отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является расширение диапазонов измерения, повьпие- ние точности и достоверности резуль татов измерений.

На фиг. приведена схема устройства с цифровым программным управлением для измерения теплофизических характеристик твердых и жидких материалов; на фиг,2 - типовая термограмма опыта.

Устройство состоит из распределительного блока 1, блока 2 управления микропроцессора, генератора 3 тактовых импульсов, перепрограммируемого блока 4 памяти (1ШЗБ) мультиплексора 5, аналого-цифрового преобразователя 6, блока 7 индикации и регистраци (ВИР), постоянно запоминающего блока 8, усилителя 9 постоянного тока, исполнительного блока 10, формирователя 11 команд, к оммутатора 12 каналов блока 13 хранения программ, блока 14 стабилизации напряжения и измерительного зонда 15.

Блок 1 содержит распределители импульсов, организованные йа регистрах, позволяющие вводить в ГШЗБ 4 программу, записанную на языке команд микропроцессора.

Блок 2 управления микропроцессора последовательно отрабатывает ко- манды программы, хранящейся в блоке 4, вьшолняя при зтом некоторые слу- жебные сервисные операции (например выдает команду мультиплексору 5 передать очередной оператор программы на отработку или прочитать в блоке 4 содержимое некоторой ячейки и передать его в блок 8 на обработку).

Генератор 3 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы опорной частоты для синхронизации функционирования блока 2 управления микропроцессора и преобразования аналогового сигнала в код АЦП 6.

Перепрограммируемый блок 4 памяти служит для хранения рабочей програм

мы блока 2 микропроцессора, для записи и хранения числовой информации, вводимой для начала выполнения программы через распределительный блок 1, а в процессе выполнения программы- через мультиплексор 5 из АЦП 6, По командам блока 2 здесь же может производиться перезапись этой информации из одного регистра памяти в другой.

Мультиплексор 5 представляет собой управляемый по командам 2 электронный коммутатор, обеспечивающий передачу информации от входных к выходным каналам.

В аналого-цифровом преобразователе 6 аналоговая информация переводится в цифровые коды.

Блок 7 индикации служит для визуального наблюдения вводимой программы, констант и результатов расчета, а также для регистрации расчетных значений в протоколах измерений. Основу блока составляют цифровой индикатор и цифропечатающее устройство.

I В постоянно запоминающем блоке 8 |жестко прошиты сервисные подпрограммы, выполнение которых по коман дам из блока 2 управления обеспе- .чивает отработку ,-ряда специальных процедур , необходимых для управления работой блоков 7 и 11, Здесь же прошита подпрограмма, управляющая работой канала пр ;дварительной обработки и записи исходной измерительной информации.

Усилитель 9 постоянного тока обеспечивает усиление сигналов, поступающих от датчиков измерительного зонда 15 до нормированного уровня АЦП 6.

Исполнительный блок 10 представля-- ет собой электромеханические устройства (эл. двигатели, эл.магниты и т.п.), сопряженные с измерительным зондом 15, обеспечивающие вьшол- нение несложных механргче.ских манипуляций (замену образцов, перемещение

зонда и т.п.). К ним же относятся и

дополнительные охранные нагреватели

системы термостатирования образцов.

Формирователь 11 команд получая

из блока 8 некоторые цифровые коды,

дешифрует их с помощью дешифратора и формирует управляющие электри 1еские сигналы необходимого уровня на блок 14, коммутатор 12 каналов и исполнительный блок 10. Конструкция его

содержит,например три последовательно включенных элемента: дешифратор кодов, фиксаторы и источник тока, В простейшем случае в качестве фиксаторов можно использовать двухоб- моточное поляризованные реле, имеющие обмотки прямого включения и отбоя.

При подаче на вход дешифратора первого двоично-десятичного (1-2- 4-8), кода, который в системе команд управления означает, например, Включить исполнительное устройство К- 1 на выходе дешифратора формируется единичный позиционный код, т.е. на разряде 1 появится импульс, который, пройдя через обмотку Вкл. реле РПС, переключит средний контакт в положение Вкл. и тем самым включит исполнительное устройство № 1, Когда же на вход дешифратора поступит вторс(й код, который в системе наших команд управления означает Выключить исполнительное устройство

№ 1 на выходе дешифратора на разря- де 2 появится импульс. Этот импуль пройдя через обмотку Выкл., перебросит контакт РЛС в положение Выкл и тем самьм выключит первое исполнительное устройство,

I V.

Коммутатор 12 каналов обеспечивает последовательное подключение каналов с измерительным зондом 15 ко входу усилителя 9 постоянного тока по управлгюпшм сигналам, поступающим в него из формирователя 11 команд. В качестве такого блока может служить и коммутатор.

Блок 1 3 хранения программ служит для долговременного хранения пакета программ, записанных на языке микро- /ТГроцессора и реализующих тот или ино способ определения теплофизических характеристик (ТФХ). Хранение возможно на механических, магнитных или электронных носителях, т.е. это периферийное устройство микропроцессора.

Блок 14 стабилизации напряжения представляет собой источник напряжения, включающий электронные реле, управляемые сигналами, поступающими от формирователя I1 команд.

Устройство ориентировано на работу с различными измерительными зондами 15 (ИЗ)конструкция которых зависит от реализуемого устройством способа определения ТФВ, свойств исследуемого вещества (жидкое, твердое)

10

f5

20

30

0

987134

целе1Ч эксперимента (единичные измерения, непрерывный контроль) и других условий. В общем случае ИЗ может содержать несколько датчиков исходной 5 информации (термопары, датчики т еп- лового потока и др.), иметь один или несколько рабочих нагревателей, охранные нагреватели, а также другие исполнительные блоки 10.

Айтоматическое управление экспериментом организуется в устройстве программными средствами.

Канал переработки исходной измерительной информации работает следующим образом.

Процедура управления каналом предварительной обработки и записи измерительной информации, прошитая в постоянно запоминающем блоке 8, обеспечивает выдачу в формирователь 11 команд цифровых кодов, по которым он выдает сигналы на коммутатор 12 каналов, Последний подкл дчает к усилителю 9 постоянного тока первый выходной канал измерительного зонда 15, При этом аналоговой сигнал от измерительного зонда 15 усиливается в блоке 9 и преобразуется в цифровую информацию в АЦП 6. После этого он по команде из постоянно запоминающего блока 8 записывается в первый (условно) регистр памяти блока 4. Далее по коду из постоянно за- поминакщего блока 8 формирователь I1 35 команд заставляет коммутатор 12 кана- . лов подключить к усилителю 9 постоянного тока второй выходной канал измерительного зонда 15, а цифровая информация из АЦП 6 будет записана во второй регистр памяти блока 4, Цикл повторится столько раз, сколько каналов было указано в соответствующем коде, введенном в перепрограммируемый блок памяти 4 перед начаг лом измерений.

5

0

5

Последующая обрабртка может coc-v тоять или в выполнении расчетов значений А и Q по формулам математической модели способа, иди в перезаписи измерительной информации в другие регистры памяти блока 4 для ее даль- нейщего хранения. А в первый, второй и т.д, регистры системой автоматического управления экспериментом может быть записана измерительная информация, снятая через некоторый промежуток времени йС после первой записи, причем этот промежуток а может

быть предварительно задан записью в блок 4 и отработан обращением к подпрограмме, прошитой в постоянно запоминающий блок 8.

Поскольку операторы обращения к этим специальным подпрограммам, прошитым в постоянно запоминающем блоке 8, можно доставить в любое место программы, возникает возможность в любое время в процессе реализации программы блока 2 управления провести измерение и запись в перепрограммируемый блок 4 памяти измерительной информации, а также вьвдать команды управления, в том числе и по результатам обработки этой информа- ции в блоке 2 управления. Например, запустив специальным оператором канал предварительной обработки и записи информации, записать температу- ру термостатирующего устройства измерительного зонда 15, и, сравнив ее значение с предьщущим, вьщать команду на включение охранного нагревателя, если температура понизилась, и команду на выключение его, если температура повысилась.

Таким образом, средствами языка блока управления (микропроцессора) можно смоделировать практически лю- бой алгоритм проведения эксперимента и управления дополнительными исполнительными устройствами. При выполнении такой программы блок 2 управления через блок 8 и формирова- тель Ii команд физически реализует эту модель с помощью блоков 14, 10 и коммутатора 12 каналов. При этом расчет значений А и а по формулам математической модели составит лишь фрагмент (как правило завершающий) общей программы реализации отрабатываемого способа определения ТФХ. Дпя реализации другого способа определения ТФХ достаточно заменить (при необходимости) измерительный зонд 15 и через распределительный блок 1 ввести другую программу, предусматривающую отработку другого алгоритма проведения эксперимента, другие внешние манипуляции, другую математическую модель для расчета -х и а .

Устройство работает следукщим образом.

Перед началом измерений экспериментатор устанавливает необходимый измерительный зонд 15, датчики которого подключает к входны г клеммам

5 О 5 20

30 35-50987136

коммутатора 12 каналов, рабочие нагреватели - к блоку стабилизации напряжения, а блок 10 - к формирователю 11 команд. Из блока 13 выбирается соответствзтощая программа и через распределительный блок 1 вводится в перепрограммируемый блок 4 питания. Туда же вводятся некоторые константы устройства, определяемые его калибровкой на эталонных материалах, а также специальные коды, определяющие степень использования отдельных подпрограмм, прошитых в постоянно запоминающий блок В,

Производится запуск в работу блока 2 управления и все дальнейшие операции выполняются автоматически при последовательной обработке тех операторов, которые были записаны в программе. В частности, при отработке операторов, содержав(их обращения к прошитым в блоке 8 процедурам, будут включаться или выключаться рабочие нагреватели измерительных зондов 15, канал предварительной обработки и записи измерительной информации или исполнительный блок 10. Так будут вьтолнены все операции, обеспечивающие осуществление заданного программой эксперимента, после чего записанная в перепрограммируемый блок 4 памяти исходная измерительная информация будет обработана в канале последующей обработки по формулам математической модели, реализованной с помощью программы способа измерений ТФХ, и результаты обработки в виде численных значений коэффициентов ; и а будут по очереди индицированы i или зарегистрированы в блоке 7 индикаций и регистрации. После этого блок 2 управления остановится и устройст- |во будет готово для проведения эксперимента со следующим образцом такого же типа.

Формула изобретения

«15

30 35 -50

Устройство цифрового программного управления дпя измерения теплофизи- ческих характеристик материалов, содержащее последовательно соединенные блок хранения программ, распредели- 55 тельный блок, перепрограммируемый блок памяти, мультиплексор и блок управления, а также усилитель постоянного тока, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового

7

преобразователя, блок индикации и регистрации, постоянно запоминающий блок, первая шина которого соединена с второй тиной мультиплексора, блок стабилизации напряжения, измеритель- нь1й зонд и исполнительный блок, о т- личающееся тем, что, с целью расширения диапазонов измерения, повьпиения точности и достоверности результатов измерений, введе- ны генератор тактовых иютульсов, коммутатор каналов и формирователь команд, первый выход которого соединен с исполнительным блоком, второй выход - со входом блока стабилизации напряжения, третий выход - с первым

8

Входом коммутатора команд, второй вход KOTopoi o подключен к выходу измерительного зонда, а выход - к входу усилителя постоянного тока, первый выход генератора импульсов соединен с вторым входом аналого-циф - рового преобразователя, выход которого соединен с третьим входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход генератора импульсов подключен к второму входу блока управления, вхсзд блока индикации и регистрации соединен с первым выходом посг тояннр запоминающего блока, второй выход которого подключен ко входу формирователя команд.

Фиг,1

T()(fjTMaffc)

Редактор Н.Егорова

Составитель И.Швец Техред И.Попович

Заказ 886/49 Тираж 864Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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

Фиг. 2

Корректор М.Самборская

Изобретение относится к области измерений теплофизических характеристик материалов, в частности к устройствам для измерения и непрерывного контроля коэффициентов теплопроводности и температуропроводяости жидких и твердых материалов, и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях народного хозяйства. Целью изобрете- 1ШЯ является расширение диапазонов, повьш1ение точности и достоверности результатов измерений. Устройство цифрового программного управления для измерения теплофизических характеристик материалов содержит распределительный блок, блок управления, генератор тактовых импульсов, пере- программируемьй блок памяти, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, постоянно запоминающий блок, усилитель постоянного тока, формирователь команд, коммутатор каналов, блок хранения программ, блок стабилизации напряжения, измерительный зонд и исполнительный блок. Данное устройство обеспечивает возможность реализации различных способов определения теплофизических характеристик путем изменения программного обеспечения и применения различных измерительных зондов. 2 ил. с S (Л оо vi