Многоканальное устройство для контроля температуры Советский патент 1987 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к многоканальным системам контроля температуры и может быть использовано для контроля температуры в инкубационных и вы- воднь1х шкафах инкубаторов.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема подключения датчиков.

Устройство обеспечивает контроль температуры объектов 1 (инкубационных шкафов), снабженных технологическим оборудованием 2, и содержит датчики 3 температуры по числу каналов, индикатор 4, генератор 5 импульсов, счетчик 6, преобразователь 7 сопротивление - код, первый коммутатор 8, два эталонных резистора 9 и 10 (соответственно начала R и конца шкалы преобразователя сопротивление - код RK) второй 11 и третий 12 коммутаторы, дешифратор ,13, первый 14 и второй 15 коммутаторы кода, первый 16 и второй 17 регистры, первый 18 и второй 19 вычитатели, блок 20 вычисления обг ратной величины, первый 21 и второй 22 блоки умножения, сумматор 23, первый 24 и второй 25 блоки памяти, первый 26 и второй 27 задатчики, первый 28 и второй 29 элементы сравнения, элемент ИЛИ 30, третий коммутатор 31 кодов и переключатель 32, В устройстве для достижения компенсации влияния линии связи с датчиками при значительной ее длине используется четы- рехпроводная линия связи и преобразователь сопротивление - код с четырехточечным входом, например, типа Ф 266. Это определяет трехключевую схему первого коммутатора 8 коммутируемых выходом неполного дешифратора на i-e состояние, где i - номер коммутируемого датчика.

Устройство работает следующим образом.

Известно, что уравнение номинальной статической характеристики датчика температуры ТСМ в диапазоне 0- 50 с с высокой степенью точности можно записать в ввде

R

де

R,

R к - RH

(t - tj,

(1)

t к - tn и R - значения сопротивлений датчика при температурах соответственно на- . чала t и конца t шкаль: измерения.

Характеристику произвольного реального датчика ТСМ записывают в виде

R.. R

О

где R

5

1 и R,

Rir.

ti tn), (2)

- значения сопротивления датчика при температурах t и t соответственно.

Известно также, что уравнение ха-. рактеристики преобразователя сопротивление - код относительно номинальной статической характеристики датчика ТСМ имеет вид

N где N

N. +Ь.1-(Ка-К„). : (3)

К-К -и °

Н

NK значения отсчетов показаний измерительного 0преобразователя на концах его шкалы при значениях сопротивлений R и R.

Подставляя выражение (2) в (3) 5 определяют обобщенную характеристику преобразователя сопротивление - код относительно температуры t , измеряемой реальным датчиком

0

- R Г-

NiFn ,

Ri

R

t,- t/-(,)(4)

N NH- +

- ,

В режиме градуировки датчика последовательно нагревая его до значений 5 температуры t,. и t начала и конца диапазона измерения, из выражения (4) находят значения сопротивлений дат

чика R и R при t t

Ni NH +

2

R - RH

(RI - RH),

откуда при t a

RT

+ i--E-i-(RK - RH); (5)

к H

N, NH

N к - NH

откуда

0

R2

R

R к RH

4.

NH

- RH,

(R,- R,). (6)

5

Подставив полученные градуировоч- ные значения R, R датчика из выражений (5) и (6) в уравнение обобщенной, характеристики (4) измерительного преобразователя, находят уравнение измерителя температуры, отградуированного по двум точкам концов диапазона измерения t, t , которое с учетом возможного временного дрейфа

3 132 характеристики самого преобразователя сопротивление - код, измеренного в отсчетах N, N ц начала и конца шкаль преобр азователя .относительно образцовых опорных резисторов R,, R номинальной статической характеристики датчика, может быть записано в виде

N (N - N F- - -ii

IN IN t- VIN нП M «I

L «. H

(N2 - )( tj

(NK - N,)(t, t7)J(7)

Выполненное таким образом устройство обеспечивает возможность повышения точности контроля за счет использования процедуры совместной гра- Q дуировки датчиков и преобразователя, что исключает погрешность разброса значений характеристики датчика, а введение эталонных резисторов начала и конца шкалы измерения преобразовано

Разрешая выражение (7) относитель- теля исключает и временной дрейф его температуры t, до которой нагрет характеристики. В режиме градуировки

датчик, находят

(N I NH)(

((N N,)

4

Ьд

характеристики. В режиме градуировки переключатель 32 устанавливается в первое положение. Все датчики 3 температуры в инкубаторах 1 нагреваются

2Q до температуры начала диапазона измерения t . Счетчик 6 под действием тактовых импульсов генератора 5 последовательно изменяет код номера инкубаторов. При этом к преобразователю

Ni - Ni где N,, N,

(tj - tj.

(8)

значения отсчетов преобразователя с датчиком при градуировочных значениях t о t

4

NK N, 30

1, - -г

начала и конца диапазона измерения температуры в инкубаторах; значения отсчетов преобразователя при последовательном подключении образцовых опорных сопротивлений R, R начала и конца шкалы преобразователя по номиналь- ной статической характеристике датчика на момент сквозной градуировки датчика и преобразователя;:

С - индекс временного дрейфа характеристики пре- образователя сопротивление-- кбд. Окончательно из вьфажения (8) зна- ение температуры t., измеренное изерительным преобразователем в сосаве преобраз ователя сопротивление - од и i-ro датчика, получают в виде

2Q

25

gg

40

50

11 -где

а

ь,-

N,, N,

- отсчеты начала и конца шкалы преобразователя на

8799

момент градуировки 1 - индексы временного дрейфа характеристики преобразователя.

Выполненное таким образом устройство обеспечивает возможность повышения точности контроля за счет использования процедуры совместной гра- Q дуировки датчиков и преобразователя, что исключает погрешность разброса значений характеристики датчика, а введение эталонных резисторов начала и конца шкалы измерения преобразова теля исключает и временной дрейф его характеристики. В режиме градуировки

- теля исключает и временной дрейф его характеристики. В режиме градуировки

30

а

характеристики. В режиме градуировки переключатель 32 устанавливается в первое положение. Все датчики 3 температуры в инкубаторах 1 нагреваются

2Q до температуры начала диапазона измерения t . Счетчик 6 под действием тактовых импульсов генератора 5 последовательно изменяет код номера инкубаторов. При этом к преобразователю

25 7 сопротивление - код последовательно через коммутатор 8 подключаются по очереди датчики 3 температуры. Два кода номера инкубаторов отведены под коммутаторы 11 и 12 сопротивлений R и R, которые управляются дешифратором 13 на два этих кода. Таким образом, в градуировочном режиме работы на индикаторе 4 поочередно индицируется номер инкубатора и значение отсчета измеренной его датчиком температуры N, , отдельно индицируются показания начала и конца -шкалы преобразователя N, N. Затем значение температуры в инкубаторах устанавливается в конец диапазона измерения t , и считываются полученные значения отсчетов по всем датчикам. По соотношению (9) рассчитываются значения коэффициентов а и Ь. для каждого из датчиков температуры. Полу- ,ченные значения а,- заносятся в пер- вьй блок 24 памяти, а Ь. - во второй блок 25 памяти.

В основном рабочем режиме переключатель 32 устанавливается во второе положение. В результате подсчета от генератора 5 импульсов счетчиком 6 импульсов опроса на его кодовом выходе последовательно меняется значение gg кода номера инкубатора. Так же как и в градуировочном режиме к преобразователю 7 сопротивление - код через первый коммутатор 8 поочередно подключаются датчики 3 температуры, а

40

50

коммутаторы

5

11

1328799

и 12, управляесоус ра во

мые дешифратором 13,- эталонные резисторы 9 и 10 (RHS RR) начала и конца шкалы преобразователя 7 сопротивление - код.

Таким образом, один раз за цикл опроса на выходе преобразователя сопротивление -- код поочередно вырабатываются значения N кодов измерен- .ных температур в i инкубаторах и :значения двух уставок N

HN

при

.условии длительной непрерывной эксплуатации преобразователя Кодовые и N

20

уставки J и N через коммутаторы 14 и 15 кодов, управляемые дешифратором 13, записываются в регистры 16 и 17 и сохраняются там на все время цикла опроса, В соответствии с алго:ритмом (9) отсче,т N. температуры i-ro инкубатора корректируется арифметическими блоками 18-235 причем координаты а , и b ; появляются на выходе блоков 24 и 25 памяти одновременно с .кодом NJ на выходе преобразователя 7, так как адресные входы комму.тато- 25 ра 8 и блоков 24 и 25 памяти подключены одноименным образом к выходной кодовой магистрали счетчика 6, Таким образом, на выходе сумматора 23 вырабатывается истинное, значение тем-- ЗО пературы to; . Это значение кода сравнивается элементами 28 и 29 сравнения кодов с граничными уставками ,н , N

10, задания градущювочных значений температуры t и t, .,Компенсация линейных изменений параметров харак теристики преобразователя сопротив- . ление - код, осуществляемая в устро

15 стве, увеличивает временную стабиль ность измерений, оставляя нескомпен сированными только временные измене ния параметров самих датчиков, значения которых в заданных точностных значениях не требуют повторных гра дуировок чаще чем 1 раз в год, что совпадает с периодом между профилак тическими ремонтами основного техно логического оборудования цеха инкубации.

Формула изобр, етени

Многоканальное устройство для ко троля температуры, содержащее датчи температуры по числу каналов, три коммутатора, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик индикатор, а также сумматор, первый

для 1-го инкубатора, установленными в задатчиках 26 и 27. Если - блок умножения, дешифратор, элемент полученное на выходе сумматора 23

РШИ, переключатель, причем выходы датчиков подключены к соответствующ входам первого коммутатора, отли чающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство содер жит два эталонных резистора, преобр зователь сопротивление - код, три коммутатора кода, два регистра, два вычитателя, блок вычисления обратной

значение кода температуры находится за пределами допуска (N/. i

один из элементов сравнения кодов выдает сигнал через эле- мент ИЛИ 30 на коммутирующий вход коммутатора 31 кодов, и кодовое значение аварийной температуры через переключатель 32 отображается на индикаторе 4 одновременно с номером i-ro ,(|s величины, второй блок умножения, два инкубатор а. Если температура в i-м инкубаторе в пределах допуска (М,,,„„ i

N .c ° КОММутИр-уЮЩИЙ СИГнал схемами сравнения не вырабатывается, и отображение неаварийной ин- 50 входом преобразователя сопротивлениеблока памяти, два элемента сравнения, и два задатчика, причем эталонные резисторы через второй и третий коммутаторы соответственно соединены с

формации через коммутатор j кодов и переключатель 32 на индикаторе не происходит. Таким образом осуществляется отображение по каждому инкубатору только аварийной информации о температуре с заданной точностью.

Алгоритм совместной градуировки с одновременным определением параметров характеристики преобразователя

сопротивление - код, реализованный в устройстве, исключает погрешность от разброса датчиков и тем самым дает возможность применить в многоканальном устройстве контроля датчики тем любых классов точности. При этом точность измерения температуры определяется чувствительностью преобразователя сопротивление - код и точностью

задания градущювочных значений температуры t и t, .,Компенсация линейных изменений параметров характеристики преобразователя сопротив- ление - код, осуществляемая в устройстве, увеличивает временную стабильность измерений, оставляя нескомпенсированными только временные изменения параметров самих датчиков, значения которых в заданных точностных значениях не требуют повторных градуировок чаще чем 1 раз в год, что совпадает с периодом между профилактическими ремонтами основного технологического оборудования цеха инкубации.

Формула изобр, етения

Многоканальное устройство для контроля температуры, содержащее датчики температуры по числу каналов, три коммутатора, последовательно соединенные генератор импульсов, счетчик и индикатор, а также сумматор, первый

блок умножения, дешифратор, элемент

блок умножения, дешифратор, элемент

РШИ, переключатель, причем выходы датчиков подключены к соответствующим входам первого коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство содержит два эталонных резистора, преобразователь сопротивление - код, три коммутатора кода, два регистра, два вычитателя, блок вычисления обратной

величины, второй блок умножения, два

входом преобразователя сопротивлениеблока памяти, два элемента сравнения, и два задатчика, причем эталонные резисторы через второй и третий коммутаторы соответственно соединены с

код, выход которого подключен к входам первого и второго коммутаторов кода, к одному из входов первого вычитателя и переключателя, выход которого соединен с другим входом индикатора, выход первого коммутатора кода подключен через первый регистр к входу первого вычитателя и одному из входов второго вычитателя, к другому

входу которого подключен через второй регистр выход второго коммутатора кода, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора и одним из выходов дешиф- ратора, другой выход которого подключен к управляющим входам второго коммутатора и коммутаторов кода, выход первого вычитателя соединен с од- ним из входов первого блока умножения, к другому входу которого подключен выход блока определения обратной величины, связанного входом с выхорого блока умножения и второго блока памяти соединены с входами сумматора выход которого подключен к одним из входов первого и второго элементов сравнения и третьего коммутатора кода, к другим входам элементов сравне ния подключены выходы соответствующих задатчиков, а выходы элементов сравнения соединены с входами элемен та ИЛИ, выход которого связан с другим входом третьего Коммутатора кодов, подключенного выходом к другому входу переключателя, вход дешифратодом второго вычитателя, выход первого 15 ра и адресные входы первого коммута- 6jjoKa умножения связан с одним из блоков памяти подключены к входов второго блока умножения, к другому входу второго подключен выход первого блока памяти, выходы втовыходу счетчика, а выход первого коммутатора соединен с входом преобразователя сопротивление - код.

8

рого блока умножения и второго блока памяти соединены с входами сумматора выход которого подключен к одним из входов первого и второго элементов сравнения и третьего коммутатора кода, к другим входам элементов сравнения подключены выходы соответствующих задатчиков, а выходы элементов сравнения соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого связан с другим входом третьего Коммутатора кодов, подключенного выходом к другому входу переключателя, вход дешифратора и адресные входы первого коммута- блоков памяти подключены к

ра и адресные входы первого коммута- блоков памяти подключены к

выходу счетчика, а выход первого коммутатора соединен с входом преобразователя сопротивление - код.

Коммутатор датцика

Редактор 0.Головач

Составитель Г.Крейман Техред М.Ходанич

Заказ 3488/50Тираж 863Подписное

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

ПЛатцик R.

Коммутируемый 6ход

Л

Коммутатор сопротибления

d /J /J

-

N

Комнутируеный быход

f

Фаз. 2

Корректор А.Обручар

Изобретение относится к многоканальным системам контроля температуры и может быть использовано для контроля температуры в инкубационных и выводных шкафах инкубаторов. В устройстве с целью повышения точности применяется алгоритм совместной градуировки датчиков и преобразователя сопрот.ивление - код, которьй обеспечивается наличием трех коммутаторов, связанных с датчиками температуры и эталонными резисторами соответственно, тремя коммутаторами кода, двумя блоками памяти и арифметическими блоками, обеспечивающими вычисление скорректированного значения температуры в соответствии с алгоритмом, которое индицируется индикатором. Устройство синхронизировано от генератора импульсов через счетчик и обеспе 1ивает режим градуировки и измерения при помощи переключателя, управление коммутаторами осуществляет дешифратор. 2 ил. с (С (Л 00 to 00 со со