Устройство для многоточечного измерения температуры во взрывоопасной среде Советский патент 1987 года по МПК G01K7/16 

1

Изобретение относится к измерению температур с помощью термопреобразователей сопротивления, в частности к измерению температур во взрьшоопас- ной среде.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 представлена схема устройства для многоточечного измерения температуры во взрывоопасной среде; на фиг.2 - структурная схема системы регулирования напряжения на измеряемом термопреобразователе сопротивления; на фиг.З - эквивалентная элек- трическая схема объекта регулирования.

Устройство для многоточечного измерения температуры во взрывоопасной среде (фиг.1) содержит п измерительных каналов (число каналов может быть любым), каждый из которых включает в себя термопреобразователь 1 сопротивления, соединенный с остальными элементами четырехпроводной линией связи с двумя токовыми 2 и 3 и двумя потенциальными 4 и 5 проводами обладающими распределенной емкостью 6 (на чертеже емкость 6 условно показана пунктирной линией), сопротивления 7.1-7.3 искрозащиты и ключи 8-10, управляющие взсоды которых подключены к блоку 11 переключения каналов, дополнительный измерительный усилитель 12, сумматор 13, корректор 14, эталонный резистор 15, измерительный усилитель 16j аналого-цифровой преобразователь 17, вычислительный блок 18 с цифровым выходом и индикатором, источник 19 опорного напряжения.

Структурная схема системы регулирования напряжения на измеряемом термопреобразователе сопротивления (фиг.2) состоит из сумматора 13, корректора 14 с передаточной функцией Wb(P), объекта 20 регулирования с передаточной функцией Wp(P) и измерительного усилителя 12 с передаточной функцией W,(P) .

Корректор 14 может быть вьшолнен, например, в виде измерительного усилителя с передаточной характеристикой и(Р)Кц. Если система с таким корректором неустойчива, то могут быть использованы более сложные корректоры, например, в виде интегратора с передаточной функцией W((P)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

1632

KK --, обеспечивающие необходимые, статистические свойства системы регулирования, заданное быстродействие и устойчивость системы.

Объект регулирования (фиг.З) включает термопреобразователь 1 сопротивления, емкости 6 проводов линии связи, сопротивления 7.1 и 7.2 искрозащиты, суммарное сопротивление 21 ключа 10 и сопротивления 7.3 искрозащиты и эталонное сопротивление 15.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу блока 11 переключения каналов термопреобразователь 1 сопротивления выбранного канала под- .ключается к выходу корректора 14 через эталонное сопротивление 5 ключ 10, сопротивление 7.3 искрозащиты и провода 3 и 2 четьфехпро- вр дной линии связи, а также к входу измерительного усилителя 12 через потенциальные провода 4 и 5, сопротивления 7.1 и 7.2 искрозащиты и ключи 8 и 9. При этом через термопреобразователь 1 сопротивления протекает ток, пропорциональный напряжению на выходе корректора 14, а на вход измерительного усилителя 12 поступает напряжение с термопреобразователя 1 сопротивления.

Напряжение с выхода измерительного усилителя 12 на сумматоре 13 сравнивается с напряжением источника 19 опорного напряжения и их разница поступает на вход корректора 14. Таким образом, образуется замкнутая система автоматического регулирования напряжения на термосопротивлении 1, структурная схема которой представлена на фиг.2, а принципиальная электрическая схема объекта регулирования на фиг.З. Напряжение на термопреобразователе сопротивления поддерживается постоянным и пропорциональным опорному напряжению, а ток, протекающий через него, течет через эталонное сопротивление 15 и создает на нем падение напряжения, которое измеряется измерительным усилителем 16, т.е. напряжение на выходе измерительного усилителя 16 пропорционально току, протекающему через термосопротивление 1. Напряжение с выхода первого измерительного усилителя 16 через аналого-цифровой преобразователь 17 поступает в вычислительный блок 18 с индикатором и по его значению и значению опорного напряжения определяется величина сопротивления термопреобразователя 1 R, которая пропорциональна измеряемой температуре.

Передаточн ая функция замкнутой системы регулирования имеет вид

W (р) H KlPl iWfiP) (,.

l-bWK(P)-We(P)-W,(P) Передаточная функция объекта регулирования (фиг.З) имеет вид

« т/ТГ (2) где Кв -f-V-;-R;;

т 2 Сл1К2±К 1К9 .

в Re + R, + RU

RJ- сопротивление эталонного сопротивления 15; R,- сопротивление сопротивления

7 искрозащиты;

С,- емкость проводов линии связи. Если операционные усилители, входящие во второй измерительный усилитель и корректор, считать идеальными, то передаточную функцию измеритель- ного усилителя можно записать в виде

W,(P) KV (3) а передаточную функцию корректора 14

W,(P) KK,(4)

Пусть К | 1, тогда подстановка .(2). (3), (4) и (2) дает

W,(P)

КкКе

(TeP-0(

Кк Ке

(KK.iy (

То

Р+1)

Сравнение (2) с (5) показывает, что выбором коэффициента передачи корректора 14 К постоянную времени в замкнутой системе регулирования можно сделать сколь угодно малой, а значит быстродействие системы сколь угодно большим.

Статическая точность системы регулирования определяется величиной статической ошибки, которая равна

Х

Uon

l+Wp(P)

U

р-0

I+K К,

(6)

где UD - опорное напряжение источника 19 опорного напряжения. Таким образом, увеличением коэффициента Кц можно добиться необходимой

с 10

20

25

. я, 30

35

40

45

50

55

.

статической точности системы и ее быстродействия, а значит и необходимой статической точности и быстродействия всего устройства для многоточечного измерения температуры во взрывоопасной среде.

Формула изобретения

Устройство дпя многоточечного измерения температуры во взрьшоопасной среде, содержащее п измерительных каналов, каждый из которых состоит из термопреобразователя сопротивления, соединенного с четырехпроводной линией связи, и трех ключей на полевых транзисторах, блок переключения каналов , соединенный с управляющими входами ключей, эталонный резистор, первый вывод которого соединен с выходами третьих ключей всех измерительных каналов, измерительный усилитель, вход которого соединен с пер- вь1м и вторым выводами эталонного резистора, а выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом вычислительного блока с цифровым выходом и индикатором, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены корректор, источник опорного напряжения, сумматор, три канальных сопротивления, искрозащиты и дополнительный измерительный усилитель, входы которого соединены, соответственно , с выходами первых и вторых ключей всех измерительных каналов, а выход подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через корректор подключен к второму выводу эталонного резистора, при этом Б каждом измерительном канале первый токовьй вывод термопреобразователя сопротивления через первый провод линии связи соединен с общей шиной устройства, второй токовый вывод через второй провод линии связи и третье сопротивление искрозащиты подключен к входу третьего ключа, а потенциальные вьшоды термопреобразователя сопротивления через третий и четвертый провода линии связи и первое и второе сопротивления искрозащиты подключены соответственно к входам первого и второго ключей.

и.

13

on

75

Редактор Г.Волкова

Составитель В.Куликов

Техред М.Ходанич Корректор И.Муска

Заказ 3823/37 Тираж 776Подписное

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

21

1.2

-0

.-.е

Фиг.З

Изобретение относится к измерению температур с помощью термопреобразователей сопротивления. Цель изобретения - повьшение быстродействия устройства. Через термопреобразователь сопротивления (ТС) протекает ток, пропорциональный напряжению на выходе корректора 14, а на вход измерительного усилителя (ИУ) 12 поступает напряжение с ТС 1. Напряжение с выхода ИУ 12 на сумматоре 13 сравнивается с напряжением источника 19 опорного напряжения, и их разница поступает на вход корректора 14. Напряжение на ТС 1 поддерживается постоянным и пропорциональным опорному напряжению, а ток, протекающий через него, течет через эталонное сопротивление 15 и создает на нем падение напряжения, измеряемое усилителем 16, Напряжение с выхода последнего через аналого-цифровой преобразователь 17 поступает в вычислительный блок с индикатором 18, а по его значению и значению опорного напряжения определяется величина сопротивления ТС 1, которая пропорциональна измеряемой температуре. 3 ил. W с 00 со 1C О5 оо (ЙЯ/