Устройство для измерения температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K7/00 

М

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно устройстрам для измерения температуры с коррекци ей погрешностей первичного преобразо- вателя температуры, вызванных дрей фом его характеристики.

По основному авт, св. № известно устройство для измерения тем пературыз содержащее первичный преобразователь температуры, подключенный к первому входу сумматора, выход которого соединен с входом измерительного преобразователя, и функциональ- ный преобразователь, к первому входу которого подключен счетчик времени наработки первичного преобразователя температуры, состоящий из последовательно соединенных генератора опорной частоты, делителя, управляющего ключа и счетчика импульсов, выход которого подключен к выходу счетчика времени наработки преобразователя температуры, а второй вход - к входу счетчика времени наработки, к второму входу которого Подсоединен второй вход управляющего ключа, подключенного третьим входом к выходу генератора опорной частоты, схему задержки и соеди- ненные последовательно двойной интегратор по времени и температуре, второй функциональный преобразователь, второй ключ, запоминающий блок, блок сравнения, триггер, формирователь и третий ключ, четвертый ключ, второй запоминающий блок, соединенные последовательно дифференциатор и второй формирователь, выход которого подключен к входам второго ключа, триггера счетчика времени наработки первичного преобразователя температуры, четвертого, ключа, второго функционального преобразователя и двойного интегратора, остальные входы которого подсоединены к выходу счетчика наработки времени и схем1з1 задержки, а выход подключен к второму входу четвертого ключа, подсоединенного выходом к второму запоминающему блоку, выход которого подключен к входу сумматора и второму входу третьего ключа, подсоединенного вьссодом к установочному входу двойного интегратора причем выход измерительного преоб- разователя подключен к дифференциатору и схеме задержки, соединенной вькодом с функциональным преобразователем, выход которого подключен к

входу двойного интегратора, при этом выход второго функционального преобразователя соединен с входом блока сравнения, а выход триггера подключен к второму входу счетчика времени наработки преобразователя температуры, причем второй функциональный преобразователь выполнен в виде интегратора по времени.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры при ее изменении в широких пределах.

На фиг. 1 приведена блрк-схема устройства; на фиг. 2 и 3 - графики, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит превичный преобразователь I температуры (термоэлектрический преобразователь)j сумматор 2, измерительный преобразователь 3, схему 4 задержки, функциональный преобразователь 5, счетчик 6 времени наработки первичного преобразователя температуры, генератор 7 опорной частоты, делитель 8, управляющий ключ 9, счетчик 10 импульсов., двойной интегратор 11, второй функциональный преобразователь 12, второй ключ 13, запоминающий блок 14, блок 15 сравнения, триггер 16, первый фор мирователь 17, третий 18 и четвертый 19 ключи, второй запоминающий блок 20, дифференциатор 21, второй формирователь 22, третий 23, четвертый 24, пятый 25 и тестой 26 запоминающие блоки, блок 27 вычитания, дополнительный счетчик 28 импульсов, формирователь 29 обратной функции, формирователь 30 экспоненты, умножитель 31 и дополнительный блок 32 сравнения.

Устройство работает следующим образом.

При измерении некоторой постоянной температуры сигнал из первичного преобразователя 1 температуры (ППТ 1) через сумматор 2 поступает на измерительный преобразователь 3, с выхода которого значение измеряемой температуры через схему 4 задержки поступает на первый вход функционального преобразователя 5, представляющего собой аналоговый или аналого-цифровой вычислительный блок, на второй вход которого поступает сигнал из счетчика 6 времени, соответствующий времени эксплуатации ППТ 1 при измеряемой температуре. При этом на выходе функционального преобразователя 5 формируется сигнал, соответствующий значению полного дифференциала по температуре и времени усредненной зависимости дрейфа термопреобразователя. Этот сигнал интегрируется по времени и температуре в двойном интеграторе 11 и через четвертый ключ 19 и второй запЬминающий блок 20 поступает на вход сумматора 2, производя коррекци дрейфа характеристики ППТ 1 согласно математической модели дрейфа ППТ, реализуемой функциональным преобра зователем 5 и интегратором I1. При i изменении температуры по команде дифференциатора 21 второй формирова- 22 закрывает с помощью ключей 13 и 19 входы запоминающих блоков J4 и 20, сбрасывает интеграторы II и 12 и счетчик 10 импульсов, а также пере брасывает триггер 16, Последний переключает ключ 9, и на счетчик 10 начинают поступать импульсы высокой частоты. При этом на вход функционад ного преобразователя 5 поступает но- вое значение температуры эксплуата- ции и ускоренно изменяющееся время. Это вызывает быстрое изменение выходной функции функционального преобразователя 5, интегрируемой интегра- тором 11 и преобразуемой вторым функциональным преобразователем 12 (в соответствии с ускоренно изменяющимся временем) до достижения равенства функций интегралов кривых коррекций дрейфа ППТ 1 до и после из- менения температуры эксплуатации. Равенство интегралов фиксируется с помощью блока 15,сравнения по равенству выходных сигналов интегратора 12 и запоминающего 6iiOKa 14. По достижении такого равенства блок 15 сравнения возвращает триггер 16 в исходное состояние, В результате в счетчике 10 импульсов оказьшается записанным качественно новое значение времени наработки, вычисленное из условия равенства функций интегралов кривых коррекции до и после изменения температуры эксплуатации. На фиг. 2 представлена графическая интерпретация произведенньк операций. Пусть предыдущее значение измеренной температуры (температуры эксплуатации) соответствует t,,,, и на выходе интегратора 11 формирует-

ся кривая коррекции дЕ (t

91

). В

М9мент с при значении напряжения коррекции дЕ, произошло изменение

температуры и она стала равной В результате работы блоков 5-18 осуществлен пересчет эквивалентной времени наработки, которую обозначим С При этом в интеграторе 11 получим напряжение коррекции. Если t,, мало отличается от , то ЛЕ достаточно точно отражает погрешность термопреобразователя в момент изменения температуры, В дальнейшем коррекция будет осуществляться по кривой uE

(./)о Q -

0

Базисное значение кривой переходного процесса может быть найдено исходя из заранее установленной зависимости погрешности термопреобразовате- ля от температуры для заданных рре- мени и температуры эксплуатации. Такие зависимости можно получить экспериментально в процессе предварительного исследования дрейфа термо- пребразователя. Для заданных и с пусть, например, такая зависимость будет представлена на фиг. 2 в виде графика зависимости ЛЕ от t (температуры диапазона). Начало координат этого графика помещено в точку V условно для иллюстрации того, что он относится только к этой точке. На этом графике по оси t отложены t 51 и 192.. Тогда ЛЕ на графиках ЛВСГ) и AE(t) имеет то же значение, а uE для t,j не соответствует значению uE(;,-так как физико- химические процессы, приведшие к величинам й.Е и ) разные. Однако в момент перехода с t, на t физико-химические процессы, характерные для t еще не прошли, значит погрешность термопреобразователя в момент будет соответствовать не АЕ(), а ДЕ . Чем ближе значения t, и t,j, тем короче промежуток времени & перехода из одного режима в другой, а чем больше отличаются t,, и tjj, тем дольше на характере дрейфа термопреобразователя сказывается предыстория термопреобразователя. Эти же факторы влияют и на скорость изменения дрейфа данного термопреобразователя, причем таким образом, что в начале и конце перехода с режима tg, на режим t указанная скорость незначительна (и близка нулю в моменты времени tT и С «), а посередине участка перехода она максимальна. Поэтому при прогнозировании дрейфа, приняв режим t, за исходящий, осуществляют гладкий переход на ре-- жим t,,, с помощью гладкой финитной основной функции (0 { с), использование которой удовлетворяет всем указанным свойствам перехода на режим

О() с..(-)

(1) 10

с y(&E.j - &Е );

- наперед выбранное исходя из практических соображений положительное число; J5 V - величина, определяемая следующим соотношением:

1, если uE дЕ,(г);

(2)

-1, если

(t),

Тогда искомое.выражение для скорректированного процесса (фиг. 3) имеет вид.

tiEj-o) +аз( гг), если It-t-j e

&E.( S-)

uE( t)5 если I C-Vl ,

(3)

функция йЕц( с) в точках ь -б и + + непрерьшно переходит в зависимость U Е() , а в точке йЕц( с) &Е,

Для нахо кдения 4Е в схеме (фиг. 1) предусмотрено три запоминающих блока 24, 25 и 26. Запоминающий блок 26 и

40

запоминающий блок 25 запоминают знаЛг

чения Т и t,, в момент воздействия сигнала с выхода формирователя 22 (при перехЬде с одного значения t, на другое). На основании о и t, (поступающие на запоминающие блоки 26 и.25)5 а также 192 (поступающее из измерительного преобразователя 3 текущее значение температуры) запоми- цающий блок 24 формирует на своем выВ запоминагацем

в виде набора значений, адрес которых состоит из

ходе значение АЕ блоке 24 ДЕ записано

трех компонент - б, t, , t

91

При

этом запоминающий блок 24 представляет собой запоминающий блок с произ- вольной выборкой. В дальнейшем блок 27 вычитания находит разницу лЕ - iEj, которая запоминается в запоми

0

5

0

5

0

0

5

0

5

нающем блоке 23 после окончания пересчета эквивалентного времени по сигналу триггера 16. Одновременно с ними второй формирователь при измене- НИИ температуры сбрасывает счетчик 28. Заполнение последнего происходит путем подсчета времени последействия режима tj, на дрейф термопреобразователя при переходе на режим t , т. е, на участке времени эксплуатации . Параметр V устанавливается равным -1 или 1 в зависимости от знака величины ( - Е) которая поступает с блока 27 вычитания на запоминающий блок 23 и на вход умножителя 31, После окончания пересчета эквивалентного времени на входы умножителя поступают оба сомножителя функции деформации кривой переходного процесса (I). Частота заполнения счетчика 28 и масштабы представления функцией 1/х, е , а также разрядности выходного кода запоминающего блока 23 выбраны таким образом, чтобы после перемножения в умножителе 31 значение выходного воздействия соответствовало требуемому значению кривой переходного процесса.

Блок 32 сравнения сравнивает значение выходного кода счетчика 28 с наперед заданным значением (поэтому на вход блока 32-поступает только один сигнал). Это заданное значение выбирается исходя из времени последействия одной температуры эксплуатации на характер процессов дрейфа при другой температуре эксплуатации. При уменьшении текущих значений функции С0( iT) до значений, меньших допустимой погрешности, ее формирование нецелесообразно, поэтому блок 32 это формирование прекращает. Так как время превышения функцией со(С) погрешности различно для р азличных условий (температур и времен эксплуатации), блок 32 настраивается на максимальное для выбранных температур и времен эксплуатации -значение времени. После заполнения счетчика до определенного значения, соответствующего выбору величины, блок 32 сравнения запрещает перемножение в блоке 31 и его выходное воздействие становится равным нулю. В дальнейшем коррекция осуществляется по кривой , t jl

Описанный перерасчет времени и напряжения коррекции повторяется вновь

и вновь при новом изменении температуры, чта позволяет, учитьшая пред историю процесса дрейфа ПЕТ 1, повысить точность коррекции погрешности ППТ 1.

В процессе измерения температуры информация об измеряемой температуре снимается с выходов измерительного преобразователя 3.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры по авт. св. № 851117, отличающееся тем, что, с цепью повьшения точности измерения температуры при ее изменении в широких пределах, в него введены дополнительный

блок сравнения, блок вычитания, четы-20 преобразователя и выходами пятого и

3776088

. формирователя, а выход через дополнительный блок сравнения и последовательно соединенные формирователь об- с ратной функции и формирователь экспоненты подключен соответственно к запрещающему и первому входам укшожи- теля, выход которого подключен к дополнительному входу сумматора, а вто10 рой вход соединен с выходом третьего запоминающего блока, управляющий i вход которого соединен с выходом триггера, а вход подключен к выходу блока вычитания, первый вход которого

5 соединен с выходом двойного интегратора, а второй вход подключен к выходу четвертого запоминающего блока, адресные входы которого соединены соответственно с выходом измерительного

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения повышение точности измерения темпера- туры при ее изменении в широких пределах. При измерении некоторой постоянной температуры сигнал из преобразователя 1 температуры через сумматор 2 поступает на измерительный преобразователь 3, с выхода которого через схему 4 задержки поступает на первый вход преобразователя 5, на второй вход которого поступает сигнал из счетчика 6 времени, соответствующий времени эксплуатации преоб - разователя 1 температуры. При изменении температуры по команде дифференциатора 21 формирователь 22 закрывает с помощью ключей 13 и 19 входы запоминающих блоков 14 и 20, сбрасывает интеграторы 11 и 12 и счетчик 10 импульсов, а также перебрасьшает триггер 16, которьй переключает ключ 9, и на счетчик 10 поступают импульсы высокой частоты. { На вход преобразователя 5 поступают новые значения температуры эксплуатации и ускоренно изменяющееся время. 3 ил. t:i (Л

ре запоминающих блока, умножитель, формирователь экспоненты, формирователь обратной функхщи и дополнительный счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом делителя, управля- ющий вход подключен к выходу второго

4

Фиг, 2

шестого запоминающих блоков, входы которых соединены соответственно с выходами схемы задержки и основного счетчика импульсов, а управляющие входы подключены к выходу второго формирователя.

4Е

фс/е.З

Екорр (т)