Устройство для измерения температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K7/02 

00

ак о со

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть применено в различных отраслях промышленности, «где требуется измерение температуры с повышенной точностью,

Цель изобретения - повьпаение точности измерения температуры путем автоматической коррекции индивидуальных погрешностей термоэлектрических преобразователей, обусловленных дрейфом градуировочных характеристик.

На фиг,1 приведена структурная схема устройства для контроля температуры; на фиг,2 - гипотетическое семейство фзгнкций, характеризующих , дрейф во времени термоэлектрических преобразователей в зависимости от температуры эксплуатации.

Устройство содержит термоэлектри- ческие преобразователи (ТП) 1.)... 1.п (число преобразователей п может быть любым), блок 2 ввода поправок, блок 3 управления (БУ), первый коммутатор 4, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 5, счетчики 6,1...6«п времени эксплуатации ТП, сумматор 7, первый, второй и третий цифроанапоговые преобразователи 8,9 и 10, второй коммутатор 11, аналого-. цифровой преобразователь (АЦП) 12, промежуточный преобразователь 13 и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14.

Устройство работает следуюрдим об- разом.

При включении термоэлектрических преобразователей 1 в процесс измерения температуры счетчики 6 времени эксплуатации ТП устанавливаются висход Ное состояние. Под воздействием блока 3 управления первый коммутатор 4 производит, поочередную подачу выходных сигналов термоэлектрических преобразователей 1 на вход сумматора 7, на двух других входах которого в начальный момент времени сигналы отсутствуют, т.е. они равны нулю. С выхода сумматора 7 сигнал термоэлег ктрического преобразователя, например 1.1, поступает на вхйд А1Щ 12, В это время БУ 3 вьфабйтывает сигнал Запуск АЦП, по которому АЦП 12 преобразует аналоговую величину в цифровой код. Индикация результата аналого- цифрового преобразования в этом случае погашена. Это достигается подачей на управляющий вход А1Щ 12 сигнала гашения индикации из БУ 3, С

выхода А1Щ 12 цифровой код поступает на адресные входы ПЗУ 14, на другие адресные входы которого с выхода промежуточного преобразователя 13 поступает код времени эксплуатации каждого конкретного ТП, который устанавливается вторым коммутатором 11 под действием управляющего сигнала с БУ 3, а на управляющий вход ПЗУ 14 с вьпсода БУ 3 поступает сигнал разрешения выборки.

В ПЗУ 14 хранятся значения поправок на ЭДС ТП в зависимости от тем-, пературы и времени эксплуатации, т,е, значение математических ожиданий погрешностей ТП от температуры и времени эксплуатации (математическая модель дрейфа). Значения выходного кода А1Щ. поступают, например, на старрже разряды адреса ПЗУ 14 и образуют строки с размещенными в них значениями поправок для конкретной температуры в зависимости от времени эксплуатации. В этом случае последовательное возрастание в течение времени эксплуатации младртх разрядов кода адреса под воздействием промежуточного преобразователя 13 вызывает последовательную выборку из ПЗУ 14 кодов поправок, корректирующих дрейф термо-ЭДС ТП 1 при данной температуре. Если температура и время эксплуатации разных ТП разные, то на вход стархпих разрядов адреса поступают . значения соответствующих температур, а на младшие - значения соответствующих времен. При этом на выходе ПЗУ 14 появляются разные значения поправок в зависимости от того, какое время и при какой температуре эксплуатируй ется данный ТП, По окончании аналого- цифрового преобразования АЦП 12 выдает на БУ 3 сигнал Конец измерения. При поступлении этого сигнала БУ 3 с задержкой на время, необходимое для получения суммарного коррек- .тирующего воздействия на входе сумматора 7 (т.е. с задержкой на время, необходимое для получения на выходах второго ЦДЛ 9 и третьего JJAn 10 поправок с jr4eTOM времени суммирования этих значений со значением аналогового сигнала ТП 1.1), вырабатывает снова сигнал Запуск АЦП. По этому сигналу АЦП 12 преобразует скорректированный аналоговый сигнал ТП 1,1 в цифровой код и выдает на БУ 3 сигнал Конец измерения. Одновременно с выдачей сигнала Запуск АЦП БУ 3 выдает на-управляющий вход АЦП 1 2 сигнал разрешения индикации, а на управляющий вход ПЗУ 14 - сигнал запрета выборки. После выдачи сигнала Конец измерения на цифровом табло АЦП 12 высвечивается истинное значение измеряемой температуры. БУ 3 должен производить двойной запуск АЦП 12: первый - для приблизительного определения температуры (для выборки поправок из ПЗУ 14), второй - для получения скорректированного результата преобразования, т.е. для получения истинного значения температуры.

Однако, кроме временного дрейфа, ТП имеют довольно значительный брос начальных градуировочных характеристик. Поэтому перед началом экс- плуатации необходимо поверить ТП при температуре его будур;ей эксплуатации и ввести код поправки с помощью блока 2 ввода поправок в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 5, При этом на разряда адреса ОЗУ 5 пот ступает номер канаЛа из БУ 3, а на вход - код поправки, В связи с этим начальный разброс градуировочных характеристик в какдом цикле преоб- разования и каждом канале корректируется кодом поправки, поступаю1чим из ОЗУ 5 на ЦАП 10, а затем в виде корректирзпощего напряжения - на сумматор 7.

С вьщачей сигнала выборки в ПЗУ 14 БУ 3 вырабатывает и выставляет на управляющие входы IWI 8,9.и .10 разрешаю1чие сигналы для осуществления цифроаналоговых преобразований

В ПЗУ 14 хранятся значения матема- тических ожиданий дрейфа ТП в условиях, моделирующих условия эксплуатации Однако существуют достаточно ощутимые индивидуальные различия в значе- ниях дрейфа у конкретных экземпляров ТП, которые возрастают при несоответствии эксплуатации условиям исследования дрейфа. Поэтому в устройстве предусмотрена возможность учета . индивидуального дрейфа ТП по резуль- .татам периодической поверки.

На фиг.2 представлено гипотетическое семейство функций, характери- зукЗщих дрейф во времени ТП в зависимости от эксплуатации (значения этих функций в определенные моменты времени хранятся в ПЗУ 14). Допустим, что ТП, эксплуатирующийся при те1 шератур

t э при поверке в момент времени б, имеет значение погрешности uE вместо записанного в ПЗУ 14 значения uE,. Это значит, что индивидуальный дрейф данного ТП с большой точностью можно описать функцией t , , проходящей через начало координат и точку (uE,; c,) и представляющую собой повернутую относительно начала координат функцшо tgi , Такой поворот осуществляется с помощью умножающего ЦАП 8. Характеристика преобразования ЦАП может быть записана в виде

Vn

к

К,

(1)

МО(КС

Ugyx - выходное напряжение ЦАП;

Vj, - опорное напряжение; - сумма всех степеней квантования;

N - степеней квантования соответствующая входному коду.

В умножающем ЦАЛ источник опорного напряжения отсутствует, вместо него на ЦАЛ 8 поступает выходное напряжение ЦАП 10. Характеристика преобразования сигнала блоками 1Щ1 8 и 10 может быть представлена в виде

и

N

N

uE

Nf

макс

10 N,,

(2)

ii voKC 8

где Ugjji g - выходное напряжение ЦАП 8;

NMO« ю и

К

макс 8

и

- суммы всех степеней квантования соответственно ЦАП 10 и 8; - поступающ1-ш на вход ЦАП

10 и ПЗУ 14 код поправки; Ng - код индивидуальной коррекции, поступающий из ОЗУ 5. ЦАП 8 соответствует выходвыи g

ному напряжению ЦАП Ю, умноженному на коэффициент ,.. Этот коэфЭ КС о

фицйент и приводит усредненную кри- вую к индивидуальной t , . Для этого после поверки ТП 1 рассчитыват- ется необходимое значение Nj, которое заносится с помощью блока 2 ввода по- правок в ОЗУ 5. Для создания возможности прохолсдения кривой t, вьшш tj, номинальное значение N (соответствующее типовому дрейфу) выбирается меньше g например N 0,5 а соответствующее деление выходного напряжения ЦАП 10

компенсируется или увеличением V в НАЛ 10, или записью в ПЗУ 14 соответствующего увеличенного кода N р. Таким образом, в устройстве осуществляется индивидуальная коррекция погрешностей начального разброса и дрейфа ТП, которые эксплуатируются при разных температурах, причем корректирующая функция может быть уточ- иена по результатам поверки ТП,

Устройство может быть реализовано на основе стандартных блоков и элементов.

Фпрмула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержшчее термоэлектрические преобразователи в первьй коз утатор, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом сумматора а выход подключен к первому входу постоянного запоминающего устройства, второй коммутатор, входы которого соединены с выходами счетчиков эксплуатации термоэлектрических преобразователей, а выход через промежуточный преобра;зователь подклю чен к второму входу постоянного запоминающего устройства, выход которого соединен с входом первого цифроана- логового преобразователя, блок управления, первый и второй выходы кото- рого соответственно соединены с управляющими входами коммутаторов и

аналого-цифрового преобразователя, управляющий выход которого соединен с входом блока управления, о т л и - ч а ю.щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем автоматической коррекции индивидуальных погрешностей термоэлектрических преобразователей, обусловленных дрейфом градуировочных характеристик в него введены блок ввода поправок, второй и трет.ий ид фроаналоговые преобразователи и оперативное запоминающее устройство, адресный вход которого подключен к третьему выходу |блока управления, информа1щонный вход соединен с выходом блока ввода поправок, а выходы подключены соответственно к входам второго и третьего цифроаналоговых преобразователей управляю1 1ие входы которых соединены соответственно с четвертым и пятым выходами, блока управления, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого коммутатора, входы которого соединены с термоэлектрическими преобразователями, при этом выход первого 1щфроаналогового преобразователя подключен к входу опорного напряжения второго цифроаналогового преобразователя, а управляющий вход соединен с шестым выходом блока управления, седьмой выход которого соединен с управляющим входом постоянного запоминающего устройства.

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повъппение точности измерения температуры. Устройство содержит термоэлектрические преобразователи 1.1 .,.1,п, блок 3 управления, коммутаторы 4 и 11, аналого-цифровой преобразователь 12, Счетчики 6.1...6.п, сумматор 7, преобразователь 13, стоянное запоминающее устр-во 14. Введение блока 2 ввода поправок, оперативного запоминающего устр-ва 5, цифроаналоговых преобразователей 8- 10 и образование новых связей между элементами устр-ва позволяет производить автоматическую коррекцию индивидуальных погрешностей термоэлектрических преобразователей 1.1...l.n, обусловленную дрейфом градуировочных характеристик. 2 ил. с S (Л

фиг. 2