Устройство для измерения высоких стационарных температур Советский патент 1988 года по МПК G01K7/02 

(Л

с

fc

I

1

ND

со

00

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит термопреобразователь 1, усилитель 2, блок 3 сравнения, аналог 4 термопреобразователя. Ключи 5 и 8, источник 6 опорного напряжения, усилитель 7 с кодоуправляемым коэффициентом усиления, генератор 8, счетчик 10 импульсов, блок И цифровой индикации, блок 12 управления. Введение задат- чика 13 числа, регистра 14 последовательных приближений, резисторов 16.1,...,16.п с ключами 17.1,...,17п и образование, новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить погрешность, вызванную изменением показателя тепловой инерции термопреобразователя 1. 1 ил.

; Изобретение относится к температурным Измерениям, а именно к устройствам для |измерения высоких стационарных темпе- jpaTyp с помощью термопреобразователей с |верхним пределом измерения, меньшим тем- пературы измерения.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерения путем уменьшения погрешности, вызванной изменением показателя тепловой инерции термопреобразователя. На чертеже приведена блок-схема устрой- тва для измерения высоких стационарных температур.

Устройство содержит термопреобразователь 1, усилитель 2, блок 3 сравнения, электрический аналог термопреобразователя 4, первый ключ 5, источник 6 опорного напряжения, усилитель 7 с кодоуправля- емым коэффициентом усиления, генератор 8 счетных импульсов, второй ключ 9, счетчик 10 импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами кодоуправ- ляемого усилителя 7 и с входом блока 11 цифровой индикации, блок 12 управления, вход которого связан с термопреобразовате- |лем 1, один выход - с управляющим входом первого ключа 5, другой выход - с I управляющим входом второго ключа 9, чет- I вертый выход - с выходом задатчика 13 числа, выход которого соединен со счетчиком 10 импульсов, а третий выход - с одним входом регистра 14 последовательных приближений, другой вход которого соединен с выходом блока сравнения, а выход - с управляющими входами ключей параллельно включенных резисторов электрического аналога термопреобразователя.

Электрический аналог преобразователя 4 включает в себя конденсатор 15 и резисторы 16, 16.1,...,16.п, с дополнительными ключами 17.1,...,17.п, управляемыми сигналами с выходов триггеров, входящих в состав регистра 14 последовательных приближений (не показаны). Кодоуправляемый усилитель 7 включает в себя операционный усилитель 18, резистор 19 обратной связи с сопротивлением Roc и входные резисторы 20.1,...,20.п.

Устройство работает следующим образом.

Как известно, показатель тепловой инерции является величиной непостоянной и зависит от условий теплообмена, а также из меняется вследствие эксплуатации. Следовательно, в устройстве должна быть предусмотрена подстройка постоянной времени электрического аналога термопреобразователя под значение показателя тепловой инерции термопреобразователя.

Постоянная времени аналога термопреобразователя определяется

Тэ C Ra6,

где С - емкость конденсатора аналога; Ra6 -сопротивление между точками а-б, определяемое постоянно включенньш резистором ми Ri.

1

Ro и Ra6 -i--. ga6

+

л

5

5

где go 1/Ro; gi 1/R,; m n.

Подстройка постоянной времени аналога осуществляется в результате ряда повторных погружений термопреобразователя из 0 среды с исходной температурой во в среду с известной температурой ви, которой соответствует выходной сигнал термопреобра- зователяии.

На первый вход блока 3 сравнения в режиме подстройки поступает сигнал

U,(t)Ki(UK-Uo)(l-e- /), где Ki - коэффициент усиления усилителя 2; Uo - значение выходного сигнала термопреобразователя, соответствую- 0щее температуре во;

т - постоянная времени (показатель тепловой инерции термопреобразователя) ;

t - текущее время. В счетчик 10 импульсов с помощью задатчика 13 числа, который представляет собой набор переключателей, с помощью которых на установочные входы счетчика 10 подаются потенциалы, соответствующие нулю или единице, запи сывается определен- п ное число Nn, которое выбирается из соотношения:

KI(UH-UO) Roc gN«UK; где UK - выходное напряжение источника

опорного напряжения 5; Roc - сопротивление в цепи обратной связи усилителя 7;

J

gN«45

50

RBX-входное сопротивление на входе 40усилителя 7;

g - единичная проводимость на входе усилителя.

При этом Ro g Nn К2 const - коэффициент усиления усилителя 7.

На второй вход блока 3 сравнения поступает сигнал

U2(t)K2UK (l-e- / ).

При каждом переносе термопреобразователя из среды с температурой вь в среду с температурой Ви с помощью регистра 14 последовательного приближения включаются очередные резисторы 17..i (i 1...п).

Полярность сигнала на выходе блока 3 сравнения зависит от знака разности сигналов на его входах, Сигнал от блока 3 сравнения принимается регистром 14 последова- 55 тельного приближения по команде от блока 12 управления. При переборе значений Rj, часть из которых оказывается включенными, а часть отключенными, сигналы на входах блока сравнения станут равными, тогда KI(UH-UO) (l-e- /)Rocg Ы„ик(1-е- / т.е. 1- , а тэ т С Ra6.

Устройство готово к измерению, при этом постоянная времени аналога равна показателю тепловой инерции.

В режиме измерение низкотемпературный термопреобразователь переносится из среды с температурой во в среду с температурой вх. Выходной сигнал термопреобразова- теля изменяется во времени по закону

и(t) Uo+ (Ux-Uo) (1-ё), где Ux - напряжение на выходе термопреобразователя, соответствующее температуре вх.

В усилителе 2 происходит вычитание напряжения постоянного смещения Uo и усиление сигнала термопреобразователя. На вход блока 3 сравнения поступает напряжение

Ui(t.)Ki(UK-Uo)(.

В момент касания термопреобразователем 1 среды измерения на блок 12 управления поступает сигнал запуска, реализация которого может быть осуществлена, например, путем замыкания цепи блок уп- равления-термопреобразователь - электропроводная среда измерения (например металл) - земляная щина. Блок уцравлеУстройство для измерения высоких стационарных температур, содержащее термопреобразователь, подключенный к входу усилителя, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом усилителя с кодоуправляемым коэффициентом усиления, управляющие входы которого подключены 25 к выходу счетчика и.мпульсов, соединенному с блоком индикации, а вход соединен с выходом электрического аналога термопреобразователя, состоящего , из последовательно включенных постоянного резистора и конденсатора, источник опорного напряже5ifi r jn/itn -a iwiJCi. fis ivy nrir jiiwi /n iV7 nciti L/л лл. „и через промежуток 30 „ия, выход которого через первый ключ,

ппЛАДаии Г,ГШС nci палмг П/ ПОУЛ ТТСТГЛиС-ТИ ГЧОМЛЛ- ггг

времени, определяемый дорегулярным режимом термопреобразователя, замыкает ключ 9 для прохождения импульсов с генератора 8 счетных импульсов на счетчик 10. При замыкании ключа 5 происходит заряд конденсатора электрического аналога преобразователя по закону

Ua(t) UK(I-е- / )

На второй вход блока сравнения 3 поступает сигнал

U2(t) K2UK(1-е-).

При замыкании ключа 9 коэффициент усиления усилителя 7 начинает изменяться

К2 RocGy Roc 2 a;g RocgN,

где Gy - сумма проводимостей резисторов, подключаемых ко входу усилителя с помощью счетчика; а, - весовой коэффициент i-ой проводимости;

управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, подключен к электрическому аналогу термопреобразователя, второй ключ, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов.

N

выходной код счетчика, соответтермо- 35 первый управляющий вход подключен к выходу блока сравнения, выход соединен с входом счетчика импульсов, а второй управляющий вход подключен к второму выходу блока управления, вход которого

дп связан с термопреобразователем, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения, в него введены задатчик числа, регистр последовательных приближений, дополнительные ключи и группа параллельно включенных посредством дополнительных

45 ключей резисторов, подключенная к выводам постоянного резистора электрического аналога термопреобразователя, причем управляющие входы дополнительных ключей соединены с выходами регистра последовательных приближений, первый вход которого

ствующии числу импульсов, про- 50 соединен с выходом блока сравнения, а упKI(UK-Uo)(l-e- /) R,cgNUK(

откуда при тэ т (ik

-Uo)

10

15

gRocUK

т.е. прямо пропорционально разности измеряемой и исходной температур.

Введя в блок цифровой индикации смещение на известную исходную температуру вь, получают показание измеряемой температуры

N Квк

Формула изобретения

20

Устройство для измерения высоких стационарных температур, содержащее термопреобразователь, подключенный к входу усилителя, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом усилителя с кодоуправляемым коэффициентом усиления, управляющие входы которого подключены 25 к выходу счетчика и.мпульсов, соединенному с блоком индикации, а вход соединен с выходом электрического аналога термопреобразователя, состоящего , из последовательно включенных постоянного резистора и конденсатора, источник опорного напряжеifi r jn/itn -a iwiJCi. fis ivy nrir jiiwi /n iV7 nciti L/л лл. 30 „ия, выход которого через первый ключ,

управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, подключен к электрическому аналогу термопреобразователя, второй ключ, вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов.

первый управляющий вход подключен к выходу блока сравнения, выход соединен с входом счетчика импульсов, а второй управляющий вход подключен к второму выходу блока управления, вход которого