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

4 СО

со

ел

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерения путем снижения погрешности измерения, вызванной отличием условий теплообмена термопреобразователя с образцовой поверхностью при настройке устройства от условий теплообмена этого термопреобразователя с поверхностью объекта контроля в процессе эксплуатации. Устройство содержит три управляемых генератора тока, нагреватель, программно-логический блок, коммутатор, два фильтра, два аналого-цифровых преобразователя и блок управления. 2 ил.

to

Изобретение относится к термометрии, может найти применение в системах контроля и регулирования температуры поверхности твердых тел, а также пристенных слоев жидких и газообразных сред.

По основному авт. св. № 1268968 известно устройство для измерения температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента закрепленный на тепловос- принимающей пластине первый транзистор, база которого подключена к общей шине устройства, а коллектор и эмиттер подключены к выходу первого управляемого генератора тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом тактового генератора, второй выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, вход которого через усилитель переменного напряжения подключен к эмиттеру транзистора, последовательно соединенные фильтр, аналого-цифровой преобразователь, цифровой индикатор, второй транзистор, закреп- чеиный над первым транзистором, второй управляемый генератор тока, усилитель постоянного тока.и сумматор, выход которого подключен к входу фильтра, а входы соответственно соединены с выходом синхронного детектора и выходом усилителя постоянного тока, вхОлТ, которого подключен к эмиттерам транзисторов и первому выходу второго управляемого генератора тока, управляющий вход которого соединен с вторым выходом тактового генератора, а второй выход подключен к коллектору второго транзистора, база которого соединена с общей шиной устройства 1.

Цель изоб1)етения - повыщение точности измерения путем снижения погрещности измерения, вызнзанной отличием условий теплообмена термопреобразователя с образцовой поверхностью при настройке устройства от условий теплообмена этого термопреобразователя с поверхностью объекта контроля в процессе эксплуатации.

На фиг. I представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - блок управления.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы, которые являются термочувствительными элементами, нагреватель 3, расположенный над вторым транзистором 2. первый 4 и второй 5 генераторы тока, тактовый генератор 6, усилитель 7 постоянного тока, усилитель 8 переменного напряжения (тока) синхронный детектор 9, сумматор 10, первый фильтр 11, первый аналого-цифровой преобразователь 12, индикатор 13, коммутатор 14, второй фильтр 15, второй аналого- цифровой преобразователь 16, программно- логический блок 17, блок 18 управления и третий управляемый генератор 19 тока.

Программно-логический блок 17 содержит микро-ЭВМ, включающую центральный

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

процессор, оперативную память и постоянную память для хранения программы, связанные через информационную магистраль типа О - шина (не показаны).

Блок управления может быть выполнен, например, по схеме, приведенной на фиг. 2. Он включает в себя селектор 20 адреса, к которому подключены регистр 21 состояния и регистр 22 данных второго аналого-цифрового преобразователя, регистр 23 данных коммутатора, регистр 24 данных усилителя переменного напряжения и регистр 25 данных управляемого генератора 19 тока, причем все эти узлы соединены с информационной магистралью програм.мно-логического блока 17.

Устройство работает следующим образом.

При соприкосновении тепловосприни.маю- щей поверхности термопреобразователя -с поверхностью объекта контроля, температура которой Т„, сигналы на выходах усилителей постоянного тока 7 (U) и переменного напряжения 8 Т (U) становятся пропорциональны средней температуре транзисторов 1 и 2 и разности их температур (ЛТ)

U, KiS(Tn-uT,-дТ,-0,5лТз); (1) ,SdT,, (3)

где лТ, - искажение температурного поля в месте контакта тер.мопреобра- зователя с поверхностью объекта контроля;

дТг - перепад температуры на тепловом сопротивлении между поверхностью объекта контроля и транзистором 1;

5 -чувствительность к температуре прямого напряжения на переходах база-эмиттер транзисторов 1 и 2;.

KuKt,-коэффициенты усиления сигналов по трактам усилителей постоянного тока 7 и переменного напряжения 8 соответственно. Выходной сигнал после сумматора 10 при этом равен и-вых U, + Ui.

Коэффициент К, устанавливается один раз при настройке устройства следующим образом.

Термопреобразователь устройства помещается в термостат с температурой теплоносителя Т„ (при этом выполняется условие, что весь объем термопреобразователя прогрет одинаково, тогда ДТ, дТг ДТз 0) и изменением коэффициента усиления (корректировки KJ усилителя 7 постоянного тока добиваются равенства выходного напряжения УВЫХ усилителя 7 постоянного тока сигналу Uu, пропорциональному температуре теплоносителя „.

Коэффициент Кг определяется в следующей последовательности.

При. включении устройства программно- логический блок 17 через блок 18 управления отключает управляемый генератор 19 тока, устанавливает максимальный коэффициент усиления усилителя 8 переменного напряжения KI и переключает коммутатор 14 в состояние, при котором на вход Второго аналого-цифрового преобразователя 16 проходит сигнал с выхода усилителя 7 постоянного тока. Затем программно-логический блок 17 через блок 18 управления производит пуск второго аналого-цифрового преобразователя 16 и по окончании преобразо- ания считывает и запоминает информацию а его выхода, пропорциональную сигналу U,. После этого программно-логический блок 17 переключает коммутатор 14 в состояние, при котором на вход второго аналого-цифрового преобразователя 16 проходит сигнал с выхода синхронного детектора 9 и происходит преобразование, считывание.и запоминание информации, пропорциональной сигналу Uj, . Затем программно-логический блок 17 через блок 18 управления и третий управляемый генератор 19 тока задает ток через нагреватель 3.

После окончания переходных процессов аналогично описанному происходят преобразование, считывание и запоминание информации, пропорциональной сигналу U,, поступающему с выхода усилителя 8 переменного напряжения. Значение U зависит от величины теплового потока по корпусу термопреобразователя от перегретой относительно окружающей среды (воздуха) поверхности объекта контроля и мощности, выделяемой нагревателем 3. При мощности нагревателя 3, превыщающей мощность теплового потока, по корпусу термопреобразователя от поверхности объекта контроля указанный тепловой поток направляется от нагревателя 3 к поверхности объекта тепловой поток направляется от нагревателя 3 к поверхности объекта контроля, т.е. U имеет противоположный знак по отнощению к U. В программно-логическом блоке 17 происходит сравнение по модулю сигналов Ua и Uj. По результату этого сравнения программно-логический блок 17 через блок 18 управления и третий управляемый генератор 19 тока изменяет ток через нагреватель 3 так, что уменьщает -величину (Uj) - (U). Эти действия продолжаются до тех пор, пока не выполняется условие (Uj) - (и.), где - величина, определяемая требуемой точностью измерения. Для более быстрого выполнения указанного условия целесообразно для расчета тока через нагреватель 3 использовать, например, метод половинного деления.

При выполнении условия (U) - (U) е напряжения на выходах усилителя 7 постоянного тока и усилителя 8 переменного напряжения соответственно равны

и К. S (Тп + д Т + + 0,5 дТз), (3)

,5.(4)

Так как тепловые потоки по корпусу термопреобразователя от поверхности объекта контроля к отключенному нагревателю 3 и от включенного нагревателя 3 к объект-у контроля равны (выполняется условие (U) л п --(Uf), то и выполняются УСЛОВИЯ Д

х-Т И ЛТ АТ

«1, и U1 г я:д1 J.

На основании описанного получают и 8ъ,х V 0,5К,5Т„ 0,5(U, + иТ) - и, + Кш5аТз,(5)

где Kio - оптимальное значение коэффи- циента усиления усилителя 8 переменного напряжения, при котором выходной сигнал LU-bix устройства пропорционален температуре поверхности объекта контроля Тп, т.е. равен UTJ. 0 Из выражения (5) следует, что

Кго (иТ-и,)(25дТ,Г ,(6)

а так как

и, Кг5дТ,, то

25

Кго 0,.,)U .

(7)

Для расчета оптимального значения коэффициента усиления Кго программно-логический блок 17 через блок 18 управления, не изменяя тока через нагреватель 3, переключает коммутатор 14 в состояние, при котором на вход второго аналого-цифрового преобразователя 16 проходит сигнал с выхода усилителя 7 постоянного тока и проис.ходит преобразование, считывание и запоминание информации пропорциональной сигналу U .

По запомненным значениям Кг Ь 1, Ut. Ui программно-логический блок 17 рассчитывает значение коэффициента и через блок 18 управления устанавливает коэффициент усиления усилителя 8 переменного напряжения

равным этому значению. Таким образом устраняется погрешность, обусловленная искажением температурного поля объекта контроля.

45

Формула изобретения

Устройство для измерения те.мпературы по авт. св. № 1268968, отличающееся тем. что, с целью повыщения точности измерения температуры, в него введены третий

управляемый генератор тока, нагревате.ть, программно-логический блок и последовательно включенные коммутатор, второй фильтр, второй аналого-цифровой преобразователь и блок управления, соединенный с программно-логическим блоком и управ,.м входами коммутатора, второго аналого-цифрового преобразователя, усилителя переменного напряжения и третьего управляемого генератора тока, к выходу которого

1432345 56

подключен нагреватель, расположенный надс выходом усилителя постоянного тока, а

вторым транзистором термопреобразователя,второй вход подключен к выходу синхронпри этой первый вход коммутатора соединенного детектора.

fe./