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

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно к устройствам для измерения температур с компенсацией погрешности термоэлек трическйх преобразователей (ТП), обусловленной дрейфом их характерио,- тик преобразования с течением времени, и может найти применение в различных отраслях промьппленности, где требуется высокая точность измерения температуры.

Цель изобретения - упрощение устройства и повьшение его надежности путем исключения из его состава вы- числительного устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема устройстваj на фиг.2 - зависимость погрешности измерения ТП от времени эксплуатации при различных температурах.

Устройство для измерения температуры содержит термоэлектрические преобразователи 1, первый коммутатор 2, сумматор 3, цифроаналоговый пре- образователь (ЦАП) 4, блок 5 памяти, второй коммутатор 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, блок 8 управления, счетчики 9 индивидуального учета времени эксплуатации термоэлектрических преобразователей (ТЦ), трехвходовые элементы И 10, функциональньш преобразователь 11, блок 12 индикации, формирователь 13 временных интервалов и управляемый генератор 14 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Для того, чтобы обеспечить компенсацию погрешности ТП, обусловлен- ной дрейфом их характеристики преобразования (ХП) под действием постоянной высокой температуры в течение времени эксплуатации, необходимо читьгоать температуру, при которой эксплуатируется ТП, а также время, в течение которого ТП при этой температуре находится. Однако это весьма усложняет устройство. Как по- казьшают расчеты и оценки, вместо измерения полного времени нахождения ТП при выосокой температуре можно воспользоваться некоторым условным (эквивалентным) временем эксплуатации. Значение этого условного времени индивидуально для каждого термопреобразователя. Условность времени определяется тем, что его

значение может нарастать быстрее физического времени (в области температур, в которой ТП дрейфует быстрее, чем при -некоторой температуре, взятой за основу) или медленнее физического времени (в области температур, в которой ТП дрейфует медленнее, чем при температуре, взятой за основу).

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени, когда под управляющим воздействием блока 8 управления первый коммутатор 2 устанавливается в положение, соответствующее подключенному ТП 1, ЦДЛ 4 находится в положении, соответствующем нулевому выходному напряжению, а счетчики индивидуального учета времени эксплуатации ТП 9 нахо дятся в исходном (нулевом) состояний Второй коммутатор 6 к CBoei-iy вьтходу подключает соответствующий подключенному i-му ТП 1 счетчик индивидуального учета времени эксплуатации ТП 9. АЦП 7 по сигналу Запуск блока 8 управления преобразует выходной сигнал i-ro ТП 1, которьш через первый коммутатор 2 и тор 3 поступает на его вход, в цифровой код и вьщает в блок 8 управления сигнал Конец преобразования. Блок 8 управления в первом цикле работы запрещает прохождение измерительной информации на блок 12 индикации. Цифровой код-с выхода АЦП 7 поступает на управляемьй генератор 14 импульсов, изменяя его частоту в соответствии с законом изменения наклона функции временного дрейфа ХП ТП от температуры. В это же время (по сигналу Конец преобразования) блок 8 управления (с задержкой, необходимой для окончания переходных процессов в управляемом генераторе 14 импульсов)разрещает работу формирователю 13 временных интервалов, который разрешает прохоясдение в течение определенного времени импульсо через схемы И 10 на счетчик индивидуального учета времени эксплуатации ТП 9 соответствующего i-ro ТП 1, Код состояния счетчика 9 индивидуального учета времени эксплуатации ТП подключенного i-ro ТП 1 через второй коммутатор 6 поступает на ад- ресньш блок 5 памяти и производит

выборку соответствующего значения кода напряжения, который преобразуеся ЦАП 4 в аналоговый сигнал и поступает на второй код сумматора 3. В сумматоре 3 нескорректированный аналоговый сигнал i-ro ТП 1 суг мируетс с поправкой, поступающей с выхода ЦАП 4, и на входе АЦП 7 имеется скорректированный аналоговый сигнал i-ro ТП 1 относительно временного дрейфа ХП ТП в зависимости от температуры. По сигналу Запуск, поступающему с блока 8 управления, происходит повторный запуск А11П 7 и преобразоьанный в цифровой код сигнал поступает на вход функционального преобразователя 1, где осуществляется его линеаризация. На основании сигнала Конец преобразования, поступающего из АЦП 7, блок 8 управления разрешает блоку 12 индикации принять с выхода функционального преобразователя 11 код истинного значения температуры и преобразовать его в удобную форму для восприятия оператором.

Аналогично происходит измерение температуры и по всем другим п-кана- лам устройства,

.Частота импульсов генератора 14 должна изменяться относительно некоторого значения, принятого за основу, в той же пропорции, в которой изменяется скорость дрейфа ТП по отнощению к принятому за основу значению. Пусть дрейф ТП (например, градуировки ПРЗО/6) при работе в диапазоне температур БОО-ЭСО С за время эксплуатации до 6000 ч изменяется согласно графикам, представленным на фиг.2. Примем за основу кривую дрейфа, соответствующую температуре эксплуатации 500°С. Примем, что допустимая погрешности дискретности корректирукидего воздействия не должна превьппать ±0,5°С. Анализируй кривую погрещности ТП при 500°С, можно сделать вьшод, что корректирующее воздействие с требуемой дискретностью можно получить, изменяя выбираемую ячейку блока памяти через 250 ч эксплуатации ТП при этой температуре. Значения погрешности ТП 23t при этом соответствуют ряду.

Значения температур поправок из этого ряда должны быть переведены в термо-ЭДС ТП и записаны в блок 5

6491

памяти. Погрешности ТП при других температурах будут cкo meнcиpoвaны ускоренным течением условного времени при соответствующих температурах Приняв за основу середину диапазона времени эксплуатации, получим следующую характеристику преобразования управляемого генератора 14 (исходя 10 из увеличения погрешности при соответствующих температурах)

500°С - fo

600°С - 1,3-fo

700°С - 1,4-fo

15

800°С - 1,6-f - 1,8-f.

где fj, - частота,принятая за основу. Длительность импульса S„ , форми-- руемая формирователем 13, емкость

счетчиков 9, частота fo генератора 14, принятая за основу, количество ячеек N „ блока 5 памяти, период Т опроса каналов устройства и срок эксплуатации ТП L связаны соотношением :„ о

Для времени эксплуатации 6000 ч, периода спроса 1 мин, длительности импульса формирователя 1 с и количество ячеек блока 25 памяти получим

частоту генератора 14, принятую за основу 15 кГц.

Блок 8 управления может быть выполнен в виде распределителя импульсов, формирукщего на своих выходах

управляющие сигналы в соответствии с алгоритмом работы устройства.

Для сохранения кода в счетчиках 9 в процессе всего времени эксплу- атации ТП они должны иметь автономное (батарейное) питание на все время эксплуатации ТП.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрические преобразователи, подключенные к входам первого коммутатора, сумматор, аналог о-цифровой преобразователь,

блок индикации, второй коммутатор, входы которого соединены с выходами счетчиков индивидуального учета времени эксплуатации термоэлектрических преобразователей, отличающ е е с я тем, что, с целью упрощения и повьппения надежности устройства, в него введены цифроаналоговый преобразователь, формирователь временных интервалов управляемый генератор, функциональный преобразователь, трехвходовые элементы И, блок управления и блок памяти, адресные входы которого соединены с выходами второго коммутатора, а выходы подключены к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом сум1«1атора, второй вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соедине с управляющим входом управляемого ген ератора и через функциональный преобразователь подключен к входу блока индикации, при этом выходы трехвходовых элементов И соединены

соответственно с входами счетчиков индивидуального -учета времени эксплуатации термоэлектрических преобразователей, первые входы соединены с выходом управляемого генератора, вторые входы подключены к выходу формирователя временных интервалов, а третьи входы соединены с управляющими входами коммутаторов и подключены к первому выходу блока управления, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами формирователя временных интервалов, блока индикации и аналого-цифрового преобразователя, выход Конец преобразования которого соединен с входом блока управления.

At .C

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно устройствам для измерения температуры с компенсацией погрешности термоэлектрических преобразователей (ТП), обусловленной дрейфом их характерисФае 1 тик преобразования с течением времени. Целью изобретения является упрощение и повышение надежности устройства. Код с выхода АЦП 7 поступает на управляемый генератор импульсов 14, изменяя его частоту в соответствии с законом изменения наклона функции временного дрейфа, характеристики преобразования ТП от температуры. Импульсы с выхода генератора 14 в течение интервала времени, задаваемого формирователем временных интервалов 13, поступают через трехвхо- довые элементы 10 И на входы счетчиков 9 индивидуального учета времени эксплуатации термоэлектрических преобразователей. По сигналам с выходов счетчиков 9, поступающим через второй коммутатор 6 на блок 5 памяти, цифроаналоговый преобразователь.4 формирует сигнал коррекции, поступающий на вход сумматора 3. 2 ил. /У (Л 4 2 Ф

11

ю

г

SCO woo гдоо

ТОО С 600 с

3000 ООО

Фие.2

6000 г,час