Многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием измерительных каналов Советский патент 1988 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к области температурных измерений, может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется доста- Точно длительное измерение температуры с повышенной точностью, и ется усовершенствованием устройства по авт.св. № 1170292.

Целью изобретения является новы- шение помехозащищенности и надежности работы устройства.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит термозлектри-- ческие преобразователи (ТП) 1 со встроенными калибраторами, выходы которых через входной коммутатор 2 подключены к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 3, первый сум- матор 4, второй сумматор 5, блок 6 эталонных напряжений, распределитель 7, -блок 8 управления, блок 9 аппроксимации погрешностей, блок 10 памяти ключ 11, блок 12 анализа, коммутатор 13, счетчик 14 каналов, первый 15, второй 16 и третий 17 переключатели, первый 18 и второй 19 умножители, квадратор 20, блок 21 индикации, блок 22 задержки, третий сумматор 23 блок 24 запрета, компаратор 25 кодов, первый дополнительный ключ 26, триггер 27, счетчик 28 сбоев, второй дополнительный ключ 29.

Калибраторы, встроенные в защитные чехлы ТП, содержат три плавкие вставки и обеспечивают формирование в зоне рабочего спая трех различных и точно известных температур Т1, Т2 и ТЗ с продолжительностью постоянств температуры 20-40 с. В блоке 6 эталонных напряжений записаны в двоичном коде числа, соответствующие стандартным значениям термо-ЭДС ТП при ;гемпературах Т1, 12 и ТЗ.

Устройство работает следующим образом.

В режиме Калибрование оператор путем задания соответствующей установки регулирования переводит объекты, на которых калибруются ТП, в режим нагрева или охлаждения. Этот pt- жим может быть совмещен, например, с Выходом объекта на технологический режим.. Допустим, что система имеет п-каналов, а калибруется первый канал. Выходной сигнал первого ТП через коммутатор 2 поступает на вход

0

5 0 5

5

0

5

0

5

A1JJI 3, с выхода, которого сигнал температуры в двоичном коде через переключатель 15 поступает на вход сумматора 4. На второй вход сумматора 4 через переключатель 16 и распредели-, тель 7 из блока 10 памяти поступает нулевой сигнал. Информация, поступающая из блока 10 памяти и блока 6 эталонных напряжений, по команде с блока 8 управления может подвергаться инвертированию таким образом, чтобы на выходе сумматора 4 значение выходного кода равнялось разнице напряжений ТП в предьздущем и в настоящем измерениях. Сигнал этой разницы поступает на входы сумматора 23, блока 22 задержки и переключателя 17. На второй вход сумматора 23 из блока 10 через распределитель поступает значение максимально допус-, тимой разницы напряжений. Если . сигнал разницы напряжений меньше сигнала максимально допустимой разницы напряжений, то на выходе компаратора 25 кодов появляется сигнал блоку 24 запретаJ разрешающий подачу разницы напряжений через переключатель 17 на вход блока 12 анализа. Этот блок представляет собой логическое устройство с синхронизируемым и рабочим входами и двумя выходами.. При поступлении положительного или отрицательного (в случае охлаждения) сигнала на рабочий вход сигнал управления формируется на выходе блока 12 анализа, соединенного с управляющим входом ключа 11. Если же при подаче на синхронизирующий вход блока 12 анализа с выхода блока 8 управления команды, разрешающий прием информации, на рабочий вход поступает сигнал логического нуля, сигнал вырабатывается на выходе блока 12 анализа, соединенного с входом коммутатора 13. В первом случае вьфа- батьгоается сигнал управления ключом 11 и сигнал текущей температуры записывается в соответствующей ячейке блока 10 памяти. После прохождения полного цикла опроса каналов системы сигнал текущей температуры вновь поступает на вход сумматора 4, На другой вход сумматора 4 поступает сигнал температуры в предьщущем цикле. Так как этот сигнал инвертируется, то на блок 12 анализа поступает разность сигналов и формируется

31

камаида управления ключом 11, в блок 10 памяти записывается новое значение температуры а старое стирается.

При плавлении первой плавкой ставки калибратора при температуре Т1 температура рабочего конца калиб- РуЪмого ТП остается постоянной и сиг налы температур двух циклов совпа- дают. Тогда сигнал совпадения с блока 12 анализа через коммутатор 13 поступает на вход интегрирующего счетчика 14 первого канала. Если это процесс повторяется для калибруемого канала до заполнения счетчика 14, в блок управления поступает команда начала калибрования. Тогда на вход сумматора 4 через переключатель 16 и распределитель 7 из блока эталонных напряжений поступает сигнал, соответствующий стандартной ЭДС ТП при температуре Т1, Разность сигналов текущей температуры каналов и действительной температуры плавления встав- ки калибратора Т1 через переключатель 17 и распределитель 7 записывается в блок памяти. Это число соответствует погрешности 3t ТП при температуре Т1,

Аналогично формируются и записываются в блоке 10 памяти погрешности -at и Л tj при температурах Т2 и ТЗ для всех калибруемых каналов ТП. Да- лее сигналы соответствующие 4t, zJtj из блока памяти через распределитель 7 поступают на входы блока 9 аппроксимации погрешности. Этот блок является специализированны решающим устройством для определения коэффициентов а,,, а, и а системы трех уравнений вида

а,+ ,) /3t,; ао+ a,j(Tj)2 j ; ао+ а,Тз+ a,(Tj)2 щ.

При поступлении на входы блока сигналов ut, ut dt3 на его выходах формируются сигналы, соответствующие а, а , а 2, которые через распределитель 7 запоминаются в бло 6 эталонных напряжений. По времени процесс определения коэффициентов Hjj, а,, а. для одних каналов совпадает с определением а, а, а для

5 0 5 0

g 0

5

0

5

92 1 других. После того как в блоке эталонных напряжений запомнились сигналы, .соответствующие а, а, а, для всех калибруемых каналов режим Калибрование закончен.

Воздействие сильных импульсных помех может вызвать одиночные или ряд последовательных сбоев при измерении термо-ЭДС ТП. Кроме того, в большинстве случаев процесс Калибрование начинается не с нулевой температуры, а с температуры близкой, но меньшей Т1, Охлаждение объекта, в котором происходит измерение температуры, до комнатной температуры практически нецелесообразно и требует значительных потерь времени. Поэтому на выходе АЦП 3 возможно появление одного сбоя, целого ряда сбоев (k-раз) или резкого скачка температуры,

В первом случае разница в двух измерениях с выхода сумматора 23 поступает на вход компаратора 25 кодов, который своим сигналом запрещает на инверсном выходе через блок запрета подачу разницы напряжений в блок 12 анализа и запись кода измерения через ключ 1 и распределитель 7 в блок памяти. Дальше процесс лзмерения и определения площадки фазового перехода при отсутствии сбоев идет, как обычно. Рассмотрим случай, когда воздействие помех вызовет ряд последовательных сбоев, число которых равно (k-1). При этом вьгходной код сумматора 23, попадая на вход компаратора 25 кодов, приводит к появлению сигнала запрета на его инверсном выходе. На другом выходе компаратора 25 кодов появляется сигнал, который производит сброс счетчика 28 сбоев и триггера 27, При этом блок

24 запрета не разрешает прохождение сигналу, определяемому разницей напряжений в двух циклах измерения, на вход блока 12 анализа и запись результата измерения через ключ 11, и распределитель 7 в блок 10 памяти не осзтцествляется. Сигнал, сформированный на инверсном выходе триггера 27, подается на управляющий вход второго дополнительного ключа 29 и вход блока 8 управления, разрешая тем самым прохождение импульсов синхронизации с блока 8 управления через ключ 29 на счетчик 28 сбоев, а1

также запрещая переключение блока 8 управления на следующий канал калибрования. Если в процессе заполнения счетчика 28 сбоев импульсами сиихронизации произойдет измерение термо-ЭДС ТП без сбоя и разница напряжений окажется меньше максимально допустимой разницы напряжений, то компаратор 25 кодов через блок 24 запрета разрешает прохождение разницы напряжений на вход блока 12 анализа и запись кода измерений через ключ 11 и распределите ль 7 в блок 10 памяти. Одновременно про- исходит сброс счетчика 28 сбоев и триггера 27. В противном случае импульсы синхронизации производят заполнение счетчика 28 сбоев. Сигнал с выхода счетчика сбоев разрешает подачу кода С выхода сумматора 4 через ключ 26 и переключатель 17 на вход блока 12 анализа и запись последнего результата измерения через ключ 11 в блок 10 памяти. Одновремен Но осуществляется сброс.триггера 27 и на блок 8 управления поступает сигнал, разрешающий переход на следующий канал.- Такой режим работы соответствует случаям, когда произопшо несколько сбоев и разница напряжений на выходе сумматора 4 оказалась боль ше максимально допустимой разницы напряжений, а также когда произошел резкий скачок температуры горячего спая ТП, в результате которого разница термо-ЭДС в двух измерениях оказалась больше максимально допустимой разницы напряжений, В обоих случаях последний результат измерени оказывается истинным и происходит его запись в блок 10 памяти. Длительность процесса заполнения счетчика сбоев 28 (то есть процесса обнаружения помехи) значительно меньше фа- зового перехода плавкой вставки калибратора.

В режиме Измерение с выхода АЦП 3 через переключатель 15 на

входы квадратора 20 и умножителя 1В поступает сигнал текущей температуры1 а из блока 6 эталонных напряжений че| рез распределитель 7 на входы умножителей 18 и 19 и сумматора 5 поступают значения коэффициентов а,, а и а, сформированные для данного канала в режиме Калибрование, На выходе сумматора 5 формируется сигнал коррекции вида Т а + , где Т - текущая температура. Этот сигнал через переключатель 16 поступает на сумматор 4, где складывается с сигналом текущей температуры канала. Скорректированный с учетом погрешности ТП сигнал температуры поступает с выхода сумматора 4 через переключатель 17 на вход блок-а 21 индикации.

Формула изобретения

Многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием измерительных каналов по авт,св, № 1170292, отличающееся тем, что, с целью повьш1е- ния помехозащищенности и надежности работы устройства, в него введены два дополнительных ключа, триггер и счетчик сбоев, выход которого подключен к управляющему входу первого дополнительного ключа и к первому входу триггера, второй вход которого подключен к выходу компаратора кодов дополнительный прямой выход которого подключен к управляющему входу счетчика сбоев и третьему входу триггера, инверсный выход которого подключен к дополнительному входу блока управления и управляющему входу второго дополнительного ключа, вход которого соединен с управляющим входом первого сумматора, а выход подключе к входу счетчика сбоев, при этом вхо первого дополнительного ключа соединен с выходом блока задержки, а выход подключен к выходу блока запрета

Изобретение относится к области температурных измерений. Целью изобретения является повьпиение помехозащищенности и надежности устройства. В режиме Калибрование в блок памяти 10 с помощью переключателей 15, 16, сумматоров 4, 23, компаратора кода 25, блока 17 анализа, ключа 11, блока 24 запрета и распределителя 7 записываются погрешность измерения при трех реперных температурах. Блок 9 аппроксимации погрешности определяет значение поправочных коэффициентов. В режиме Измерение с помощью умножителей 18, 19, блока 6 эталонных напряжений, квадратора 20, сумматора 5, осуществляется коррекция выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 3, Счетчик 28 сбоев, триггер 27 фиксируют воздействие внешних помех и контролируют правильность процесса калибровки. 1 ил. с $ (Л м