Устройство для измерения температуры Советский патент 1989 года по МПК G01K7/02 G01K15/00 

к

Изобретение относится к температурным измерениям, может быть использовано в тех отраслях промышленности, где требуется длительное и точ- нов измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и является усовершенствованием изобретения по автсСВо № 1136032,

Цель изобретения - повышение точ- ности измерения за счет повышения точности прогнозирования,,

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графики, поясняющие работу ус гройства.

Устройство содержит термоэлектрический преобразователь (ТП) 1 с встроенньш калибратором 2, представляющий собой размещенную в чехле ТП плавкую вставку, которая обеспечивает формирование в зоне рабочего конца ТП в процессе калибрования точной известной температуры, многовходовой сумматор 3, аналого-цифровой преобра зователь (АЦП) А, блок 5 коррекции на основе цифроаналогового преобразователя, ключ 6, блок эталонного напряжения (ион) 7, выходное напряжение которого соответствует термоЭЛС по стандартной градуировочной таблице при температуре плавления вставки калибратора 2, генератор 8 опорной частоты, первый 9 и второй 10 счетчики, цифроаналоговые преобразова- тели (ЦАП) 11 и 12, первый блок 13 памяти, блок 14 выборки, блок 15 сравнения, третий счетчик 16, ПАП 17 блок 18 управления, четвертый счетчик 19, второй блок 20 памяти и ре- гистр 21.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все счетчики устройства сбрасьгоаются в нулевое состояние, выходное напряжение циф- роаналоговых преобразователей устанавливается равным нулю (цепи начальной установки на фиг не приведены). В начале работы в режиме Калибрование производится коррекция погрешности технологического разброса йЕ (фиго2) характеристики преобразования (ХП) термоэлектрического преобразователя о При этом объект измерения температуры переводится в режим стационарного нагрева либо охлаждения, что вызьшает соответствующее изменение термоЭПС на выходе ТПо При достюкении температуры фазового перехода (т.е., температуры плавления либо затвердевания) материала вставки калибратора 2 выходной сигнал ТП 1 становится постоянным, что фиксируется блоком 18 управления. Блок управления соответствующим сигналом подключает выход ИОН 7 посредством ключа 6 к входу сумматора. Полярность включения ИОН 7 выбрана противоположной полярности включения ТП 1, поэтому на выходе АЦП А появляется код погрешности измерительного тракта: ТП 1 - сумматор 3 - АЦП АО Под управляющим воздействием блока 18 управления этот код записывается в память блока 5 KoppeKiuiH, что позволяет скорректировать погрешность тракта в режиме Измерение, Все счетчики остаются в сброшенном состоянии.

В режиме Измерение счетчик 9 заполняется импульсами генератора 8 опорной частоты и по истечении некоторого времени код на выходе счетчика 9 станет равным коду, поступившему посредством блока 1А выборки из блока 13 памятИо В последнем размещены коды отрезков времени, соответствующие изменению термоЭДС на наперед заданную величину погрешности при разных температурах. Выборка из блока 1А этих кодов осуществляется в соответствии со значениями измеряемой температуры (по выходному коду АЦП А). При равенстве первого кода с кодом на первом выходе счетчика 9, фиксируемом в блоке 15 сравнения, в счетчик 16 записьгеаем импульс изменяющий выходной код счетчика 16 на единицу, В соответствии с этим импульсом ЦАП 17 корректирует погрешность ТП в этот момент времени, а блок 1А выбирает из блока 13 памяти следующее значение кода времени. Нарастание кода на выходе счетчика 9 приводит к-повторению описанного процесса, что позволяет корректировать погрешность термоэлектрического преобразователя (фиг, 2, dKj)

На фиг о 2 функция Е приведена гладкой, хотя в действительности она моделируется ступенчатой кривой, шаг квантирования по &. которой соответствует предварительно заданному значению погрешности Одновременное нарастание выходного кода счетчика 10, а значит и выходного напряжения

ЦАП 11 не приводит к появлению напряжения на входе сумматора 3 из-за нулевого кода в памяти ЦАП 12 Однако в связи с наличием в процессе дрейфа не только систематической, но и случайной составляющей погрешности, связанной с индивидуальными особенностями термоэлектрического преобразователя и условиями его эксплуатации, отличными от условий эксперимента (на основании которого в блок 13 памяти введены коды, соответствующие изменению термоЭДС термоэлектрического преобразователя на допустимое значение погрешности), возникает дополнительная погрешность,которая со временем может стать очень значительной о Коррекция этой погрешности реализуется посредством повторения через некоторые (довольно большие) интервалы времени режима Калибрование, при котором объект измерения температуры переводится в режим нагрева либо охлаждения При достижении температуры фазового перехода материала вставки калибратора 2 выходной сигнал ТП 1 становится постоянным, что фиксируется блоком 18 управления о

Этот процесс соответствует полу

0

ИОН 7 . 3 1ачение полученного кода записывается в регистр ЦАП,

После указанных операций устройство переводится в режим Измерение В режиме Измерение продолжается выборка кодов из блока П памяти в зависимости от выходного кода АЦП 4, т.е„ производится коррекция по экспериментальным данным, кроме того, ЦАП учитывает индивидуальные отличия каждого конкретного ТП в моменты калибрования Цепь счетчик 10 - ЦАП 11 - ПАП 12 позволяет учесть также отличие индивидуальной скорости изменения погрешности каждого конкретного ТП по отноп1ению к экспериментальным данным, Лля этого ЦАП 12 выполнен как умножающий, т„е, на вход подключения источника опорного напряжения подключен выход ЦАП 11. Нарастание кода в счетчик 10 формирует на выходе ПАП 11 нарастающее напряжение

и

(1

На выходе ЦАП 12 формируется

25 выходное напряжение

(-2

где Е

0

Ллакс

и„ 4Е -р

мм КС

- максимальное значение выходного напряжения ПАП 12,

Изобретение относится к области температурных измерений , в частности, к тем областям промышленности, где требуется длительное и точное измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и является дополнительным к авт.св.N1136032. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры за счет повышения точности прогнозирования погрешности дрейфа термоэлектрических преобразователей. Введенные последовательно соединенные счетчик 19, ПЗУ 20, и регистр 21, выход которого соединен с входом изменения коэффициента пересчета счетчика 10, позволяет менять коэффициент пересчета счетчика 10 в зависимости от конкретного значения межкалибровочного интервала. Минимальное и максимальное значения межкалибровочных интервалов задаются выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19. 2 ил.

чению точки йЕ

di

на фиго2о Корректирующее влияние определяется напряжением на выходе ЦАП Р 4F и выходным напряжением ЦАП 17 11, 4Ез. В общем случае корректирующее влияние не соответствует реально полученной погрешности из-за индивидуального отклонения характеристики дрейфа ТП, что определяется погрешностью коррекции 4К| йГ: - (ДЕ н + Е j)o

ЛЕк представляет собой меру неидеальности процесса коррекции и служит основой для индивидуальной коррекции каждого конкретного этого в момент перехода материала калибратора 2 АЦП 4 преобразует в код поступающую на его вход разность

термоЭДС ТП (с корректирующим воздай- JQ жеяие ЦАП 12 определяется выражением ствием) и образцового напряжения

L ° N « ИОЦ 7, т.е. находят Ец, которое за- письгеается в регистр ЦАП 12, После этого блок 18 управления сбрасывает счетчик 10 в нулевое состояние и производит повторный запуск. АЦП 4. На выходе АЦП 4 получают код разности термоЭДС ТП (с коррекцией по экспе- риментальньп- данным) и напряжения

5

0

5

Если время между двумя калиброваниями не соответствует некоторому постоянному наперед заданному значению, то и скорость нарастания напряжения и,, должна соответствовать межкалибровочному интервалу Для этого счетчик 10 включен с переменным коэффициентом пересчета Коэффициент пересчета задается регистром 21 в соответствии с длительностью межкалибровочного интервала, который определяется счетчиком 19с Последний сбрасывается в нулевое состояние в момент начала калибрования и заполняется (до начала момента следующего калибрования) импульсами, поступающими с выхода счетчика 9. Выходное напря12 определяется выражением

L ° N « Ё м. к

макс (и Макс - «akc

опорное напряжение ЦАП 11;

максимальный коэффициент пересчета счетч1ша 10; текущее значение счетчика 10.

При равенстве межкалибровочных интервалов значения , N ,р , , Е mc,c выбираются из равенства I ,1 AYj f на заданный межкалибро- вочный интервал (тое„, отличие индивидуальной скорости изменения погрешности, определенное в предыдущем межкалибровочном интервале, прогнозируется на последующий межкалибро- вочный интервал) При разных напере неизвестных межкалибровочньгх интервалах необходимо соотнести полученное значение йК с длительностью межкалибровочного интервала для оп- ределения индивидуального отличия скорости изменения погрешности ТП„ Для этого и, определяется из выражения

ТГ,

„ Uon N ,0 4Ек

™

П

NТ

(о V«KC Л«о(кС

т,е, необходимо произвести операцию деления на /ltk7i tK7 Ki г де ita ш моменты второго и первог калиброванийо

Во избежание резкого усложнения схемы устройства преобразуют выражение в вид

и

и,

N

п

|0

JE.

16 М«КС «c.

tK

ЛГ

где 4t - среднее время либрованиями, перед задано.

Выбор и,„, N,,««,t N,, , Е „ и At ц (находящегося в знаменателе) позволяет осуществить равенство U

Q 5

0

5

0

0

8

4Е за заданный межповерочный интервал.

Значение отношения- (в преdt K,j

делах допустимого отклонения ), записанное в блок 20, позволяет изменить коэффициент пересчета счетчика I О в зависимости от конкретного значения межкалибровочного интервала,, Минимальное и максимальное значения межкалибровочных интервалов задаются выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19.

Указанный процесс повторяется при каждом калибровании, что позволяет более точно осуществить коррекцию погрешности ТП в соответствии с индивидуально скорректированной математической моделью дрейфа реального термоэлектрического преобразователя на основе калибрований

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры по авт.ев о № 1136032, о т л и - чающеес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные четвертый счетчик, второй блок памяти и регистр, управляющий вход которого соединен с входами сброса второго и четвертого счетчиков, а выход соединен с входом изменения коэффициента пересчета второго счетчика, причем выход четвертого счетчика соединен с входом блока управления, а вход - с выходом первого счетчика.

йВ, мкб