Устройство для измерения температуры Советский патент 1990 года по МПК G01K7/02 

К

jff

СЛ 1

00

ел

3

Изобретение касается температурны измерений с помощью термоэлектрических преобразователей и может быть использовано для контроля температур в различных технологических процессах.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема блока синхронизации; на фиг. 3 - структурная схема блока вычислений; на фиг.4 - блок-схема алгоритма, по которому работает устройство.

Устройство содержит два идентичных термоэлектрических преобразователя ТЭП 1 и 2, первые выводы 3 и 4 которых соединены между собой, а рабочий спай первого ТЭП 1 размеще в герметизированной полости измерительного зонда 5, заполненного двумя различными реперными материалами 6 и 7 с известными температурами ia- зовых переходов, два постоянных запоминающих устройства 8 и 9, блок 10 синхронизации, блок 11 индикации, дифференциальный усилитель 12, пороговый блок 13, блок 14 вычисления и аналого-цифровой преобразователь

(АЦП) 15.

Блок 10 синхронизации содержит два триггера 6 и 17, два элемента 18 и 19 задержки, два элемента ИЛИ ZO и 21, элемент НЕ 22, формирова- тель 23 импульса начальной установки три группы элементов И 24-26, группу элементов ИЛИ 27, регистр 28 микрокоманд, блок 29 памяти микрокоманд и регистр 30 адреса.

Блок 14 вычисления содержит шесть регистров 31-36, четыре сумматора 37 40, три перемножителя 41-43, два блока 44 и 45 деления и элемент 46 за- держки.

Устройство работает следующим образом.

При нагревании объекта измерения рабочие спаи ТЭП 1 и 2 имеют равную температуру до тех пор, пока температура объекта не достигнет значения, соответствующего температуре фазового перехода первого реперного материала. Да этого момента времени разностная термо-ЭДС равна нулю, или незначительно отличается от нуля, ввиду равенства термо-ЭДС ТЭП 1 и 2. Начиная с момента времени, соответ

Q r

0 5 Q

5

,

0

0

5

114

ствующего началу процесса фазового перехода реперных материалов, разностная термо-ЭЦС начинает отклоняться от нулевого значения, принимая отрицательное значение, поскольку температура, а следовательно, и термо- ЭДС первого ТЭП в течении периода времени фазового перехода будет оставаться постоянной, тогда как термо- ЭДС второго ТЭП будет изменяться. Благодаря этому в моменты фазовых переходов будут сформированы импульсы разностной ЭЦС, которые свидетельствуют о протекании процессов фазовых переходов.

Длительности импульсов разностной ЭДС находятся в строгом соответствии с длительностью процессов фазовых переходов, которая в свою очередь,определяется массой реперных материалов и другими постоянными факторами. Амплитуда импульсов определяется характером изменения температуры во времени. Процессы, аналогичные вышеописанным, происходят также и при охлаждении измерительных зондов. Целесообразно использовать реперные материалы с температурами фазового перехода, лежащими вблизи границ диапазона измерения температуры, т.е, за его пределами.

При первичном включении устройства блоком 10 синхронизации формируется последовательность команд управления, поступающих по шине управления последовательно ко всем подключенным к ней устройствам в установленной алгоритмом работы устройства последовательности. Последовательность выполнения управляющих команд и соответственно последовательность работы отдельных блоков и узлов устройства показана на блок-схеме алгоритма работы устройства, приведенной на фиг.4. Указанный алгоритм предусматривает ожидание начала периода фазового перехода, выполнение операций сквозной самоблокировки всего измерительного канала,получение двух оценок погрешности измерительного канала, ожидание окончания периода фазового перехода реперного материала, вычисление коэффициентов поправочной функции и их запоминание, переход устройства в режим измерения,.вычисление скорректированного значения измерительного сигнала и его индикация.

В процессе работы устройства ПРОИСХОДИТ измерение значений термо-ЭДС ЕИ(Т,) и Еи(Тг) первого ТЭП 1 при температурах Т, и Т2 соответствующих моментам фазовых переходных реперных материалов. Далее определяют коэффициенты поправочной Функции по формулам

А Еи(Т ,) Е и(Тг)-Ен(Тг)(Т, ) .

15

;(1

С

К

(2)

Еи(Тг)-Еи(Т,)

где (Тг)-Ен(Т,);

СН(Т2) и ЕН(Т,) - номинальные значения термо-ЭДС ТЭП 1 при температурах Та и Tf .

Затем измеряют значение термо-ЭДС Е (Т ) ,ТЭП 1, соответствующее температуре объекта и определяют скорректированное значение термп-ЭДС ТЭП 1 по формуле

ЕС(,(Т)ЕИ(Т)-С+А, (3) и по полученному значению ЕС|(,(Т) определяют температуру Т объекта изме рения.

Блок 10 синхронизации представляет собой блок микропрограммного управления и работает следующим образом. Сигналы, определяющие очередность работы узлов и блоков, входящих в устройство, формируются на соответствующих выходах поля микрокоманд регистра 28 микрокоманд. Сигналы, по которым осуществляется опрос выполнения условий, вырабатываются на соответствующих выходах его поля условий. В его поле адреса хранится адрес, по которому осуществляется переход при выполнении опрашиваемого условия. В тех случаях когда разрешается работа блоков и узлов, не вырабатывающих сигнал готовности, на первом выходе поля микрокоманд регистра 28 микрокоманд присутствует сигнал единичного уровня, поступающий на первый вход первого элемента ИЛИ 20, на остальные входы которого поступают сигналы готовности от аналот- го-цифрового преобразователя 5 и блока 14 вычислений.

При включении питания формирователь 23 формирует импульс начальной установки, переводящий в нулевое состояние первый 16 и второй 17 триггеры и регистр 28 микрокоманд. На выходе элемента НЕ 22 будет сформирован импульс, соответствующий уровню логической единицы, что обеспечит

5785

1)Ю

15

20

30

25

35

40

45

50

55

11

прохождение нулевого хода, записанного в попе Адр.1 регистра 28 через соответствующую группу элементов И 26 и группу элементов И 27 на выходы регистра 30 адреса. Через промежуток времени, определяемый временем задержки элемента 19 задержки, в регистр 30 адреса будет переписан код, хранящийся в поле Адр. 2 регистра 28, Через промежуток времени, определяемый временем задержки элемента 18 задержки, считанная из блока 29 памяти микрокоманд информация будет занесена в регистр 28 микрокоманд. На соответствующих выходах поля микрокоманд регистра 28 появятся сигналы синхронизации. При запуске блоков, время выполгения операций в которых постоянно, на первом выходе поля микрокоманд регистра 28 будет присутствовать потенциал логической единицы. При запуске блоков, время выполнения операций в которых изменяется, ответные сигналы (готовность результата устройств АЦП 15 и блока 14 вычислений) поступают на соответствующие входы элемента ИЛИ 20. При поступлении такого сигнала на один из РХОДОВ этого элемента при помощи элементов 18 и 19 задержки осуществляется выборка из блока 29 памяти микрокоманд следующего управляющего слова.

Для анализа выполнения условий используются сигналы опроса условий, формируемые на выходах поля условий регистра 28 микрокоманд. Для осуществления условного перехода в поле Адр.2 указывается адрес перехода. При выполнении условия на выходе второго элемента ИЛИ 21 появляется единичный сигнал, разрешающий прохолр дение адреса, указанного в поле адреса Адр.2, через сооветствующую группу элементов И 25 и группу элементов ИЛИ 27 на входы регистра 30 адреса. Первый 16 и второй 17 триггеры служат для формирования условий выполнения этапов определения фазовых переходов и устанавливается в единичное состояние при сигналах, включающих на табло индикацию информации Фазовый переход Т1 и Фазовый переход Т2.

Регистр 28 микрокоманд представляет собой стандартный регистр, разрядность которого определяется числом подключенных к шине управления управляемых устройств. С выхода элемента 18 задержки на регистр 28 подается сигнал, разрешающий в определенные периоды времени запись в регистр информации, поступающей на информационные входы. Разрядность регистра при необходимости может наращиваться.

Регистр 30 адреса имеет два входа Выход элемента 19 задержки соединен с входом управляющим J разрешения записи, а выход элемента ИЛИ 27 связан с информационным входом регистра, на который подается код адреса. Регистр 30 устанавливается в нулевое состояние следующим образом. После того, как формирователем 23 будет сформирован импульс начальной установки, этот импульс поступит на установочный вход регистра 28 микрокоманд и установит его в нулевое состояние. Записанный в поле Адр.1 этого регистра нулевой код через логические элементы И 26 и ИЛИ 27 поступит на информационный вход регистра 30 адреса и установит его в исходное, т.е. нулевое состояние. После этого спустя время задержки элемента 19 задержки в ре- гистр 30 адреса будет записана информация, хранимая в поле Адр.2 регистра 28 микрокоманд.

Блок 14 вычисления работает следующим образом. В регистры 31 и 32 з соответствующие моменты времени по сигналам с блока 10 синхронизации поступающим с выходов шины управления, заносится информация, поступающая на первый вход блока 14, - коды Е„(Т,) и ЕИ(Т.2.), Во втором 42 и третьем 43 перемножителях осуществляется вычисление соответственно значений ) и Еи(Тг)- ЕН(Т,). В первом сумматоре 37 осуществляет- ся вычисление Е1Г,(Тг)-Еи(Т,, ), Во втором сумматоре 38 осуществляется вычисление константы К, Значение константы заносится в регистр 33, В третьем сумматоре 39 осуществуляется вычисление величины

Е ц(Т, Еи(Тг)-Е„(Тг)- ЕИ(Т,) (4)

В первом 44 и втором 45 блоках деления чисел вычисляются сооветст- венно коэффициенты С и А.

По сигналам Запись, поступающим от блока 10 синхронизации значения вычисленных коэффициентов С и А заносятся в четвертый 34 и пятый 35

о 5 0

о 5 Q

5

регистры. В режиме измерения значе- | ния коэффициентов А и С используются в четвертом сумматоре 40 и первом перемножителе 41 для вычисления скорректированной функции Еск(Т).Полученный результат по сигналу Запись с выхода шины управления заносится в шестой регистр 36, после чего на выходе элемента 46 задержки появляется сигнал Готов, свидетельствующий о готовности результата измерения температур.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее два идентичных термоэлектрических преобразователя, первые выводы которых соединены между собой, а рабочий спай первого термоэлектрического преобразователя размещен в герметизированной полости измерительного зонда, заполненного двумя различными реперными материалами с известными температурами фазовых переходов, два постоянных запоминающих устройства, блок индикации, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока вычислений, выход готовности результата измерений которого соединен с первым входом блока синхронизации, аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с первым и вторым выводами первого термоэлектрического преобразователя, информационный выход подключен к первому входу блока вычислений, а выход готовности результата измерения соединен с вторым входом блока синхронизации, выходы которого через шину управления соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, постоянных запоминающих устройств, блока вычисления и блока индикации, отличающееся тем,-что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введены дифференциальный усилитель и пороговый блок, выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации, а вход подключен к выходу дифференциального усилителя, входы которого соединены с вторыми выводами первого и второго термоэлектрических преобразователей, при этом второй и третий входы блока вычислений соединены с выходами первого и второго постоянных запоминающих устройств.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок вычисления содержит шесть регистров, четыре сумматора, три перемножителя, два блока деления и элемент задержки, выход которого соединен с выхоом готовности результата измерения лока вычислений, первый вход которого соединен с входом первого переножителя и информационными входами первого и второго регистров, информационные выходы которых подключены к первым входам первого и второго перемножителей соответственно, соединенными с входами первого сумматора, вторые входы второго и третьего перемножителей подключены к второму и третьему входам блока вычислений, соединенными с входами второго сумма- тора, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, к выходу которого подключены первые входы первого и второго блоков

10

15

10

10

деления, вторые входы которых соединены соответственно с выходами третьего и первого сумматоров, а выходы подключены соответственно, ,к информационным; входам четвертого и пятого регистров, выходы которых соединены соответственно с вторым входом четвертого сумматора и вторым входом первого перемножителя, к выходу которого подключен первый вход четвертого сумматора, выход которого соединен с информационным входом шестого регистра, вход управления которого соединен с входом элемента задержки, а выход подключен к информационному выходу блока вычислений, при этом входы третьего сумматора соединены с выходами второго и третьего перемножителей, а управляющие входы всех регистров, сумматоров, перемножителей и блоков деления соединены с управляющим входом блока вычислений.

Изобретение касается температурных измерений и позволяет повысить быстродействие и упростить устройство. Сигнал с первого термоэлектрического преобразователя (ТЭП) 1, рабочий спай которого размещен в измерительном зонде с двумя различными реперными материалами 6, 7 с известными температурами фазового перехода, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15. Код с выхода АЦП 15 поступает в блок вычисления 14, соединенный с постоянными запоминающими устройствами 8, 9 и блоком индикации 11. Дифференциальный усилитель 12 усиливает разностную термоЭДС идентичных ТЭП 1, 2. Пороговый блок 13 фиксирует моменты фазовых переходов реперных материалов. Блок синхронизации 10 управляет работой всех элементов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Шина упроВ.

.

° ГЗыхадбС)

Регистр микрокоманд .,К585ИР12}

А

Мт

К1

Ю& &о АЗР 1 / е %////

П / /

$

LT

т

П / /

К1

I IS8ЈSI

Да

За писк АЦП 15

-KWEitlTt)

запись & ргзг -кодЕц(тг)

Нет

Разр перетм

-код

ЕнУЯЫЪ)

Разр леремн

43-коа

Јм(Г,)-ЫЪ)

Разр. сумматора 31-код

Ј тнн/г,)

Разр сита- mopajg-код ЫУ-ыъ)- ))

Раза УЛШКООКОЭффА

. БД45коэохрс

Запись в Рг 34 -код А

ФигМ