Способ градуировки распределенных датчиков температуры с переменным погонным коэффициентом чувствительности Советский патент 1991 года по МПК G01K15/00 

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для градуировки распределенных датчиков температуры и пространственных фильтров, используемых, например, в океанографических исследованиях.

Цель изобретения - ускорение процесса градуировки при повышении пространственного разрешения.

На фиг.1 схематически изображено устройство для реализации способа градуировки гибких датчиков; на фиг.2 - примерная схема измерительно-вычислительного блока; на фиг.З - графики формируемых граду- ировочных профилей температуры при трех положениях датчиков в термостатах (фиг.З - датчики целиком в первом термостате, фиг.4 и 5 - датчики частично в первом термостате и частично во втором термостате); на фиг.6 - схема укладки провода в градуируемом датчике; на фиг.7 - график функции

чувствительности градуируемого датчика; на фиг.8 - отсчеты функции чувствительности, полученные в результате градуировки.

Устройство (фиг.1) содержит термостаты 1 и 2, узел 3 перемещения и измерительно-вычислительный блок 4. Градуируемый датчик 5 и образцовый датчик 6 размещают в процессе градуировки в первом и втором термостатах и последовательно перемещают через сальниковый переход из первого термостата во второй с помощью устройства 3 перемещения.

Термостаты 1 и 2, заполненные воздухом или жидкостью, должны обеспечивать однородность температуры по всему объему, для чего они могут быть снабжены мешалками (не показаны). Термостаты 1 и 2 могут быть пассивными.

Устройство перемещения должно обеспечивать достаточно точное (лучше разрешающей способности по длине) неfe

ON 00

Ю 00

со

прерывное или дискретное перемещение градуируемого датчика из одного термостата в другой. Оно может быть построено любым известным способом, например аналогично устройству перемотки магнитной ленты. Высокая точность перемещения может быть обеспечена, например, за счет использования шагового двигателя на ведущем валу, магнитных или оптических меток на протягиваемом датчике. За счет тянущей затравки механизм перемещения может быть вынесен за пределы камеры первого термостата, как это показано на фиг.1.

Измерительно-вычислительный блок 4 предназначен для измерения сопротивления градуируемого и образцового датчиков и вычисления значений градуировочной характеристики по данным измерений. Блок 4 может выполняться из стандартных измерительных приборов и вычислителей. Например, если образцовый и градуируемый датчики имеют выходной параметр - сопротивление, то в состав блока 4 входят, как это, например, показано на фиг.2. последовательно включенные коммутатор 7, аналого-цифровой преобразователь 8 сопротивлений в код и процессор 9. В данном примере коммутатор 7 должен иметь минимальное переходное сопротивление ключей, которые могут быть контактами электромеханических реле. Этим условиям удовлетворяет, например, релейный мультиплексор 750 системы КАМАК. В ка честве преобразователя 8 сопротивлений в код желательно использовать высокоточный прибор, например серийный цифровой вольтомметртипа Ш387. В качестве процессора 9 целесообразно использование микроЭВМ, например типа Электро- ника-60.

Рассмотрим сущность предлагаемого способа градуировки.

Имеющаяся в известном способе процедура контроля, измерения и учета в вычислениях разности температур в - &i в термостатах в предлагаемом способе упрощена путем использования образцового распределенного однородного (немодулированного) датчика температуры, сдвигаемого одновременно с РМД в процессе формирования градуировоч- ных профилей.

Для сопротивления образцового распределенного однородного датчика (РОД) температуры можно записать

где а0 const - известная погонная функция термочувствительности;

too - постоянная составляющая погонного сопротивления.

Если часть х РОД после (s-1)-ro сдвига

находится в термостате 1 с температурой 01, а часть (L - х) - в термостате 2 с температурой 02, то для его сопротивления справедливо равенство

/ r0o+a00i(s-i) dx +

15

+ Д

+ / r0o+a00i(s-i) dx +

+/ r00 + a0 02 (s - 1) dx Ro(9-i). (2) 20x

После сдвига РОД в термостат 2 на Ах для его сопротивления

25J гоо + а0 01s dx +

х+Дх + / Гоо + Эо 02s dx +

30о

+/ TOO + a002s dx ROS.

(3)

Считая справедливыми равенства 0i(s-i) 0is. 02(s-i)ai 02s(4)

и вычитая выражения (4) и (3). получим

40

х+АХ

/ TOO + a0 02s dx X

45 + Ах

- / r0o+a00i(s-i)dx

х

50

Ros- Ro(s-1) или после преобразования

Ax(fcx-0i(s-i))

55. ROS Ro(s - Q

а0

(6)

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - упрощение и ускорение градуировки при обеспечении высокого пространственного разрешения. Градуируемый датчик совместно с образцовым распределенным датчиком температуры перемещают из термостата в термостат, имеющие разные температуры. Исходя из заданного пространственного разрешения дискретного времени измеряют сопротивление каждого датчика и по полученным данным рассчитывают локальные коэффициенты чувствительности. 8 ил.

/ r00 + a00(x)dx R

0)

Выражение (6) может использоваться как для определения разности температур (fts-#is) по измеренным сопротивлениям Ros- Ro(s-i) РОД и заданному ( измеренному ) значению сдвига Л х, так и для определения (контроля) величины сдвига Дх, если разность (fts - $is ) задана (для активных термостатов) или измеряется образцовыми датчиками.

В первом случае подставляем выражение (6) в выражение

as

Rs - R з - 1 (%s-0is)Axs

и получим

as

Rs - R s - 1

ROS R о ( s - 1 )

a0 , s- 1,n, (8)

Таким образом, в предлагаемом способе градуировки используют пассивные термостаты, формируют градуировочный профиль одновременным сдвигом РОД и РМД из одного термостата в другой, измеряют сопротивление РОД и РМД после каждого сдвига и вычисляют локальный коэффициент термочувствительности РМД по выражению (8).

Если градуируемый и образцовый датчики имеют равные коэффициент тепловой инерции и запаздывание, то нет необходимости в выдерживании датчиков в термостате после сдвига для установления температуры, а можно производить измерение сопротивлений через некоторое малое фиксированное время после сдвига или при непрерывном сдвиге через время сдвига на заданное пространственное разрешение Дх. При этом достигается максимально возможная скорость градуировки, ограничиваемая лишь порогом чувствительности и быстродействием измерительно-вычислительного блока.

Одновременно снимаются ограничения по пространственному разрешению. Число коэффициентов чувствительности а3 может быть выбрано любым в зависимости от за

10

15

20

25

30

35

40

данного разрешения подлине градуируемого датчика.

Нет необходимости поддерживать постоянными и измерять темпетатуру в и ft в термостатах, не нужны образцовые датчики температуры. Для получения достаточной чувствительности при высоком пространственном разрешении Д х при градуировке необходимо иметь достаточно большую разность температур ф - #1 .

Количественные соотношения указанных величин можно получить например, используя выражение (6).

Повышение оперативности градуировки и пространственного разрешения обусловлено возможностью непрерывной протяжки с высокой скоростью и небольшим шагом пространственной дискретизации, ограничиваемым снизу порогом чувствительности измерительно-вычислительного блока при заданной разности температур в термостатах.

Формула изобретения Способ градуировки распределенных датчиков температуры с переменным погонным коэффициентом чувствительности, состоящий в последовательном перемещении датчика из термостата в термостат с различными температурами, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса градуировки, одновременно с перемещением датчика температуры перемещают образцовый распределенный датчик температуры с постоянным погонным коэффициентом чувствительности и коэффициентом тепловой инерции, равным коэффициенту тепловой инерции градуируемого датчика, измеряют его сопротивления R0s и сопротивления датчика Rs, и определяют локальные коэффициенты чувствительности as по выражению

as

RS R 8 1

Ros R о ( s - 1 )

a0 , s-1.n.

где а0 постоянный погонный коэффициент чувствительности образцового датчика.

(Риг. I

Фиг. 2

Фиг. 5

Фиг. 6 й(х)

i

48/2/6 24эГ

Фиг 7 (x)k а. а а- а,.

Ч -f-iV - y

8 Ш 24 32 Фиг. 8