Способ определения показателя тепловой инерции частотных термопреобразователей и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01K15/00 

«ШЁ.

О5

00

оо

СО

ел

Изобретение относится к теплотехническим измерениям и позволяет повысить точность определения показателя тепловой- инерции термопреобразователей с частотным выходным сигналом путем уменьшения методической погрешности. Подсчитывается число выходных импульсов термопреобразователя в трех равных интервалах времени При этом начало второго и третьего интервалов времени сдвинуто по отношению к началу первого и второго на интервал времени ф, равный 0,3-0,4 длительности интервала времени счета. Устройство, реализующее способ, содержит генератор 2 тактовых импульсов, распределитель 3 импульсов, формирующий совместно с триггерами 4-7 три счетных интервала, два логарифмирующих реверсивных счетчика 11, 12, формирующих совместно с блоком 14 вычитания и блоком 15 деления результат измерения 2 с п ф-лы, 3 ил. S

Изобретение относится к теплотехническим измерениям и может быть использовано при измерении показателя тепловой инерции (ПТИ) частотных термопреобразователей (ЧТП), например пье:юкварцевых преобразователей температуры, как в лабораторных, так и в заводских условиях.

Цель изобретения - повышение точности определения ПТИ частотных термопреобразователей путем снижения методической погрешности.

На фиг. 1 представлен график выходной частоты преобразователя в период регулярного теплового режима после воздействия на него скачка температуры; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы сигналов в характерных точках работающего устройства.

Сущность способа определения показателя тепловой инерции частотных термопреобразователей заключается в следующем

При подаче на вход термопреобразователя температурного скачка его выходная частота в период регулярного теплового режима изменяется по экспоненциальному закону вида

F(f)5 +(FH -FK )exp(- Ј)Ј + +A/rexp-(f),(1)

где FH и FH - начальное и конечное значения частоты ЧТП соответственно;

AF Ff, -f- , причем FH ЈQ. Осуществляя при помощи счетчика подсчет числа импульсов выходной частоты ЧТП на протяжении временного промежутка Л/, получим значение числа импульсов N, зафиксированное счетчиком, равное:

Л/, F(t) ДН-Д/М 1-ехр(-4)

Ј Дг+Д/М1 - x)

(2)

Л/,

где обозначено: ехр()Спустя некоторый промежуток времени , т. е. до момента окончания первого временного интервала, начинают подсчет числа Л/г импульсов во втором временном интервале, равном по длительности первому:

о

F(t) Д/+ЛЛ;(1-)ехр(-2.) (3)

fT

Соответственно, за третий временной интервал, начало которого сдвинуто относительно начала второго интервала, счетчик зафиксирует число импульсов /Уз, равное:

(г,

N3 F(t),(--j()exp(). (4)

11т

Первая разность числа импульсов Д/Vi равна

ДМ,А/,-Л Д/МI-jf) (-% (5)

Вторая разность числа импульсов Д/У2 равна соответственно

Д#2 #2-Л/з Д/М1 jr)exp{-|)X

X l-exp(-|)i

t

(6)

Отношение указанных разностей числа импульсов равно:

ДЛ 1

(П

(-Ј) ехр(т}

откуда определяем значение ПТИ контролируемого термопреобразователя по расчетной формуле

Vj-Ws

(8)

В реальных условиях определения ПТИ вследствие неизбежного влияния шумов и помех на выходной сигнал ЧТП, а также инструментальных погрешностей измерительных приборов, имеющих случайный характер, подсчет числа импульсов A i, N2 и Мз сопровождается некоторой абсолютной погрешностью измерения ДАЛ

Как показывают расчеты, наименьшее значение абсолютной погрешности измерения достигается при -Ј«0,9,, т. е. при ттк

Д

Устройство содержит формирователь 1 импульсов, генератор 2 тактовых импульсов, распределитель 3 импульсов, четыре RS- триггера 4-7, три логических элемента И 8-10, два логарифмирующих реверсивных 5 счетчика 11 и 12, время-кодовый преобразователь 13, блок 14 вычитания, блок 15 деления и блок 16 цифровой индикации.

Устройство работает следующим образом.

Выход исследуемого частотного термопреобразователя, значение показателя тепловой инерции которого необходимо определить, подключается к входу формирователя 1 и входу «Пуск генератора 2. На термопреь образователь подается тепловой импульс. В период регулярного теплового режима выходная частота F(t) термопреобразователя изменяется во времени по экспоненциальному закону, описываемому формулой (1) и представленному на фиг. 1.

0 Формирователь 1 импульсов преобразует выходную частоту термопреобразователя в прямоугольные импульсы (фиг. 3.16), которая через логические элементы И 8-10. выполняющие роль ключей, управляемых сигналами соответствующих / 5-триггеров

5 4-6, поступают в определенной последовательности на входы сложения и вычитания логарифмирующих реверсивных счетчиков 11 и 12.

Генератор 2 тактовых импульсов запускается по входу «Пуск сигналом термопреобразователя в момент начала регулярного теплового режима. Выходные импульсы генератора 2 (фиг. 3.17), поступая на распределитель 3, представляющий собой выполненный на триггерной линейке кольцевой регистр, появляются поочередно на каждом из выходов распределителя 3 и поступают в определенной последовательности на установочные входы / 5-триггеров 4-7.

Длительность р временного промежутка между импульсами определяется периодом тактовой частоты генератора 2, а длительность промежутка времени подсчета числа импульсов N, определяется порядком подключения выводов распределителя 3 к входам Л 5-триггеров. Последний-по счету седьмой импульс распределителя 3, поступая на вход «Стоп генератора 2, выключает его и останавливает работу всего устройства.

Таким образом, на выходе каждого RS- триггера образуется временной интервал , однако на выходе / 5-триггера 5 этот интервал оказывается сдвинутым на время по отношению к временному интервалу, образованному на выходе триггера 4, а на выходе триггера 6 - по отношению к триггеру 5 (фиг. 3.18, 3.19, 3.20). На выходе / 5-триггера 7 временной интервал равен ф (фиг. 3.21), поскольку его входы подключены к соседним (пятому и шестому) зыходам распределителя 3.

На вход сложения логарифмирующего реверсивного счетчика 11 через логический элемент 8 во время действия первого импульса с выхода триггера 4 длительностью Д/ поступит /V, импульсов (фиг. 3.22). За второй промежуток времени, равный по длительности первому, не вычитающий вход счетчика 1I через логический элемент 9 поступит импульсов (фиг. 3.23).

Поскольку счетчик 11 выполнен логарифмирующим, на его выходе будет образована кодовая комбинация, пропорциональная значению n(N - Л 2).

Аналогичным образом на вход сложения логарифмирующего реверсивного счетчика 12 через логический элемент 9 поступит NZ импульсов (фиг. 3.23), а на его вычитающий вход через логический элемент 10 - Л/j импульсов (фиг. 3.24), образуя на выходе счетчика 12 к концу третьего промежутка времени А/ кодовую комбинацию, пропорциональную значению 1п(Л 2-/Vs).

Одновременно с выхода / 5-триггера 7 импульс длительностью ф (фиг. 3.21) поступает на вход время-кодового преобразователя 13 и преобразуется в кодовую комбинацию, поступающую на вход блока 15 деления. На второй вход блока 15 деления подается разность кодовых комбинаций

ln(JV,-JVa)-lnW2-A/3)ln..2.

/V2/V3

с выхода блока 14 вычитания. Поэтому выходной сигнал блока 15 деления представляет собой результат измерения, выражаемый зависимостью (8), отображаемый бло- ком 16 цифровой индикации.

Разности N - N% и Л/2-N3 не содержат установившегося конечного значения частоты FK , так как оно исключается в процессе вычитания ИМПУЛЬСОВ.

10

Формула изобретения

0

выходных импульсов термопреобразователя на стадии регулярного теплового режима в трех равных, следующих друг за другом интервалах времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, начало формирования второго и третьего интервалов времени задерживают по отношению к началу соответственно первого и второго интервалов времени на интервал времени ф, равный 0,3-0,4 длительности интервалов времени подсчета числа импульсов, а значе5 ние показателя тепловой инерции т термопреобразователя рассчитывают по формуле

т (гТЙЖ:: т( -)/OV2-А -О ;

/V-j-V3

где A I, N-2 и NZ - число выходных импуль- 0 сов термопреобразователя, подсчитанных в первом, втором и третьем интервалах времени соответственно.

5 и суммирующим входом второго логарифмирующего реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу третьего логического элемента И, блок вычитания, входы которого соединены с выходами первого и второго логарифмирующих

0 реверсивных счетчиков, а выход подключен к первому входу блока деления, второй вход которого соединен с выходом время-кодового преобразователя, а выход подключен к блоку индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены четыре / 5-триггера, при этом первый, второй и третий выходы распределителя импульсов соединены с первыми установочными входами первого, второго и третьего / 5-триггеров соответственно, выходы которых подключены к вторым входам логических элементов соответственно, четвертый выход распределителя импульсов соединен с вторым установочным входом первого У 5-триг- гера, пятый выход подключен к второму установочному входу второго / 5-триггера

и первому установочному входу четвертого / 5-триггера, второй установочный вход которого соединен с шестым выходом- распределителя импульсов и вторым установочным входом третьего / 5-триггера, а выход подключен к входу время-кодового преобразователя.

Фиг. I

16

Ml I I I I I I I I I I I I

17

ЛПП П

20

22

ЛИШИМ II J

25

И i I I I I I I I

24

t

t

I

b 111 Mill

Фиг. 5