Устройство цифрового программного управления для измерения теплофизических характеристик материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N25/18 

ел со ы

00

СА)

Изобретение относится к области измерений теплофизических характеристик материалов, в частности к устройствам для измерения и непрерывного контроля коэффициентов теплопроводности, температуропроводности, теплоемкости сыпучих, жидких и твердых материалов, может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях народного хозяйства и является усовершенствованием устройства по авт св. № 1298713

Известно устройство цифрового программного управления для измерения теплофизических характеристик материалов, содержащее последовательно соединенные блок хранения программ, распределительный блок, перепрограммируемый блок памяти, мультиплексор и блок управления, а также усилитель постоянного тока, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, блок индикации и регистрации, постоянно запоминающий блок, первая шина которого соединена с второй шиной мультиплексора, блок стабилизации напряжения, измерительный зонд и исполнительный блок, генератор тактовых импульсов, коммутатор каналов и формирователь команд, первый выход которого соединен с исполнительным блоком, второй выход - с входом блока стабилизации напряжения, третий выход - с первым входом коммутатора каналов, второй вход которого подключен к выходу измерительного зонда, а выход - к входу усилителя постоянного тока, первый выход генератора тактовых импульсов соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с третьим входом мультиплексора, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу блока управления, группа входов блока индикации и регистрации соединена с первой группой выходов постоянного запоминающего блока,вторая группа выходов которого подключена к группе входов формирователя команд.

Принцип работы устройства основан на программно управляемом опросе системы датчиков, последовательно подключенных через блок коммутации к каналу оцифровки, предварительной обработки и в последующем выполнении расчетов по вычислению параметров по формулам математической модели, запоминании результатов расчетов и выработке по результатам расчетов управляющих команд на исполнительный механизм, изменяющий по команде тепловой режим измерительного зонда. Это достигается путем использования программируемого микропроцессора, программно

управляемого коммутатора, блоков программируемой и постоянной памяти для хранения программ управления экспериментом и расчетов их по математическим

моделям, а также блоков аналого-цифрового преобразования и управляемого исполнительного устройства, обеспечивающего установку образцов и необходимый тепловой режим эксперимента.

0 Основным достоинством устройства является возможность путем замены постоянного запоминающего блока изменять математическую модель, задающую связь между измеренными физическими величи5 нами и исследуемыми параметрами образца, а также возможность путем подключения различных датчиков одновременно проводить измерение различных физических величин на исследуемом образце.

0 Недостатком устройства является последовательный характер опроса системы датчиков через блок коммутации. Это приводит к тому, что оцифрованные данные, фиксируемые в запоминающем устройстве,

5 отображают значения параметров, измеренные в различные моменты времени. Между тем, для достоверного суждения о состоянии исследуемого образца необходимо знание значений различных параметров,

0 отнесенных к одному моменту времени.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности результатов измерений за счет возможности съема информации от различных датчиков измерительного зонда,

5 отнесенной к одному моменту времени.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство цифрового программного управления для измерения теплофизических характеристик материалов дополнительно

0 введены блок аналоговой памяти и блок управляемых ключей, причем выход блока аналоговой памяти соединен с третьим входом коммутатора, а информационные входы блока аналоговой памяти подключены к ин5 формационным выходам блока управляемых ключей, информационные входы которого соединены с выходами измерительного зонда, а управляющий вход блока ключей подключен к второму выходу форми0 рователя команд.

На чертеже изображена блок-схема описываемого устройства.

Устройство цифрового программного управления для измерения теплофизиче5 ских характеристик материалов состоит из распределительного блока 1, блока 2 управления микропроцессором, генератора 3 тактовых импульсов, перепрограммируемого блока 4 памяти (ППЗБ), мультиплексора 5, аналого-цифрового преобразователя (АЦП)

б, блока 7 индикации и регистрации (БИР) постоянного запоминающего блока 8, усилителя 9 постоянного тока исполнительного блока 10, формирователя 11 команд, коммутатора 12 каналов, блока 13 хранения программ, блока 14 стабилизации напряжения, блока 15 аналоговой памяти, блока 16 управляемых ключей и измерительного зонда 17.

Блок 1 содержит распределители импульсов, организованные на регистрах, позволяющие вводить в ППЗБ 4 программу, записанную на языке команд микропроцессора.

Блок 2 управления микропроцессором последовательно отрабатывает команды программы, хранящейся в блоке 4, выполняя при этом некоторые служебные операции (например, выдает команду мультиплексору 5 передать очередной оператор программы на обработку или прочитать в блоке 4 содержимое некоторой ячейки и передать его в блок 8 на обработку).

Генератор 3 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы опорной частоты для синхронизации функционирования блока 2 управления микропроцессора и преобразования аналогового сигнала в код АЦП б. Перепрограммируемый блок 4 памяти служит для хранения рабочей программы блока 2 для записи и хранения числовой информации, вводимой для начала выполнения программы через распределительный блок 1, а в процессе выполнения программы через мультиплексор 5 из АЦП 6. По командам блока 2 здесь же может производиться перезапись этой информации из одного регистра памяти в другой.

Мультиплексор 5 представляет собой управляемый по командам блока 2 электронный коммутатор, обеспечивающий передачу информации от входных к выходным каналам.

В аналого-цифровом преобразователе б аналоговая информация переводится в цифровые коды.

БИР 7 служит для визуального наблюдения вводимой программы, констант и результатов расчета, а также для регистрации расчетных значений в протоколах измерений. Основу блока составляют цифровой индикатор и цифропечатающее устройство.

В постоянно запоминающем блоке 8 жестко прошиты сервисные подпрограммы, выполнение которых по командам из блока 2 управления обеспечивает отработку ряда специальных процедур, необходимых для управления работой блоков 7 и 11. Здесь же прошита подпрограмма, управляющая работой канала предварительной обработки и записи исходной измерительной информации.

Усилитель 9 постоянного тока обеспечивает усиление сигналов, поступающих от датчиков измерительного зонда 17 до нормированного уровня АЦП 6.

Исполнительный блок 10 представляет собой электромеханические устройства, со0 пряженные в измерительным зондом 17, обеспечивающие выполнение несложных механических манипуляций (замену образцов, перемещение зонда и т.п.). К ним относятся и дополнительные охранные

5 нагреватели системы термостатирования образцов.

Формирователь 11 команд, получая из блока 8 некоторые цифровые коды, дешифрирует их с помощью дешифратора и фор0 мирует управляющие электрические сигналы необходимого уровня на блок 14, коммутатор 12 каналов, блок 16 ключей и исполнительный блок 10.

Коммутатор 12 каналов обеспечивает

5 последовательное подключение каналов с измерительным зондом 17 к входу усилителя 9 постоянного тока по управляющим сигналам, поступающим в него из формирователя 11 команд.

0 Блок 13 хранения программы служит для долговременного хранения пакета программ, записанных на языке микропроцессора и реализующих тот или иной способ определения теплофизических характери5 стик (ТФХ). Хранение возможно на механических, магнитных или электронных носителях, являющихся периферийным устройством микропроцессора.

Блок 14 стабилизации напряжения

0, представляет собой источник напряжения, содержащий электронные реле, управляемые сигналами, поступающими от формирователя 11 команд.

Блок 15 аналоговой памяти обеспечива5 ет запоминание аналоговых сигналов от датчиков измерительного зонда 17. Запоминание производится одновременно по всем датчикам измерительного зонда.

Блок 16 управления выделенным разря0 дом команды управления, поступающей из формирователя 11 команд.

Устройство ориентировано на работу с различными измерительными зондами 17, конструкция которых зависит от реализуе5 мого устройством способа определения ТФХ, свойств исследуемого вещества (жидкое, твердое), целей эксперимента (единичные измерений, непрерывный контроль) и других условий. В общем случае измерительный зонд может содержать несколько

датчиков исходной информации (термопары, датчики теплового потока и др.), иметь один или несколько рабочих нагревателей, охранные нагреватели, а также другие исполнительные блоки 10.

Устройство работает следующим образом.

Процедура управления каналом предварительной обработки и записи измерительной информации, прошитая в запоминающем блоке 8, обеспечивает выдачу в формирователь 11 команд цифровых кодов, по которым он выдает сигналы на коммутатор 12 и блок 16 ключей. Под действием этих команд происходит либо прямая передача сигна лов от датчиков измерительного зонда через коммутатор 12 на усилитель 9 постоянного тока, либо через блок 16 ключей на блок 15. В первом случае происходит последовательный опрос датчиков из- мерительного зонда 17, информация от которых затем поступает через усилитель 9 в канал предварительной обработки (для оцифровки и запоминания). Во втором случае информации одновременно от всех дат- чиков измерительного зонда через ключи поступает в блок 15 аналоговой памяти и запоминается там, затем под действием последующих команд правления происходит последовательный опрос ячеек аналоговой памяти и передача информации через коммутатор 12 и усилитель 9 в канал предварительной обработки аналогично первому случаю. Таким образом, во втором случае происходит обработка сигналов от датчиков измерительного зонда, относящихся к одному моменту времени измерений, в отличие от первого случая, когда с различных датчиков из-за последовательного способа опроса снимается информация, относящаяся к различным моментам измерения. Формула изобретения Устройство цифрового программного управления для измерения теплофизиче- ских характеристик материалов по авт.св. № 1298713, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и достоверности результатов измерений путем съема информации от различных датчиков измерительного зонда, отнесенной к одному моменту времени, в него дополнительно введены блок аналоговой памяти и блок управляемых ключей, причем выход блока аналоговой памяти соединен с третьим входом коммутатора, а информационные входы блока аналоговой памяти подключены к информационным выходам блока управляемых ключей, информационные входы которого соединены с выходами измерительного зонда, а управляющий вход блока ключей подключен к второму выходу формирователя команд.

Назначение: изобретение относится к области измерений теплофизических характеристик материалов и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях народного хозяйства. Сущность изобретения: устройство состоит из распределительного блока 1, блока 2 управления микропроцессором,генератора 3 тактовых импульсов, перепрограммируемого блока 4 памяти, мультиплексора 5, аналого-цифрового преобразователя 6, блока 7 индикации и регистрации, постоянного запоминающего блока 8, усилителя 9 постоянного тока, исполнительного блока 10, формирователя 11 команд, коммутатор 12 каналов, блока 13 хранения программ, блока 14 стабилизации напряжения, блока 15 аналоговой памяти, блока 16 управляемых ключей и измерительного зонда 17.1 ил. (Л С