Устройство для контроля температуры поверхности слябов в нагревательной печи Советский патент 1993 года по МПК G01J5/12 

Изобретение относится к контролю и управлению температурным режимом методической печи, преимущественно, в механизированным подом.

Цель изобретения - повышение точности контроля.

На фиг.1 изображена блок-схема одного из вариантов заявляемого решения; на фиг.2 - внутренняя структура источника опорных напряжений, коммутатора; на фиг.З - внутренняя структура микропроцессорного блока управления и блока цифроа- налогового преобразователя; на фиг.4 - внутренняя структура блока индикации и клавиатуры, блока проверки наличия цепи входных датчиков; на фиг.5 - блок-схема алгоритма расчета температуры поверхности слябов в нагревательной печи.

Заявляемое устройство содержит (фиг.1) датчик 1 энергии излучения поверхности сляба, датчик 2 температуры рабочего

пространства, блок 3 определения температуры окружающей среды, источник 4 опорных напряжений, коммутатор 5, блок 6 согласующий, микропроцессорный блок 7 управления, блок 8 цифроаналогового преобразователя, блок 9 индикации и клавиатуры, блок 10 проверки наличия цепи входных датчиков и регистрирующий прибор 11.

Датчик 1 энергии излучения поверхности слябов может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемого преобразователя пирометрического первичного ППТ 131-03.

Датчик 2 температуры рабочего пространства может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемого преобразователя 12 термоэлектрического ТПП с номинальной статической характеристикой преобразования ПП (S).

Блок 3 определения температуры окружающей среды может быть представлен, на00

о

N О

о о

со

пример, в виде серийно выпускаемого термопреобразователя сопротивления 13 типа ТСМ-6114. Источник 4 опорных напряжений может быть выполнен, например (фиг.2), на базе операционного усилителя 14 типа КР140УД20А. Резистором 15 задается ток через стабилитрон 16, при котором обеспечивается минимальный температурный коэффициент напряжения, стабилитрон 16 поддерживает на инверсном входе опера ционного усилителя 14 напряжение 1V. Резисторы 17-20 используются для формирования калибровочных напряжений Ui и Da. Резистор 21 задает ток через элемент 13 блока 3.

Выходное напряжение источника опорных напряжений равно:

Uon UcT+UR17,

где DCT - напряжение стабилизации стабилитрона, В;

URI - напряжение на резисторе делителя, В.

Коммутатор 5 может быть выполнен, например (фиг,2), в виде релейных переключателей 22-26, каждый из которых может быть выполнен в виде транзисторного ключа 27 и реле 28.

Блок 6 согласующий может быть выполнен, например, в виде инструментального усилителя, имеющего высокое входное сопротивление и обеспечивающего установку заданного коэффициента усиления.

Микропроцессорный блок7управления может быть выполнен, например (фиг.З), в виде постоянного запоминающего устройства 29 емкостью 2 Кбайт, адресного регистра 30, кварцевого резонатора 31, однокристального микроконтроллера (ОМ) 32 типа KM 1816BE48, регистра 33, большой интегральной схемы 34 последовательного интерфейса и дешифратора 35.

Блок 8 цифроаналогового преобразования может быть выполнен, например (фиг.З), в виде цифроаналогового преобразователя 36, компаратора 37, источника 38 опорного напряжения для цифроаналогового преобразователя и устройства 39 выборки и хранения.

Блок 9 индикации и клавиатуры может быть выполнен, например (фиг.4), в виде кнопочных переключателей 40-55, дешифратора 56 семисегментного кода, дешифратора 57, семисегментных индикаторов 58-73, транзисторных ключей 74-89, каждый из которых состоит из транзистора 90, резисторов 91,92, а также большой интегральной схемы 93 контроллера индикации и клавиатуры,

Блок 10 проверки наличия цепи входных датчиков может быть выполнен, например (фиг.4), в виде оптронного переключателя 94 и резистора 95.

Устройство работает следующим образом. .

После включения электропитания устройство начинает выполнять процедуру калибровки. Выбор канала первого калибровочного напряжения, задаваемого источником опорного напряжения, осуществляется следующим образом. Двоичный код адреса канала коммутатора, вырабатываемый ОМ ЭВМ 32 (фиг.З) в соответствии с алгоритмом опроса каналов, поступает в регистр 33, где фиксируется до выдачи следующего адреса. С выхода регистра 33 трехзарядный код адреса попадает на вход дешифратора 35, на выходе которого преобразуется в позиционный код управления коммутатором 5. Выходы дешифратора 35

(фиг.З) задействованы для управления релейными переключателями 22-26 (фиг.2). Коммутируемый выходной аналоговый сигнал с нормально разомкнутых контактов коммутатора 5 поступает на согласующий

блок 6.

Таким образом, через релейный переключатель 22 на вход блока 6 согласующего поступает первое калибровочное напряжение Ui, которое усиливается и поступает в

микропроцессорный блок 7 управления, где осуществляется аналого-цифровое преобразование и полученное значение Uai запоминается в ОЗУ.

После этого через релейный переключатель 23 на вход блока 6 согласующего поступает второе калибровочное напряжение 1)2, которое усиливается и поступает в микропроцессорный блок 7 управления, где осуществляетсяаналого-цифровое

преобразование и полученное значение Ua2 запоминается в ОЗУ.

Далее на основании заранее известных значений калибровочных напряжений Ui и 1)2 и соответствующим им Uai и Ua2 вычисляется коэффициент усиления к и величина смещения нулевого уровня 1)0 аналогового канала по формулам:

k (Uai-Ua2)/(Ui-U2)

Uo Ua1 + Ua2-k(Ul + U2)/2,

где Uai - величина выходного напряжения блока 6 согласующего при подключении к его входу первого источника опорного напряжения, В;

Ua2 - величина выходного напряжения

блока 6 согласующего при подключении к его входу второго источника опорного напряжения, В;

Do - величина смещения нулевого уровня блока 6 согласующего на его выходе, В;

k - коэффициент усиления;

Ui - величина первого калибровочного напряжения источника опорного напряжения, В;

. U2 - величина второго калибровочного напряжения .источника опорного напряже- ния, В.

Вычисленные величины k и (Jo проверяются на граничные условия

480 k 520

О U0 Ј2

Граничные величины k и U0 определяются экспериментальным путем.

Если одно или оба из условий не выполняются, то выдается диагностический код на индикатор и дальнейшая работа устрой- ства блокируется.

Если же условия выполняются, что свидетельствует об исправном аналоговом канале устройства, то k и Uo запоминаются и устройство переходит к проверке целостно- сти входных измерительных цепей. Проверка наличия цепи входных датчиков (фиг.4) проводится для повышения достоверности измерения. Если в результате проверки обнаруживается неисправность в измеритель- ной цепи, которая может быть связана с обрывом соединительных проводов или выходом из строя датчиков 1 и 2, то сигналы с датчиков не снимаются и на индикатор выдается диагностическое сообщение о неис- правности в цепи входных датчиков. В противном случае устройство переходит к определению температуры свободных концов термопреобразователя датчика 2 температуры рабочего пространства, для чего подключается соответствующий канал от блока 3 определения температуры окружающей среды и выполняется преобразование сигнала с терморезистора 13 и определяется его величина Ut по зависимо-

СТИ

Ut (Ua - U0)/k,

где Ut - расчетная величина термоЭДС, соответствующая температуре окружающей среды, мВ;

Ua - величина термоЭДС, полученная в результате преобразования сигнала с блока 3 определения температуры окружающей среды, мВ;

Uo - величина смещения нулевого уровня блока 6 согласующего, мВ;

k - величина коэффициента усиления блока 6 согласующего.

Таким образом, в расчетной величине термоЭДС, соответствующей температуре окружающей среды Ut, исключена погреш- ность, возникающая из-за дрейфа коэффициента усиления и смещения нулевого уровня блока 6 согласующего.

Далее по величине Ut с помощью таблиц, хранящихся в ПЗУ 29, определяется величина поправки UC.K. к термоЭДС датчика 2 температуры рабочего пространства.

Поправка UC.K. запоминается и коммутатор 5 коммутирует канал датчика 2 температуры рабочего пространства. Сигнал термоЭДС, соответствующий температуре рабочего пространства, усиливается блоком б согласующим и поступает в микропроцессорный блок 7управления, в котором осуществляетсяаналого-цифровоепреобразование сигнала термоЭДС по вышеприведенному алгоритму с учетом определенных значений коэффициента усиления k и величины смещения нулевого уровня U0 блока 6 согласующего, а также величины поправки к термоЭДС UC.K. датчика температуры рабочего пространства, определяется расчетная величина термоЭДС по зависимости

Et (Ua - U0)/k + UC.K., где Et - расчетная величина термоЭДС, соответствующая температуре свода печи, мВ;

Ua - величина термоЭДС, полученная в результате преобразования сигнала с датчика 2 температуры рабочего пространства, мВ;

Uo величина смещения нулевого уровня блока б согласующего, мВ;

k - величина коэффициента усиления блока 6 согласующего;

UC.K. - компенсационная поправка, зависящая от температуры окружающей среды, мВ.

По таблице, хранящейся в ПЗУ29, в соответствии с номинальной статической характеристикой преобразования термопреобразователя датчика 2 температуры рабочего пространства, по ГОСТ 3044-84 для расчетной величины термоЭДС E(t) определяется значение температуры рабочего пространства Тр.п. в °С. Для Тр.п в свою очередь, по другим таблицам определяются величины Sp.n. (Тр.п. и Ер.п. (Тр.п), которые запоминаются.

Далее коммутатор 5 устройства для контроля температуры поверхности слябов в нагревательной печи включает канал датчика 1 энергии излучения поверхности сляба. Сигнал с пирометра, соответствующий энергии излучения поверхностью сляба, усиливается блоком б согласующим и поступает в микропроцессорный блок 7 управления, в котором осуществляется аналого-цифровое преобразование сигнала с пирометра по вышеприведенному алгоритму и, с учетом определенных значений коэффициента усиления k и величины смещения нулевого уровня Do блока б согласующего, определяется расчетная величина сигнала с пирометра по зависимости E(t) Uo)/k,

где расчетная величина сигнала пирометра, мВ;

величина сигнала с пирометра, полученная в результате преобразования сигнала с датчика 1 энергии излучения поверхностью сляба, мВ;

Оо- величина смещения нулевого уровня блока 6 согласующего, мВ;

k - величина коэффициента усиления блока 6 согласующего.

Далее, в соответствии с номинальной статической характеристикой РК-15А-3, по ГОСТ 10627-77 определяется температура поверхности сляба Тп.

Перекоммутация входных датчиков осуществляется с частотой 0,2 Гц (эта величина подбирается экспериментальным путем).

В заявляемом устройстве достигается повышение точности контроля температуры поверхности слябов в нагревательной печи за счет учета влияния термоЭДС свободных концов термопары на величину измеряемого сигнала по каналу датчика температуры рабочего пространства, а также за счет учета погрешностей, возникающих из-за дрейфа коэффициента усиления и смещения нулевого уровня блока согласующего (входного усилителя) при измерении сигналов как по каналу от датчика энергии излучения поверхности слябов, так и по каналу от датчика температуры рабочего пространства.

Техническая эффективность заявляемого устройства состоит в том, что за счет более высокой точности контроля температуры поверхности слябов снижается расход топлива на 1 %, уменьшаются потери металла на угар и окалину на 1,2%.

Формула изобретения

Устройство для контроля температуры поверхности слябов в нагревательной печи,

содержащее датчик энергии излучения поверхности слябов, датчик температуры ра бочего пространства, согласующий блок и регистрирующий прибор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно дополнительно содержит блок определения температуры окружающей среды, источник опорных напряжений, коммутатор, блок проверки наличия цепи

входных датчиков, микропроцессорный блок управления, блок, индикации и клавиатуры, блок цифроаналогового преобразователя и внешнюю ЭВМ, при этом выходы датчика энергии излучения поверхности

слябов, датчика температуры рабочего про странства, блок определения температуры окружающей среды, первый и второй выходы источника опорных напряжений и первый выход микропроцессорного блока

управления подключены, соответственно, к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам коммутатора, третий выход источника опорных напряжений соединен с входом блока определения температуры окружающей среды, первый выход коммутатора через согласующий блок соединен с первым входом микропроцессорного блока управления, а второй выход через блок проверки наличия цепи входных датчиков - со вторым входом микропроцессорного блока управления, второй выход последнего подсоединен к входу блока индикации и клавиатуры, третий и четвертый выходы - к первому и второму входам цифроаналогового преобразователя, третий вход - к выходу блока индикации и клавиатуры, а четвертый вход - к первому выходу цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом регистрирующих приборов, причем пятый вход и четвертый выход микропроцессорного блока управления подключены к внешней ЭВМ.

45

Фиг. 3.

Г

М ,

i

Сущность изобретения: для компенсации влияния температуры свободных концов криопар применен термометр сопротивления, выходной сигнал которого через усилительно-преобразовательный блок подается на вход микропроцессорного блока управления. 5 ил, ел С

Ј

ii ii

j

о

I

о

Определение Јрл,3р.л.

Расче/п Т„($м)

Выдаче ре&(ААб/палю.

&

wvp.

Фи,Ј