Устройство для измерения температуры Советский патент 1993 года по МПК G01K7/00 

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно, к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей и может быть использовано при точных измерениях температуры,

Цель изобретения - расширение динамического диапазона:

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство для измерения температуры содержит первичный измерительный преобразователь 1, преобразующий температуру в напряжение, преобразователь 2 напряжения во временной интервал, управляющий и информационный входы и выход которого соединены соответственно с шиной запуска 3 устройства, выходом первичного измерительного преобразователя 1 и управляющим входом ключа 4, информационный вход которого подключен к выходу генератора 5 импульсов, двоичный умножитель 6, включающий в себя последовательно соединенные реверсивный счетчик 7 импульсов и преобразователь 8 кода в частоту, частотный вход и выход которого являются с.оответственно частотным входом и выходом двоичного умножителя 6, который подключен ко входу реверсивного счетчика 9 результата измерения, преобразователь 10 кода в частоту, RS-триггер 11 и два элемента

1

ю о

12, 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, причем частотные входы двоичного умножителя 6 и преобразователя 10 кода в частоту подключены к выходу ключа 4, выход преобразователя 10 кода в частоту подключен ко входу реверсивного счетчика 7 импульсов, выход нуля которого подключен к S-входу RS-триггера 11, первые и вторые входы каждого из двух элементов 12, 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с одним из выходов RS-триггера 11 (на чертеже для определенности - с прямым выходом) и управляющими входами 14, 15 устройства, а их выходы соединены порознь с управляющими входами реверсивных счетчиков 7 и 9.

Функцию преобразования первичного измерительного преобразователя 1, аппроксимируемую квадратичной зависимостью, можно представить в виде

±bi U ±D2 U2

где в- измеряемая температура;

U - выходное напряжение первичного измерительного преобразователя 1;

bo,... b2 - постоянные коэффициенты, причем знаки полярности перед коэффициентами bi и ha могут принимать различные сочетания во всем диапазоне изменения выходного напряжения U, т.е. рассматривается функция преобразования (1), которая представляет собой параболу различной выпуклости, характеризуемую наличием вершины (экстремальной точки), в которой знак полярности первой производной изменяется на противоположный.

Цикл измерения температуры $ начинается с поступления на шияу запуска 3 устройства импульса, запускающего по управляющему входу преобразователь 2 напряжения во временной интервал (ПНВИ) и производящего как запись кодовых устааок Во и Bi в реверсивный счетчик 9 результата измерения и в реверсивный счетчик 7 импульсов двоичного умножителя 6 соответст- венно, так и установку по R-входу RS-триггера 11 в нулевое состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается низкий логический уровень (цепи записи и установки реверсивных счетчиков и RS-триггера на чертеже не показаны), Для обеспечения более четкой работы устройства запись кодовых уставок Во и В1 и установка RS-триггера в нулевое состояние должны производиться передним фронтом запускающего импульса, а запуск ПНВИ 2 - задним, либо запись указанных кодов и установки RS-триггера должны производиться заранее перед запускающим импульсом, как

операция по установке реверсивных счетчиков 7, 9 и RS-триггера в исходное состояние. На выходе ПНВИ 2 формируется импульс напряжения, длительность Т которого про- порциональна выходному напряжению U первичного измерительного преобразователя 1, поступающему на информационный вход ПНВИ 2

10

T k-U,

(2)

где k - коэффициент преобразования ПНВИ 2. .

Выходной импульс ПНВИ 2, поступая на

15 управляющий вход ключа 4, открывает последний, в результате чего импульсы с генератора 5 импульсов, приходящие на информационный вход ключа 4, поступают на частотные входы преобразователей 8 и

20 ю в частоту (ПКЧ).

Выходная частота тду двоичного умножителя 6, равная выходной частоте ПКЧ 8, определяется выражением

ТДУ

fn 2п

Ni,

(3)

где fo - частота генератора 5 импульсов;

п - число разрядов ПКЧ 8. равное числу разрядов реверсивного счетчика 7 импульсов;

NI - выходной код реверсивного счетчика 7 импульсов,

В каждый момент времейи t в интервале длительности Т выходной код Ni реверсивного счетчика 7 импульсов, поступающий на кодовые шины ПКЧ 8, бдет равен

40

N1 61 ±friK4 t.

(4)

причем

fnKM

fo

В2

(5)

где BI - кодовая уставка реверсивного счетчика 7 импульсов;

friKH - выходная частота ПКЧ 10; Р-число разрядов ПКЧ 10, равноечислу разрядов реверсивного счетчика 7 импульсов;

В2 - кодовая уставка ПКЧ 10. Знаки полярности + либо - в выражении (4) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 7 импульсов - в суммирующем либо в вычитающем соответственно.

Подставляя выражения (4) и (5) в (3). получаем

В2

,fo Bi fg ffly. ±

(6)

ка 9 результата измерения от температуры в

ходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицательна, то в режим вычитания.

Ввиду того, что реально могут рассматриваться только параболы, которые, начинаясь восходящей ветвью, выпуклы вверх (знак - перед коэффициентом Ьа) либо, начинаясь нисходящей ветвью, выпуклы вниз (знак .+ перед коэффициентом Ь2), режим работы реверсивного счетчика 7 им пульсов для диапазона изменения выходного напряжения U от нуля до вершины параболы должен всегда устанавливаться одним и тем же - на вычитание.

Установка необходимых режимов работы реверсивных счетчиков 7 и 9 производится путем установления соответствующих логических уровней на их уп- равляющих входах, что достигается благодаря заранее устанавливаемым соответствующим логическим уровням на управ- ляющих входах 14 и 15 устройства, являющихся вторыми входами элементов 12 и 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

В диапазоне изменения выходного напряжения U от вершины параболы и далее в сторону его увеличения режимы работы реверсивных счетчиков 7 и 9 в соответствие со знаками полярности первой и второй производных устанавливаются автоматически следующим образом. Так как при переходе через вершину параболы знак полярности первой производной изменяется на противоположный при неизменности знака полярности второй, то необходимо после прохождения вершины одновременно изменять режимы работы обоих реверсивных счетчиков 7 и 9 на противоположные тем, которые были заранее установлены для диапазона изменения выходного напряжения U от нуля до вершины параболы. Такое изменение режимов работы реверсивных счетчиков 7 и 9 происходит благодаря тому, что в момент прохождения вершины параболы, соответствующий моменту обнуления реверсивного счетчика 7 импульсов, импульс обнуления, поступающий с нулевого выхода указанного счетчика на S-вход RS- триггера 11, переводит последний в единичное состояние, при котором на его прямом выходе устанавливается высокий логический уровень, изменяющий, в свою очередь, одновременно логические уровни на выходах элементов 12 и 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на противоположные.

Следует отметить, что если первые входы элементов 12, 13ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены не с прямым выходом RS-тригге- ра 11, а с инверсным, то заранее устанавливаемые логические уровни на управляющих входах 14 и 15 необходимо изменять на противоположные, Наличие вышеуказанных элементов позволяет оперативно путем из- .менения логических уровней на управляющих входах 14 и 15 производить начальную

установку необходимых режимов работы реверсивных счетчиков 7 и 9 независимо от того, какими логическими уровнями должны обеспечиваться их режимы на сложение и вычитание и к какому выходу RS-триггера 11

0 подключены первые входы упомянутых элементов.

Следует также отметить необязательность применения элементов 12, 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. При этом для

5 сохранения работоспособности устройства достаточно в соответствие с режиг ами работы реверсивных счетчиков 7 и 9, установ-. ленными для диапазона изменения выходного напряжения U от нуля до верши0 ны параболы, соединить управляющие входы этих счетчиков непосредственно с соответствующими выходами RS-триггера 11. Разумеется, что при таком жестком соединении теряется оперативное управление

5 реверсивными счетчиками 7 и 9 по начальной установке режимов их работы.

Таким образом, благодаря новым связям, элементам и возможности установки различного сочетания режимов работы ре0 версивных счетчиков 7 и 9, обеспечивается с учетом масштабирования аппаратурная реализация измерения температуры, первичным измерительным преобразователям которой может служить преобразователь,

5 имеющий функцию преобразования, аппроксимируемую параболой различной выпуклости, характеризуемой наличием вершины.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я

0 1. Устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь, двоичный умножитель, включающий в себя последовательно соединенные счетчик импульсов и преобразова5 тель кода в частоту, выходом подключенный к входу счетчика результата измерения, генератор импульсов, выходом подключенный к информационному входу ключа, выход которого подключен к частотному

0 входу двоичного умножителя, и RS-триггер, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него дополнительно введены преобразователь напряжения во временной интервал,

5 шина запуска устройства и преобразователь кода в частоту, причем управляющий и информационный входы и выход преобразователя напряжения во временной интервал соединены соответственно с шиной запуска устройства, выходом первичного

измерительного преобразователя и управляющим входом ключа, выход которого подключен к частотному входу преобразователя кода в частоту, S-вход RS-триггера подключен к выходу нуля счетчика импульсов двоичного умножителя, а выходы RS-триггера соединены с соответствующими управляющими входами счетчика импульсов двоичного умножителя и счетчика результата измерения, которые выполнены реверсивными.

0

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что в него дополнительно введены два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. первые и вторые входы которых соединены соответственно с одним из выходов RS- триггера и управляющими входами устройства, а их выходы - с управляющими входами реверсивного счетчика импульсов двоичного умножителя и реверсивного счетчика результата измерения.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей, и может быть использовано при точных измерениях температуры. Изобретение может найти применение при измерениях температуры теплоносителя в реакторах АЭС, а также при измерениях теплотехнических величин, первичные измерительные преобразователи которых имеют нелинейную зависимость. С целью расширения динамического диапазона в устройство введены преобразователь во временной интервал и преобразователь кода в частоту, причем S-вход RS-триггера подключен к выходу нуля счетчика импульсов двоичного умножителя, а прямой и/или инверсный выходы RS-триггера соединены с соответствующими (обоими) управляющими входами счетчика импульсов двоичного умножителя и счетчика результата измерения, которые выполнены реверсивными. Это позволило расширить область применения устройства в силу того, что, в отличие от прототипа, в котором алгоритм линеаризации функциональных зависимостей квадратичного вида позволяет реализовать только одну из двух ветвей параболы-восходящую либо нисходящую, в предлагаемом устройстве могут реализовываться обе ветви вместе, т.е. реализовываться параболы различной выпуклости, характеризуемые наличием вершины. 1 з.п,ф-лы, 1 ил.