Многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием каналов Советский патент 1980 года по МПК G01K7/02 

. 1

Изобретение относится к области температур,ных измерений и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется измерение температуры с повышенной точностью.

Извесгао Устройство для измерения температуры, содержащее измерительный прибор, термоэлектрический термометр снабженный .встроенным калибратором в виде некоторого количества материала с известной температурой плавления, нагреватель, источник питания нагревателя, блок коррекции погрешности, сумматор, блок сравнения, источник стандартного сигнала, коммутатор и блок управления 1. Это устройство обеспечивает поверку первичного преобразователя на- месте эксплуатации, а также автомагическую коррекцию погрешноЬгй.

В мол(ент фазового перехода материала калибратора измерительный прибор фиксирует площадку с постоянной темперагурой, по которой осуществляется калибрование устройства. Момент калибрования первичного преобразователя определяется с помощью входящего в блок управления дифференциатора выходного

сигнала термоэлектрического термометра, при этом точность калибрования зависит от порога чувствительности схемь дифференцирования, определяющей начало фазового перехода. .

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термо.электрический термометр, снабженный калибратором, измерительный прибор, первый и второй сумматоры, коммутаторы, источники эталонных напряжений, блоки коррекции аддитивной и мультипликативной составляющей погрещности, блок управления 2.

В этом устройстве в-автоматическом режиме осуществляется коррекция как аддитивной, так и мультипликатевной составляющей погреишости термоэлектрического термометра в широком диапазоие температур, а не только в точках калибрования.

Однако как и устройстве 1 , момент начала калибрования определяется с помощью схемь; дифференцирования, входящей в состав блока управления, что не позволяет получить высокой .точности калибрования, а следовательно, и томности измерения температуры. Кроме того, в этом устройстве остается нескомпенсированной нелинейная составляющая погрешности термо.электрического термометра.

Для того, чтобы это устройство, работало в многоканальных системах, оно должио быть дополнеио входным коммзпгатором сигналов термоэлектрических термометров управляемым блоком управления, а также в соответствии с Ьислом каналов должно быть з еличенр число {блоков адитавной и мультипликативной составляющей погрешности и число источников эталонных напряжений, KOTopbie могут быть объединены в блок эталонных напряжений с распределителем. Этот распределитель может взять на себя функции некоторых коммутаторов устройства. Это непосредственно вытекает из требования многоканапьности устройства и не вн6сит существенной новизны в устройство, а также н обеспечивает повышение точности измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Постав л еннан цель достигается тем. Что в устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием каналов, содержащее термоэлектрические термометры с встроенными калибраторами, выходы которых через входной коммутатор подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй сумматоры, коммутатор, блок эталоннь1Х напряжений, соединенный; входом и выходом с распределителем, и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам распределителя и входного коммутатора, введены блок анализа, блок памяти, переключатели, два умножителя, квадратор, блок аппроксимащга norjpeumOtTH и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока анализа, выход соединен с распределителем, а вход соединен с вь1х6д6м аналого-цифрового 1феЬбразователя И входом первого переключателя, выходы которого соединены с первым умножителем, квадратором и входом первого сумматора, второй вход KoJPoporo соединен с вторым переключателем, а выход - с входом третьего переключателя, выходы которого соединень с блоком тздикащш и блоком анализа, выход которого через коммугатор соеданен со счетчиком каналов, соединенным с блоком управления, а квадратора Соёдйней с йХбдЬй второго; .умножителя, соединенного с входом второго сумматора, второй вход которого соединен с Лмходом первого умноямтеля, а выход сО дииен с входом второго переключателя, соёйине HOfo с вькОдом распределителя, вход которого соединен с третьим переключателем, а выходы соединены С входами второго сумматора и ум сожителей, причем входы и выходы блока памяти и блока аппроксимации погрешности под кйючены к распределителю, а выходы блока .управления соединены с блоком анализа, управляющими входами переключателей, входами коммутатора, квадратора, умножителей и сумматоров.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит термоэлектрические тер. мометры с встроенными калибраторами 1, выходы которых через входной коммутатор 2 подключены к входу аналого-цифрового преобразователя 3, первый и второй 5 сумматоры, блок эталонных напряжений 6, соединенный входом и выходом с распределителем 7, блок управления 8, блок Аппроксимации погрешностей 9, блок памяти 10, ключ 11, блок анализа 12, коммугатор 13, счетчик каналов 14, первый переключатель 15, второй переключатель 16,

третий переключатель 17, первый 18 и второй 19 умноясители, квадратор 20 и блок индикации 21.

Калибраторы, вст роенные в защитные чехлы термопар, содержат три плавкие вставки и обеспечивают формирование в зоне горячего спая трех различньгх и точно известных температур TI, Т2 и Тз с продолжительностью постоянства температуры 20-40 с. В блоке эталонных напряжений 6 в двоичном коде записаны числа, соответствующие ставдартным значениям ЭДС термоэлектрических термометров при температуре TI, Тг и Tj.

Устройство работает следующим образом. В режиме Калибрование оператор путем задания соответствующей уставки регулирова11Йя переводит объекты, на которых калибруются термоэлектрические термометры, в режим нагрейа или охлаждения. Этот режим -может быть совмещен, например, с выходом объективов

на технологический режим, если температура Тз лежит в зоне этого режима.

Предположим, что система имеет п каналов, а калибруется канал N 1. Выходной сигнал первого тёрмоэлёктртеского термометра через

коммутатор 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователи 3, с выхода которого сигнал температуры в двоичном коде через переключатель 15 поступает на вход сумматора 4/ На другой вход этого сумматора через переключатель 16 и распределитель 7 из блока рамяти 10 поступает О. При этом информации, поступающая из блока памяти 10 или блока эталонных напряжений 6, пО команде блока управления 8 может подвергаться инвентированию, таким образЬм, чтобы на вход переклюЧ1ателя 16 поступала разность сигналов. Итак, сигнал текущей температуры без изменений поступает на вход блока анализа 12. Блок анализа 12 представляет из себя логическое устройство с синхронизирующим и рабочим входом и двумя выходами. При поступлении положительного или отрицательного сигнала на рабочий вход сигнал управления формируется на выходе блока анализа, соединенного с управляющим входом- ключа 11. Если же при подаче на синхронизирующий вход блока анализа 12 с выхода блока управления 8 команды, разрешающей прием информации, на рабочий вход поступает О, сигнал вырабатывается на выходе блока анализа, соединенного с входом коммутатора 13. В рассматриваемом случае, вырабатывается сигнал управления ключом 11, и сигнал текущей температуры записывается в соответствующей ячейке блока памяти 10. После прохождбния полного цикла опроса каналов системй Си нал текущей температуры вновь поступает на вход сумматора 4. На другой вход сумматора 4 поступает сигнал температуры этого Канаиа , в предыдущем цикле. Так как этот сигнал инвентируется, то на блок анализа 12 поступает разность сигналов и, как и в предьщущем случае, формируется команда управления ключом 11, и в блок памяти 10 записывается новое значение температуры, а сигнал темперйту ры предыдущего цикла автоматическ и стирается. При плавлении первой вставки калибратора при температуре Т, температура горячего спая калибруемого термоэлектрического термометра остается постоянной, и сигналы температур двух циклов совпадают. Тогда сигнал совпадения с блока анализа через коммутатор 13 поступает на вход интегрирующего счетчика первого kaHa ла 14. Если этот процесс повторяется для калибруемого канала m раз (до заполнения счетчика 14) в блок управления 8 поступает команда начала калибрования. Тогда на вход сумматора 4 через переключатель 17 из блока эталонных напряжений б поступает сигнал, соответствующий стандартной ЭДС термометра . при температуре Tj. Разность сигналов текущей температуры канала и действительной темпера-, туры плавления вставки калибратора Tj через переключатель 17 и распределитель 7 записьгоается в блоке памяти 10. Это число будет соответствовать погрешности калибруемого термометра при температуре Tj. Аналогичным образом будут сформированы и записаны в блоке памяти 10 погреншости Atj и Atj соответственно, при температурах Tj и Тз для всех калибруемых термометров. Дале сигналы, соответстеующие Ati, At2 и А1з из блока памяти 10 через распределитель 7 поступают на входы блока аппроксимации погрет.ности 9. Этот блок является специализирован|ным решающим устройством для определения коэффициентов BQ, а, а системы трех уравнений вида Зо + а. Т, +82, At, Эо + BiTj + а2Т2 Atj Зо +а,Тз +3jT3 At3 При поступлении на входы этого блока сигналов, соответствующих Atj, Atj и Д1з, на его выходах формируются сигналы, соответствующие Зд J 3 J 32, которые через распределитель 7 запоминаются в блоке эталонных напряжений 6. По времени процесс определения коэффициентов Зо, 3i, 82 для одних каналов совпадает 9 определением погрешностей Ati; Д1з для других каналов, после того, как в блоке эталонных напряжений запомнились сигналы, соответствующие коэффициентам 8о, з,, з, для всех калибруемых каналов режим Калибрование закончен.. В режиме Измерение с выхода аналогоцифрового преобразователя 3 на входы квадратора 20 и умножителя 18 поступает сигнал текущей температуры, а из блока эталонных напряжений 6 через ра:спределитель 7 на входь умножителей 18 и 19 и сумматора 5 поступают соответственно сигналы, соответствующие коэффициенты а, aj и Зо, сформированные для данного канала в режиме Калибрование , тогда на выходе сумматора 5 формируется сиг|нал коррекции вида AT - Зо + 8tT + ЗзТ, где Т -Текущая температура канала. Этот сигнал через переключатель 16 поступает на вход сумматора 4, где складывается с сигналом текущей температуры канала. На блок индикации поступает скорректированный с учетом погрешности канала сигнал температуры. Существенным преимуществом описываемого устройства по сравнению с прототипом является более высокая точность измерения, так как принятая в устройстве полиноминальная аппроксимация погрешности компенсирует аддитивную, мультипликативную и нелинейную составляющие погрешности канала измерения. Высокая степень приближения корректирующего воздействия и кривой погрешности сохраняется и при существенной нелинейности этой кривой, В описанном устройстве калибруется весь измерительный тракт, включая и аналого-цифровой преобразова1ель, что создает значительные технико-экономические преимущества. При этом же уровне основной погрешности канала за счет переодической погрешности могут бьггь снижены требования к тем элементам измерительной системы, для которых доминирующей роставляющей погрешности является дрейф ристематической погрешности. Кроме того, можНо существенно увеличить быстродействие канала (обычно, при у1величении быстродействия погрешность увеличивается), так как наиболее . ЙШШЕШ ШдтШШийй пот)Ыш кана- ж-Ш11шмбш т ршзштртееш ра и линии все равно компенснруется. УвёлИ ченне &bicTpofleAcTBal°npHBo5iKt к уЬйличению числа каналов (до коммутатора) и, следоваТЙ1ЫГО, к снижений) стоимости одного канала. Устройство может найта Timpoicoe TfjpiiMeHe- ние в автьматизирова яых систёМгйс уТфавле Iffi тНнолбгическйми п сГцессШйтТсКязайНымк сиэмерешем температуры в различ гых обласд ях промышлеййо1-(Г производства. Формула изобретения ШогокаНальное устройсйб дпй Шмёрёния температуры с автоматическим калиброванием кШШйвГсЬЙёрШйЦёё fёрмоэдёктфйческие термоMetpbi с встроешыми калибраторами, Выходы Которых через входной KoKiKiytatOp подключены k входу аналого-цифрового преобразователя, первь1Й и второй сумматоры, коммзггатор, блок ; лалонных напряжений, соединённый входом и выходом с распределителем и блок управления, ЖйЙйб к тЬрЬго Т1бдкл| очены к управляющим fхбШ 1р1аШр|ёдёШ±ёля и входИогО коммутатора, о т п и ч а to щ её с я тем, что, с целью повы ШШГ1Ъвдости измерения, в йего введены блО анализа, блок ftaSiiifmi, переключатели, два ум йОжитёля, квадратор, блок аппроксимации поrpeilMOdTH И ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока анализа, выход среданеи с распределителем, а Вхйд соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и ЖодО Первого Переключателя, выходы которого соединены с первым умножителем, квадратором и входом первого с тиматора, второй вход которого соединен с вторым переключателем, а выход - с входом третьего переключагеля, выходы которого соединены с блоком индикации I блоком анализа, выход которого через йбкГйутгатор соединен со счетчиком каналов, соединенным с блоком управления, а выход квадратбр а соединён с Входом второго умножителя, соединенного с входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого умножителя,.,а выход соединён с входо1М второго переключателя, соединенного с вьгходокй распределителя, вход которого соединен с третьим переключателем, а выходы соединеныс входами второго сумматора и умножителей, причем входы и выходы блока памяти и блока аппроксимации погрешности |П9Д1слючены к распределителю; а выходы блока управления соединены с блоком анализа, управляющими входами переключателей, входами коммутатора, квадратора, умножителей и сумматоров. Источники информации, , прйнятъгё во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 569876, кл. G 01 К 7/02, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2463860/18-10, кл. G 01 К 7/02, G 01 К 15/00, 1977 (прототип).