Устройство для измерения показателя тепловой инерции термопар Советский патент 1982 года по МПК G01K7/14 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, при измере- НИИ показателя тепловой инерции промышленных термопар в условиях естест венного теплообмена термопары со ере дои, в которой она находится. Известно устройство для измерения показателя тепловой инерции термопреобразователей, содержащее усилитель, корректирующее звено, делитель сумматор, счетчик импульсов tl. Недостатком устройства является низкая точность измерения. Известно также устройство для измерения показателя тепловой инерции термометров сопротивления, содержаще усилитель, коммутатор, запоминающее устройство с устройством сброса сигнала, две схемы сравнения, ключ, измеритель временных интервалов, источник нагрева термометра, переключатель 2. В устройстве термометр сопротивления включен к плечо мостовой схемы, которая перед измерением балансируется. При измерении показателя тепловой инерции термопары последнюю необходимо включать в специальную схему, обеспечивающую нулевой выходной . сигнал при различных температурах. Это ведет к снижению точности измерения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения показателя тепловой инерции термопары, содержащее наг- . реватель, усилитель, переключатель, запоминающее устройство с ключом сброса, масштабный усилитель, ана- логовый ключ, схему сравнения, устройство сброса, цифровой индикатор временных интервалов. В устройстве первоначально фиксируется уровень EQ - установившееся значение выходного сигнала тер39мопары, пропорциональное температуре среды, в которой она размещена. Затем,после нагрева термопары, измеряется промежуток д t между моменto, в которые тами времени выходной сигнал термопары достигает пороговых значений Е и Е. Подбором элементов масштабного усилителя добиваются выполнения соотношений0 272; ,10, при которых показатель тепловой инерции термопары , при этом TOMtjocTb измерения f пропорциональна точности выполнения упомянутых COOTЕГ t3h ношений между Е, Е и Недостатком устройства является то, что момент записи значения Eg и моменты t и tn разделены достаточно большим временным интервалом, за который из-за внешних воздействий, а также из-за нагрева термопары, тем гррату за контролируемой среды изменится, а устройство при фиксировании моментов времени t , и t ( по достиженйи сигналом термопары значений Е и €ij это изменение не учитывает Цейь изобретения - повышение точносШ измерения показателя тепловой ине|Я|Ии термопар. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены второй и третий блоки памяти с ключами сбро са, при этом все блоки памяти своими входа1 «4 подключены через первый аналоговый ключ к выходу усилителя, два логарифмирующих усилителя, подключенных к блокам памяти, причем выход первого блока памяти подключен к неинвертирующему входу первого логарифмирующего усилителя, выход второг блока памяти - к инвертирующему входу первого и неинвертирущему входу второго логарифмирующих усилителей, выход третьего блока памяти - к инвертирующему входу второго логарифмирующего усилителя, дифференциальный усилитель неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого, а инвертирующий вход - к выходу второго логарифмирующих усилителей, вто рой аналоговый ключ, через который и мерительный прибор подключен к выходу дифференциального усилителя, блок коммутации и сброса, который своими выходами подключен к управляющим вхо дам аналоговых ключей и ключам сброса блоков памяти, генератор импульCOB, выход которого подключен к тактовому входу блока коммутации и сброса. а чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения показателя тепловой инерции термопар содержит нагреватель 1, усилитель 2, переключатель 3 для подключения термопары h к нагревателю 1 или к входу усилителя 2, первый аналоговый ключ 5, содержащий элементы 6 и О коммутации для подключения выхода усилителя 2 к входам блоков 9-11 памяти с ключами сброса соответственно, первый логарифмирующий усилитель 12, неинвертирующий вход которого подключен к выходу блока 9 памяти, нвертирующий вход - к выходу блока 10 памяти, второй логарифмирующий усилитель 13, неинвертирующий вход которого подключен к выходу блока 10 памяти, инвертирующий вход - к выходу блока 11 памяти, дифференциальный усилитель 1А, нeинвepтиpyюu ий вход которого подключен к выходу логарифмирующего усилителя 12, инвертирующий вход - к выходу логарифмирующего усилителя 13, измерительный прибор 15, подключенный к выходу дифференциального усилителя 1 через второй аналоговый ключ 16, генератор 17 импульсов, подключенный к тактовому входу блока 18 коммутации и сброса, который содержит пятиразрядный регистр 19 сдвига, выход первого разряда которого подключен к управляющему входу элемента 6 коммутации, выход второго разряда - -к управляющему входу элемента 7 коммутации, выход третьего разряда - к управляющему входу элемента 8 коммутации, выход четвертого разряда - к S-входу первого RS-триггера 20, выход Q которого подключен к умравляющему входу второго аналогового ключа 16, и через инвертор 21 и логический элемент 22 :- к S-входу Btoporo RS-триггера 23, выход i которого подключен к одному из входов логического ключа 2, выход пятого разряда - к входам ключей сброса блоков 9-11 памяти, ключ 25 - для подачи нулевого потенциала на второй вход логического элемента 22 и на инвертор 2б, выход которого подключен к установочному входу регистра 19 сдвига и к КТВХОДУ RS-триггера 20, ключ 27 для подачи нулевого потенциала на вход инвертора 28, выход которого подключен к R-входу RS-триггера 23 причем второй вход логического ключа 2 является тактовым входом блока 18 сброса и коммутации, а его выход подключен к тактовому входу регистра 19 сдвига. Устройство работает следующим образом. Перед началом измерений производят кратковременное замыкание ключа 25 Сброс. Полученные при этом на выходах инвертора 26 и логического элемента 22 сигналы логической единицы устанавливают RS-триггер 20 по выходу Q и RS-триггер 23 по выходу состояние логического нуля, а пятира рядный регистр 19 сдвига - в состояние 00001. При этом второй аналоговый ключ 1б отключает измерительный прибор 15 от выхода дифференциальног 1усилителя 1, логический ключ 2 не пропускает сигнал от генератора 1 импульсов на вход регистра 19 сдвига, который сигналом логической единицы на в ыходе пятого разряда производит сброс в блоках 9 -11 памяти. ПосЛе нагрева термопары током нагревателя 1 ее подключают переключателем 3 к усилителю 2, напряжение на входе которого с этого момента време ни начинает убывать по экспоненте к значению, соответствующему температуре контролируемой среды. При кратковременном замыкании ключа 27 Пуск сигнал логической единицы, появляющийся на выходе инвертора 28, перебрасывает RS-триггер 23, выходной сиг нал которого открывает логический ключ 24. На вход регистра 19 сдвига начинают поступать тактовые импульсы от генератора 17, которые через постоянные интервалы времени At, равные периоду следования импульсов Т, посл довательно устанавливают выходы регистре 19 сдвига в состояния 10000, 01000, 00100, 00010. При этом сигнал логической единицы на выходах первы трех разрядов последовательно открывают элементы 6-8 коммутации в указанном порядке, и в блоки 9 - 11 памяти I эаг1исываются уровни напряжеНИИ Е, ЕлИ Ej, соответствующие выходным сигналам усилителя 2 через ин тервалы времени At. По окончании за писи уровней сигнала на выходе логарифмирую«; его усилителя 12 установитс сигнал, соответствующий lg((j), 9 36 на выходе логарифмического усилителя 13 - Ig(), а на выходе дифференциального усилителя Ц 1д{Е,-Е).1д() 1дГ(Е,-Е )/ /(,j)J . По сигналу логической единицы на выходе четвертого разряда регистра 19сдвига RS-триггер 23, сигнал на который поступает через инвертор 21 и логический элемент 22, перебрасывается в исходное состояние, закрывая логический ключ 2, RS-триггер 20перебрасьшается также и открывает второй аналоговый ключ 16, который подключает измерительный прибор 15 к выходу дифференциального усилителя И.. Показатель тепловой инерции термопреобразователей можно определить из выражения r At/ln()/()J. Это выражение можно привести к следующему виду At-lge/lg() ), В предлагаемом устройстве дифференциальный усилитель I имеет коэффициент усиления K(at.1g0) const. Таким образом, сигнал на его выходе, величина которого контролируется измерительным прибором 15, равен .1gr(,) /()1/r. Измерительный прибор, шкала которого проградуирована в значениях 1/S, показывает прямое значение. Применение предлагаемого устройства для измерения показателя тепловой инерции промышленных термопар позволяет повысить точность из юрения нестационарных температур контролируемых объектов, что ведет к упрощению, а следовательно, и к удешевлению систем автоматического контроля и регулирования технологическими процессами. Формула изобретения Устройство для измерения показателя тепловой инерции термопар, содержащее нагреватель, усилитель, переключатель, подключающий термопару к нагревателю или к входу усилителя, первый аналоговый ключ, первый блок памяти с ключом сброса.

измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены втррой и третий блоки памяти с ключами сброса, при этом все блоки памяти своими входами подклю чены через первый аналоговый ключ к выходу усилителя, два логарифмирующ усилителя, подключенных к блокам памяти, причем выход первого блона памяти подключен к неинвертирующему входу первого логарифмирующего усилителя, выход второго блока памяти - к инвертирующему входу первого и неинаертирующему входу второго логарифмирующих усилителей, выход третьего блока памяти - к инвертирующему входу второго логарифмирующего усилителя, дифференциальный усилитель неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого.

г„тл

,rfcL-zr

.-I

а инвертирующий вход - к выходу второго логарифмируюи его усилителей второй аналоговый ключ, через который измерительный прибор подключен к выходу дифференциального усилителя, блок коммутации и сброса, который своими выходами подключен к управляющим входам аналоговых ключей и ключам сброса блоков памяти, генератор импульсов, выход которого подключен к тактовому входу блока коммутации и сброса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР К 300783, кл. G 01 К , 1969.

2.Авторское свидетельство СССР f 525862, кл. G 01 К 15/00, 1975.

3.Авторское свидетельство СССР № 655912, кл. G 01 К 15/00, 1977 (прототип).

ff

i /f

I I

ur I