Устройство автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар Советский патент 1982 года по МПК G01K7/02 

(5А) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ТЕРМОПАР

1 :,:/

Устройство относится к электроиз- мерительной технике и предназначено для автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар при приемосдаточных испытаниях в соответствии с требованиями ГОСТ 6616-7.

Контроль динамических свойств термопар согласно требований ГОСТ осуществляется путем ручкой обработки to осциллограмм, на которых записываются их переходные характеристики. Такой контроль, особенно в условиях серийного производства, требует больших затрат труда и в ряде случаев не обес- js печивает требуемой точности.

Известны устройства для измерения постоянной времени термодатчиков, в основу работы которых положен метод фиксирования значений выходного на- . 20 пряжения термопары в ряд моментов времени на ее переходной характеристике и автоматической обработки этих результатов по алгоритмам, задаваемым схемной реализацией измерительной аппаратуры f 1 }, 2} и fj.

Однако этим решениям присущ общий недостаток - они основаны на том, что термопара представляет собой динамическое апериодическое звено первого порядка. В действительности термопары, особенно те, которые имеют чехол, сваренный с чувствительным элементом, в условиях испытаний, предусматриваемых ГОСТ с достаточной точностью описываются лишь апериодическим звеном не ниже третьего порядка. Поэтому использование для целей автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар известных решений приводит к значительным методическим погрешностям .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании к предлагаемому является устройство для измерения показателя тепловой инерции термопар.

содержащее переключатель рода работы нагреватель, измерительный усилитель ключ переключателя каналов сигнала термопары, запоминающий элемент установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, масштабный усилитель, трехполюсный аналоговый ключ, резистивный делитель напряжения, схему сравнения, триггер, одновибратор и цифровой регистратор.

В процессе измерения запоминающий элемент фиксирует установившееся значение выходного напряжения термопары Е, а масштабный усилитель и резистивный делитель формируют опорные на пряжения Е 1 , 272Ео и Е 1 ,1 Е 1)

Для экспоненциальной переходной характеристики апериодического звена первого порядка постоянная времени Т может быть определена как ti - ti

Т

h Но

(2)

еп

-k En

- 1

где t

в которые на переходной характеристике термопары фиксируются значения напряжений и Е-2. С учетом (1) урав-нение (2) преобразуется к виду

Т t, - t At (3) Интервал времени измеряется и выдается цифровым регистратором как величина показателя тепловой инерции термопары j.

Однако устройству в полной мере присуща методическая погрешность аппроксимации экспонентной реальной переходной характеристики термопары.

Цель изобретения -. повышение точности контроля величины показателя тепловой инерции термопар.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее измерительный усилитель, вход которого соединен с испытуемой термопарой, а выход через ключ переключателя каналов сигнала термопары с запоминающим элементом установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, резистивный делитель напряжения, введены блок порогового запуска, блок выделения начала регулярного режима, блок автоматики, запоминающие элементы промежуточных значений сигнала термопары с ключами сброса, вычитающие .элементы, компараторы, два двухпозиционных и два трехпозиционных логических элемента И и элементы

сигнализации, при этом входы всех запоминающих элементов связаны через ключи переключателя каналов с выходом измерительного усилителя, входы минус вычитающих элементов соединены с выходом первого запоминающего элемента промежуточных значений сигнала термопары, в точке начала регулярного режима входы выходами остальных запоминающих элементов промежуточных значений сигнала термопары, выход последнего вычитающего элемента соединен с резистивным делителем напряжения, а

s выходы остальных вычитающих элементов соединены с первыми входами компараторов, опорные входы которых присоединяются к выходу резистивного делителя напряжения, выходы

Больше или Равно компараторов соединены соответственно с первыми

входами первого двухпозиционного и трехпорционных логических элементов, И, а выходы Меньше подключены к

вторым входам трехпозиционных и к первому входу второго .двухпозиционного логических элементов И, входы блоков порогового запуска и выделения начала регулярного режима соедине- ны с выходом измерительного усилителя, выход блока порогового запуска связан с первым входом управления Подготовка блока автоматики, выход блока выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления Пуск блока автоматики, первый выход которого подключен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов, второй и последующие выходы блока автоматики соединены с входами управления ключей переключателя каналов, последний выход блока автоматики подключен также к вторым входам двухпозиционных и третьим входам трехпозиционных логических элементов И, выходы логических элементов подключены к элементам сигнализации, а блок автоматики снабжен третьим входом управления от внешнего сигнала

0 Сброс.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - графические переходные характеристики термопар.

Устройство содержит испытываемую термопару 1, измерительный усилитель 2, блок 3 порогового запуска, блок J выделения начала регулярного режима, блок 3 автоматики, ключи. 610 переключателя каналов сигнала термопары, запоминающие элементы 11 15 с ключами сброса, вычитающие эле менты 16-19, резистивный делитель 20 напряжения, компараторы 21-23, двухвходовые и 25 и трехвходовые 26 и 27 логические элементы И и эле менты сигнализации 28-31. На фиг. 2 обозначены: а, б, в переходные характеристики термопар с номинальным, меньшим и большим по казателем тепловой инерции; г точка перегиба переходной характеристики (начало регулярного режима) д - опорная точка характеристики; tfl - момент наступления регулярного - интервалы режима; Ц , t, 1, П 1, Брак задания допусков 1, П групп испытываемых термопар; пороговый сигнал запуска устройства (Jfj - значение сигнала в точке перегиба; и - установившийся уровень сигнала термопары; U -tU. ,. . . ,U f U. .значения сигнала термопары в моменты времени tp + t, , о Ч-- о + ЧИспытываемая термопара 1 через измерительный усилитель 2 присоедине на к входам ключей 6-10 переключател каналов, блока 3 порогового запуска и блока k выделения начала регулярного режима, выполненного, например в виде дифференцирующего звена. Выход ключа 6 соединен с входом элемен та 11 запоминания сигнала Uo, выполненного, как и элементы 12-15, напри мер, в виде интегратора, выходы ключей 7-10 - с входами элементов 12-15 запоминания сигналов UptU , и. Выход элемента 11 подсоединен ко входам Минус, а выходы элементов 12-15 присоединены соответственно к входам Плюс элементов вычитания 16-19. К выходу элемента 19 подключен резистивный делитель 20 напряжения, выходы же элементов 16-18 соединены Спервыми вхо дами компараторов 21-23, вторые (опорные) входы которых присоединены к выходу делителя 20. Выходы Больше или Равно компараторов 21-23 соединены соответственно с первыми входами логических элементов И 2426, выходы Меньше подключены соответственно к вторым входам элементов 25 и 27 и к первому входу элемента 25. Выход блока 3 порогового запуска связан с первым входом управления Подготовка блока автоматики 5, выход блока k выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления Пуск блока 5, первый выход которого подключен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов 11-15, второй и последующие выходы блока 5 соединены с входами управления, ключей 6-10, последний выход блока 5 подключен также к вторым входам элементов и 25 и к третьим входам элементов 26 и 27. Выходы логических элементов И подключены к элементам сигнализации 28-31, а блок 5 имеет третий вход управления от внешнего сигнала Сброс. Устройство работает следующим образом. Если термопара подготовлена к испытаниям согласно ГОСТ (находится при нормальной температуре), то си|- нал на выходе усилителя 2 минимальный, и ицблок 3 не возбужден, и в этих условиях подача команды Сброс приводит блок автоматики 5 в исходное положение, в котором кратковременный импульс на выходе 1 замыкает ключи сброса элементов 11-15 запоминания, подготавливая последние к работе. Далее термопара вносится в кипящую воду (на ее вход подается скачкообразное воздействие), и когда блок V фиксирует момент наступления регулярного теплового режима, блок автоматики по выходу II открывает ключ 6 и блок 11 запоминает уровень сигнала U. Интервалы времени Ц ,t,,....t-, через которые появляются импульсы на выходах II, III,..., I + 1 блока 5 устанавливаются конкретными значениями допусков на величину показателя тепловой инерции для каждой из I групп, на которые разделяются годные термопары. Итак, в заданные моменты времени tjj + t ,. . . , tp+t. отпираются ключи 7-9 (в качестве примера рассмотрено устройство контроля для I 3) ив элементах запоминания 12-1 фиксируются значения уровней сигналов термопары о+а ,. ..,. Затем с достаточной для наступления установившегося теплового режима термопары, лок 5 по выходу 1+2 отпирает ключ 10 и элемент 15 запоминает установившееся значение сигнала термоары U4 Тогда на выходах элементов вычитания 16-19 образуются уровни на- пряжения и lUj,,... ,U;,-,, последнее преобразуется резистивным делителем 20 к уровню 0,63 (,), который согласно требований ГОСТ является опорным. Посредством компа раторов 21-23 напряжения Ц ,U, сравниваются с опорным, комбинации дискретных сигналов с выходом компа раторов поступают на логические эле менты И , которые выполняют рЬль дешифратора. В зависимости от соотношений уравнений сигналов, зафиксированных запоминающими элементами и по разрешающему сигналу, поступающему на дешифратор с выхода 1-2 блока 5 срабатывает один из логических элементов и соответствующий элемент индикации. Если испытаниям подвергается тер мопара, имеющая переходную характеристику а,(фиг.2) то соотношение СИ налов, поступающих на компараторы, имеют вид и , и, ,63(Uy- Uo) Uj. Компараторы 21 и 22 выдают сигналы по выходам Меньше, компаратор 23 - Больше, срабатывают логи ческий элемент И 26 и элемент 30 сигнализации третьей допусковои труп пы (ранее принятого 1-3). Так как интервалы времени t, ..., неизменны, то очевидно, что термопары с меньшей величиной показателя тепловой инерции и большей крутизной нарастания переходной характеристики (например, кривая Г фиг. 2) будут относитьсяустройством в младшие допусковые группы, а с большей величиной показателя тепловой инреции (кривая-0) - в старшие, Наконец если 0,63(Uy-Uo) все компараторы выдают сигналы Меньше срабатывают последний двухвходозый элемент И и элемент сигнализации Брак. Таким образом, алгоритм функцио ыирования предлагаемого устройства отвечает требованиям, предъявляемым ГОСТ 6616-7 к контролю величины показателя тепловой инерции в процессе приемосдаточных испытаний термопар. Испытания макета устройства автомагического допускового контроля покапали, что применение его позволяет ;1овысить точность контроля в 22,5-рс1за по сравнению с результатам ручной обработки осциллограмм перехо ных характеристик термопар; затраты времени на проведение контроля при этом снижаются в 5-10 раз (в зависимости от квалификации оператора при существующем методе контроля). Формула изобретения Устройство автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар, содержащее измерительный усилитель, вход которого соединен с испытуемой термопарой, а выход через ключ переключателя каналов сигнала термопары с запоминающим элементом установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, резистивный делитель напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, введены блок порогового запуска, блок выделения начала регулярного режима, блок автоматики, запоминающие элементы промежуточных значений сигнала термопары с ключами сброса, вычитающие элементы, компараторы, два двухпозиционных и два трехпозиционных логических элемента И и элементы сигнализации, при этом входы всех запоминающих элементов связаны через ключи переключателя каналов с выходом измерительного усилителя, входы Минус вычитающих элементов соединены с выходом первого запоминающего элемента промежуточных значений сигнала термопары, в точке начала регулярного режима входы Плюс с выходами остальных запоминающих / элементов промежуточных значений сигнала термопары, выход последнего вычитающего элемента соединен с резистивным делителем напряжения, а выходы остальных вычитающих элементов соединены с первыми входами компараторов, опорные входы которых присоединены к выходу резистивного делителя напряжения, выходы Больше или Равно компараторов соединены соответственно с первыми входами первого двухпозиционного и трехпозиционных логических элементов И, а выходы Меньше подключены к вторым входам трехпозиционных и к первому входу второго двухпозиционного логических элементов И, входы блоков порогового запуска и выделения начала регулярного режима соединены с выходом измерительного усилителя, выход блока порогового запуска связан i

с г1ервым входом управления Подготовка блока автоматики, выход блока выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления Пуск блока автоматики, первый выход которого подключен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов, второй и последующие выходы блока автоматики соединены с входами управления ключей переключателя каналов, последний выход блока автоматики подключен также к вторым входам двухпозиционных и третьим входам трехпозиционны логических элементов И, выходы лом

гических элементов подключены к элементам сигнализации, а блок автоматики снабжен третьим входом управления от внешнего сигнала Сброс. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

k. Авторское свидетельство СССР W 655912, кл. G 01 К 15/00, 1979 (прототип). 2гг .Cffpoc