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

(S) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ЧАСТОТНЫХ ТЕРНОДАТЧИКОВ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения показателя тепловой инерции датчиков температуры с частотным выходом.

Наличие определенной массы у реального датчика температуры и конечной тепловой проводимости цепи датчик контролируемая среда не позволяет получить достоверную информацию о ,Q состоянии среды при резких колебаниях температуры последней . Изменение температуры датчика при воздействии на него скачкообразного изменения температуры выражается15

Т (TH - } , (1) где Т - температура датчика в момент времени t;

начальная температура среды, в которой находился датчик 20 .(начальная температура датчика j ;

Т - конечная температура среды, которую принимает датчик по

окончании переходного теплового процесса; Т - показатель тепловой инерции

датчика.

Для датчиков, обладающих близкой к линейной зависимости частоты выходного сигнала от температуры, можно записать выражение CD в следующем виде

(2)

f(t) (fv, - f.c) е f.

где f(t),fj,,fK - частоты датчика при температурах Т,Т,, Тц соответственно. Известно устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчиков, содержащее усилитель, к выходу которого подключено запоминающее устройство с ключом сброса, выход которого соединен с входом масштабного усилителя, аналоговый ключ, соединяющий два вывода масштабного усилителя с входом схемы сравнения, другой вход которой соединен с входом усилителя, одновибратор и три| rep, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, а выходы - к-управляющим входам аналогового ключа, причем один выход триггера подключен :также через одновибратор к ключу . сброса, запоминающего устройства, а другой - к управляющему входу цифрового регистратора . Недостатками устройства являются снижение точности измерений и помехо устойчивости устройства за счет выполнения дополнительного преобразования сигнала. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату предлагаемому является устройство дл измерения показателя тепловой инерции частотных термодатчиков, содержащее усилитель выходного сигнала, термодатчика, частотный нуль - орган, один из входов которого соединен с выходом усилителя, а выход через ключ, счетчик импульсов соединен с блоком цифровой индикации, перестраиваемый генератор опорной частоты, один из выходов которого соединен с входом частотного нульоргана, а другой - с управляемым входом клича ,„ а его вход - с -выходом частотного нуль-органа. Датчи подключенный ко входу усилителя, пе реносят из среды с одной температурой в среду с другой температурой Начинается переходный процесс. На частотный нуль-орган поступают частота f(t) с выхода усилителя и частота f с выхода генератора. В момент совпадения данных частот с выхода нуль-органа в генератор поступает сигнал, изменяющий его частоту с f на f . Одновременно открываетс ключ и сигнал с частотой f с выхода генератора начинает поступать на вход счетчика. Вторичное совпадение частот на входе нуль-органа ( ) вызывает закрытие ключа, остановку счетчика и возврат частоты генератора с f на f . Число импульсов, записанное в счетчике, индицируется на табло блока индикации. Устройство характеризуется значительной погрешностью измерения. Действительно, число импульсов, зап санное в счетчике,.пропорционально С только в случае, когда f | в формуле 2 равно нулю. Тогда , f(t)f l-t« (3) Записав 3 для моментов времени t-f и ti, соответствующим равенством f(t)f И f(t)f, определив отношеf и произведя преобрание f к зования, получаем ii-ti Число импульсов в счетчике равно N.f -.кт, где K-f ln(./f)rCoVst, &t t.- t ОтсодаТ- N/K. При определенном выборе f и f табло блока индикации показывает величину показателя тепловой инерции L2. В действительности f либо вообще не может быть равно нулю, либо равно нулю только при определенной температуре в зависимости от типа датчика), что существенно затрудняет проведение измерений с высокой точностью. Неравенство нулю величины не позволяет получить формулу (it ), которую реализует известное устройство, что вызывает погрешность измерений, зависящую кроме всего прочего от величины f. Цель изобретения - повышение точности измерения. Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве первый счетчик импульсов выполнен реверсивным, причем его управляющий сложением вход соединен с выходом частотного нуль-органа, а в устройство введены дешифратор, блок управления и второй реверсивный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу усилителя, управляющий сложением вход соединен с выходом частотного нуль-органа, а выход подключен к блоку цифровой индикации, причем выход первого реверсивного счетчика соединен с входом дешифратора, выход которого соединен входом блока управления и вторым управляющим входом перестраиваемого генератора опорной частоты, а выход блока управления подключен к управляющим вычитанием входам реверсивных счетчиков. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит усилитель 1 входного сигнала термодатчика, выход которого подключен к первому входу частотного нуль-органа 2, перестраиваемый генератор 3 опорной частоты, выход которого подключен к второму входу нуль-органа 2, первый реверсивный счетчик t, счетный вход кото5рого подключен к выходу генератора 3, второй реверсивный счетчик 5, счетныи вход которого соединен с выходом усилителя 1, а управляющий сло жением вход вместе с управляющим сло жением входом счетчика k подключены к выходу нуль-органа 2, блок 6 цифровой индикации, включенный на выходе второго реверсивного счетчика 5, дешифратор 7, включенный между выходом первого счетчика k и входом блока 8 управления, соединенного с вторым управляющим входом генератора 3. Выход блока 8 управления подключе К управляющим вычитанием входам реверсивных счетчиков 4 и 5. Устройство работает следующим образом. Датчик помещают из среды с температурой Т в среду с температурой Т, , начинается переходный процес Сигнал с датчика частотой f, усиленный усилителем 1, поступает на входы частотного нуль-органа 2 и второго реверсивного счетчика 5. Когда часто та датчика f сравняется с частотой f генератора 3, нуль-орган 2 выдает сигнал на управляющие сложением вход реверсивных счетчиков и 5 и на управляющий вход f- f генератора 3. При этом частотыгенератора изменяет ся со значения f на значение f, пе вый реверсивный счетчик начинает считать импульсы с частотой f, поступающие на его счетный вход с генератора 3, а второй реверсивный счетчик 5 начинает считать импульсы с частотой f, идущие с выхода усилителя 1. Когда частота датчика f сравнивает ся с частотой f генератора 3, частотный нуль-орган выдает второй си1- нал на управляющие сложением входы реверсивных счетчиков j и 5 который устанавливает работу. По окончании теплового переходного.процесса датчик принимает температуру Т, и на его выходе устанавливается сигнал с частотой f| , После этого подают команду на блок 8 управления с помощью например кнопки. Блок 8 управления выдаёт сигналы на управляющие вычитанием входы реверсивных счетчиков и 5. Из числа, хранящегося в счетчике 5 соответствующего поступившему в него количеству импульсов N за время t. , равное времени между двумя срабатываниями частотного нуль-органа, начинают вычитаться импульсы с частотой f fy.. Одновременно из зна56чения, хранящегося в счетчике 4, равного поступившему туда числу импульсов с частотой f за время t; начинают вычитаться импульсы с той же частотой f, поступающие с выхода генератора 3 Когда первый реверсивный счетчик возвращается в первоначальное состояние 00...О, срабатывает дешифратор 7 который подает сигнал на второй управляющий вход генератора 3 f f , устанавливающий частоту f и подает команду на блок 8 управления, сигнал с выхода которого поступает на управляющие вычитанием входы счетчиков и 5 и останавливает их работу. Число импульсов, записанное во втором реверсивном счетчике 5, пропорционально показателю тепловой инерции датчика, а табло блока 6 цифровой индикации показывает величину Т. Подсчёт количества импульсов частотой f(t) с момента t до момента t эквивалентно интегрированию выражения С2)по времени N. .--)) bt -ti --rCiH-fK)()4.(ii--t,) Ъа.-Ьг5ка1Ч-,) Отсюда Т UH-iicHe -€ ) 5 paПри этом знаменатель формулы вен (H-5K))--f(i2)-f(t,)-ff Таким образом 7-- a.(a-t-,) I ,Л Поскольку f и f заранее определены, то знаменатель формулы (6 представляет собой константу. Число N, , записывается во второй реверсивный счетчик 5 в течение времени t между срабатываниями нуль-органа 2. Разность Nj. - fK(t2. t) получают, вычитая из уже записанного в счетчике 5 значения N импульсы с частотой Гц в течение времени t - t . Период ut t для датчиков с разным t различен. Его значение запоминается первым реверсивным счетчиком следующим образом. Если из реверсивного счетчика вычитать импульсы с той же частотой, с какой производилась их запись (f), то время полного вычитания будет равно времени записи. Время между началом вычитания и моментом, когда состояние счетчика . ,

станет 00...О, а этот момент выделяется с помощью дешифратора 7; как раз равно at. Сигнал с дешифратора 7 через блок 8 управления останавливает работу сметчика 5, при этом в последнем остается записанным количество импульсов, равное

N-ti-tr (4- t) ., Удобно выбирать значение f - f

кратным , где п 1,2,3... В этом случае формула С6) имеет вид tr s

N.г-tгfк.Ч- Ц)3-10-Г

что позволяет индуцировать значение Т на табло блока 6 индикации в натуральных единицах без какого-либ поправочного коэффициента.

Как видно из приведенного анализа, предлагаемое устройство устраняет недостаток, имеющийся у прототипа, и производит обработку сигнала с учетом установившегося значения температуры Тц, что существенно повышает точность измерений. Автоматическая коррекция показаний по величине f позволяет снизить трудоемкость измерений, поскольку в известном устройстве для проведения измерений необходимо предварительно привести частоты датчика к нулю при температуре Т, а только после этого проводить измерения.

Применение предлагаемого устройства на заводах-изготовителях термодатчиков для автоматической сортировки последних позволяет повысить производительность и эффективность процесса измерения показателя тепловой инерции изделий.

Формула изобретения

Устройство для измерения показателя +епловой инерции частотных термодатчиков, содержащее усилитель выходного сигнала термодатчика, выход которого соединен с одним из входов частотного нуль-органа, другой 5 вход которого соединен с выходом перестраиваемого генератора опорной частоты, первый управляющий вход которого подключен к выходу частотного нуль-органа, первый счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с выходом перестраиваемого генератора опорной частоты, и блок цифровой индикации, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерений, первый счетчик импульсов аыполнен реверсивным причем его управляющий сложением вход соединен с выходом частотного нулъ-органа, а в устройство введены дешифратор, блок управления и второй реверсивный счетчик, счетный вход которого подключен к выходу усилителя, управляющий сложением вход соединен с выходом частотного нуль-органа, а

5 выход подключен к блоку цифровой индикации, причем выход первого реверсивного счетчика соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с входом блока управления и втои рым управляющим входом перестраиваемого генератора опорной частоты, а выход блока управления подключен к управляющим вычитанием входам реверсивных счетчиков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 655912, кл. G 01 К 15/00, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР № 712690, кл. G 01 К 7/1, 1973 (прототип) ,