Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры термоэлектрическими преобразователями с автоматической калибровкой измерительного канала. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры . После первого прохождения значений температуры объекта измерения в регистрах 17 и 18 хранятся коды поправок . После этого процесс калибровки заканчивается и устройство переходит в режим измерения с коррекцией. Код основного измерительного сигнала поступает на интерполятор 19, функцией которого является вычисление кода поправки для текущей температуры по известным значениям поправок для известных температур и известному текущему значению измерительного сигнала . Полученный на выходе интерполятора 19 код поправки подается на вход сумматора 16, на второй вход которого подается код текущего измерительного сигнала, а на блок индикации - скорректированное значение кода с учетом поправок, компенсирующих собственные погрешности термоэлектрических преобразователей, соединительной линии, коммутаторов. Описана работа блока 20 синхронизации. 5 ил. i (Л

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 К 7 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3796103/24-10 (22) 02,10.84 (46) 07 01 87. Бюл. N- (71) Тернопольский финансово-экономический институт и Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (72) Ю.В.Поздняков, А.А.Саченко, А.Л.хлюнев и А.В.Позднякова (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 718725, кл. G 01 К 7/02, 1978.

Авторское свидетельство СССР

9 1236330, кл. С Ol К 7/02, С 01 К 15/00, 01.08.84. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к устройствам для измерения температуры термоэлектрическими преобразователями с автоматической калибровкой измерительного канала. Цель иэобретения— повышение точности измерения температуры. После первого прохождения значений температуры объекта измерения в регистрах 17 и 18 хранятся коды поправок. После этого процесс калибровки заканчивается и устройство переходит в режим измерения с коррекцией.

Код основного измерительного сигнала поступает на интерполятор 19, функцией которого является вычисление кода поправки для текущей температуры по известным значениям поправок для известных температур и известному текущему значению измерительного си".— нала. Полученный на выходе интерполятора 19 код поправки подается на вход сумматора 16, на второй вход которого подается код текущего измерительного сигнала, а на блок индикации — скорректированное значение кода с учетом поправок, компенсирующих собственные погрешности термоэлектрических преобразователей, соединительной линии, коммутаторов. Описана работа блока 20 синхронизации. 5 ил.

1281921 2

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры термоэлектрическими преобразователями с автоматической калибровкой измерительного канала, и может найти применение в различных областях промышленности для измерения и контроля температуры в технологических процессах, требующих точного измерения температуры.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры за счет сквозной калибровки всего измерительного канала и последующей автоматической коррекции суммарной погрешФ ности измерения.

На фиг.1 приведена структурная „. схема устройства; на фиг.2 — графики, поясняющие работу устройства; на фиг.3 — один из вариантов блока синхронизации; на фиг.4 — схема интерполятора; на фиг.5 — алгоритм работы устройства.

Устройство для измерения температуры содержит два термоэлектрических преобразователя 1 и 2 с калибраторами, два компаратора 3 и 4, первый управляемый коммутатор (УК,) 5, первый . аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) 6, блок 7 индикации, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 8, второй управляемый коммутатор (УК )

9, второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) 10, три постоянных запоминающих устройства 11 — 13,три сумматора 14 — 16, два регистра 17 и

18, интерполятор 19 и блок 20 синхронизации.

Рабочие спаи первого 1 и второго

2 термоэлектрических преобразователей помещены в герметизированные полости двух измерительных зондов 21 и 22 и электрически изолированы от стенок этих полостей, например, высокотемпературной керамикой, полости заполнены двумя различными реперными материалами 23 и 24 с известными температурами фазового перехода, лежащими в пределах рабочего диапазона измерения температуры.

Блок 20 синхронизации выполняет функцию управления и синхронизации работы всех блоков устройства и может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.3. Он содержит два элемента ИЛИ 25 и 26, элемент НЕ 27, формирователь 28 импульсов, три груп35 протекания фазовых переходов (фиг.2а).

45

5

f0

30 пы элементов И 29-31, группу элементов ИЛИ 32, регистр 33 микрокоманд, блок 34 памяти микрокоманд, регистр

35 адреса, два триггера 36 и 37, два элемента 38 и 39 задержки.

Устройство работает по алгоритму, схема которого приведена на фиг.5.

При первичном включении устройства температура объекта измерения предполагается лежащей ниже нижней границы рабочего диапазона температуры устройства.

При повышении температуры объекта измерения ее значение в некоторые моменты с, и С достигает, а затем и превышает значения температуры Т< и Т фазового перехода реперных материалов, содержащихся в полостях калибраторов, в которых размещены рабочие спаи (РС) первого и второго термоэлектрических преобразователей.

На промежутках времени ь, — < и Тз— когда в массе реперного материала каждого из калибраторов протекают процессы фазового перехода, темпера-, тура рабочих спаев термоэлектрических преобразователей и, соответственно, термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей остаются постоянными.

Благодаря этому на графике зависимости термо-ЭДС от времени для каждого из термоэлектрических преобразовате.лей (ТЭП) возникают пл. щадки стабильности"., соответствующие времени

Поскольку первый и второй ТЭП соединены последовательно-встречно,их разностная термо-ЭДС

Ер(о) .=.Е((-.) — Е,(ь) (1) на промежутках, — ь и оз — ь отличается от нулевой, причем импульсы

Ер(Ф) при изменении температуры в области Т., и Т имеют противоположные знаки (фиг.2F), а в течение всего остального времени раэностная ЭДС близка к нулю ввиду равенства температуры рабочих спаев обоих ТЭП.

Это позволяет использовать значение разностной ЭДС и ее знак для автоматической идентификации периодов протекания процессов фазового перехода в реперных материалах. Разностная ЭДС поступает на вход АЦП 10, откуда ее код подается на компаратор 3, где и сравнивается с значениями кодов уставок К рь и Ер„, причем Е >О, E,„„< 0.

3 12819

Моменты равенства Е значениям коP дов уставок определяют моменты начала и конца фазовых переходов.

Возможны три случая: Ер Е рв > E r Eð„ и Ер EPí каждому 5 иэ которых соответствует определенное состояние выходов компаратора. В первом случае единичный сигнал появляется только на третьем выходе компаратора 3, во втором — на втором 10 выходе и в третьем — на первом выходе.

Выходные сигналы компаратора 3 подаются на управляющие входы управляемых коммутаторов 5 и 9. При подаче на первый вход коммутатора 5 нулевого сигнала, а на второй вход — единичного сигнала на его выходе появляется сигнал Ер, при подаче нулевых сигналов сигнал на его выходе зави 20 сит от сигналов на третьем и четвертом управляющих входах, а при подаче на первый вход единичного сигнала, а на второй вход нулевого сигнала на его выходе появляется сигнал Е .

Состояния коммутатора 5 в зависи.мости от сигналов, поступающих на

его третий и четвертый управляющие входы, следующие.

При подаче нулевого сигнала на 30 третий вход и единичного сигнала на четвертый вход на его выходе появля-! ется сигнал Е, при подаче единичного сигнала на третий вход и нулевого сигнала на четвертый на его выходе 35 сигнал Е< .

С выхода коммутатора 5 сигналы

Е < и Е поступают на вход АЦП 10, где преобразуются в цифровой код, и далее через коммутатор 9 поступают в 40 зависимости от сигналов на его управляющих входах на один из сумматоров

14, 15 или 16.

Так, при наличии нулевых сигналов на первом и втором и единичного сиг- 45 нала на третьем входах выход АЦП 10 подключается к входу сумматора 14, при наличии единичного сигнала на втором входе — к входам компаратора

4 интерполятора 19 и сумматора 16, а 50 при наличии единичного сигнала на, третьем входе — к входу сумматора 15.

Таким образом, в периоды протекания фазовых переходов в реперных материалах калибраторов выходы соответствующих ТЭП подключаются через коммутаторы 5 и 9 и АЦП 10 к сумматорам 14 и 15, на вторые входы которых

2l 4 подаются из ПЗУ 12 и 13 коды номинальных значений выходных сигналов

".<ном(Т< ) > E< íoм(Т ) тех же ТЭП при тех же температурах Т< и Т . При этом на выходе сумматоров получаем код абсолютной погрешности << Е,(Т,) и h E<(T ) первого и второго ТЭП при температурах Т< и Т в соответствии с выражениями

Полученные коды абсолютной погрешности дают оценку суммарной погрешности ТЭП; соединительной линии,oánux ксц1мутаторов и АЦП. Поправки ьЕ„, (Т, ), h Е„ (Т ), представляющие собой абсолютные погрешности, взятые с обратным знаком

1 EÄÄ (T< ) Е< (Т<);

<< Еп2 (Т ) = — д Е (Т ) < (3) просуммированные с измерительным сигналом, обеспечивают коррекцию всех перечисленных выше составляющих погрешности

|< E«< (T< ) + E<,(T< ) Е<ном (Т< ) 1

Таким образом, после первого прохождения значений Т< и Т температурой объекта измерения в регистрах 17 и

18 хранятся коды поправок ь Е„, (Т<) и и Е„ (Т ). После этого процесс калибровки считается завершенным и устройство автоматически переходит в режим измерения с коррекцией. Графики зависимостей Е,(<,), Ez(<,) приведены на фиг.2а.

Выполнение условия Е р F р > Е „ означает, что ни в одном иэ реперных материалов не протекает процесс фазо-. вого перехода (график Е (г) на фиг.25), При этом вход управляемого коммутатора 9 соединен с его третьим выходом и код измерительного сигнала поступает на компаратор 4, интерполятор 19 и сумматор 16. Одновременно на входы компаратора 4 подаются значения кодов Е< 40M(T< 2 н<<м (Т ) иэ ПЗУ 1 2 и

13. В результате сравнения текущего кода измерительного сигнала Е(Т) с указанными выше уставками в компараторе 3 формируется выходной сигнал, управляющий переключением управляемого коммутатора 4 таким образом, что к входу АЦП 10 в режиме измерения оказывается подключенным тот из ТЭП, который калиброван при температуре, наиболее близкой к текущей.

При этом, если E() 1/2(Е „„,„(Т,)+

+Е „„(T<)), то на первом выходе ком5 l2 паратора 4 появляется единичный, а

»а втором — нулевой сигналы. Если

Е(Т) ь 1П(Е,„,„(Т,)+Е,„,„(Т,)), то Hà первом выходе компаратора 3 нулевой, а на втором выходе единичный сигналы. Графики выходного напряжения компараторов 3 и 4 приведены соответственно на фиг.2 6, z,y, е.

Код основного измерительного сигнала Е(Т). поступает далее на интерполятор 19, функцией которого является вычисление кода поправки hEÄ(T) для текущей температуры Т по известным значениям поправок ЬЕ„, (Т ) и

ДЕ„ (Т ) для температуры Т, и Т и 1 известному текущему значению Е(Т) .

Интерполяция в простейшем случае может быть линейной, что приемлемо для случаев, когда зависимость погрешности измерения от температуры Т близка к линейной.

В качестве интерполятора может быть использовано любое вычислительное устройство или -специализированный вычислитель, выполненный, например, по схеме, приведенной на фиг.4.

Он содержит три регистра 40 — 42, три сумматора 43 — 45, два перемножителя 46 и 47 и элемент 48 задержки. В первом регистре 40 хранится код, пропорциональный величины А =

1 — в третьем регистре 42—

Т вЂ” Т, код -Т< . Сигнал, поступающий на управляющий вход интерполятора, разрешает его работу. В первом сумматоре

43 осуществляется операция нахождения величины В=(аЕ;, (Т ) — h Е„, (Т, )).

На выходе перемножителя 46 формируется код С = В А, на выходе сумматора

44 — код, пропорциональный величине

D=E(T) — !дЕ щ (Т,)у на Выходе перемножителя 47 — код В А D. Во втором сумматоре 45 осуществляется операция нахоидения величины ((дЕе,(Те)

hE п1 (Те )). Г E(T)-ЬЕ „„(Т, )3 /(T<-Т,))—

ДЕ„, (Т,).

81921 6

10 нулевой код, хранящийся в поле А 1

20 регистра 33 микрокоманд, через соответствующую группу элементов И 31 и группу элементов И 32 на входы регистра 35 адреса. Через промежуток . времени, определяемый параметрами второго элемента 24 задержки, в регистр 35 адреса заносится код, находящийся в поле регистра 33 микрокоманд. Через промежуток времени, определяемый параметрами первого эле30 мента 23 задержки, считанная из блока 34 памяти микрокоманд 34 информация заносится в регистр 33 микрокоманд. Сигналы синхронизации появляются на соответствующих выходах поля

35 микрокоманд регистра 33 микрокоманд.

При запуске узлов и блоков, обладающих постоянным временем выполнения операциц, сигнал присутствует также и на нервом выходе поля микрокоманд

40, регистра 33 микрокоманд.

Результат вычисления заносится сигналом, вырабатываемым элементом

48 задержки, Этот же сигнал свидетельствует об окончании работы интерполятора 19. Полученный на выходе интерполятора 19 код поправок h E„(T) для произвольной текущей температуры

Т подается на один из входов сумматора 16, на второй вход которого подается код текущего измерительйого сигнала Е(Т) . Сумматор 16 реализует функцию F. (Т) = E (Т) + h Е „(Т), вследствие чего на вход блока индикации подается скорректированное значение кода с учетом поправок, компенсирующих собственные погрешности

ТЭП, соединительной линии, коммутаторов, АЦП.

Блок синхронизации (фиг.3) работает следующим образом.

При включении питания формирователь 28 импульса, вход которого подключен к источнику питания устройства, вырабатывает импульс начальной установки, устанавливающий в нулевое состояние первый 36 и второй 37 триг-. геры и регистр ЗЗ микрокоманд. На выходе элемента НЕ 27 появляется сигнал единичного уровня, пропускающий

При запуске узлов с переменным временем работы (АЦП б и АЦП 10),а также при запуске интерполятора 19 ответные сигналы этих устройств поступают на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 25. При поступлении сигнала на один из входов первого элемента ИЛИ 25 при помощи первого 38 и второго 39 элементов задержки осуществляется выборка из блока 34 памяти микрокоманд очередного управляющего слова.

Для анализа выполнения условий ис55 .пользуются сигналы опроса условий, формируемые на выходах поля условий регистра микрокоманд. Для осуществления перехода по условию в поле А 2 указывается адрес перехода. При вы1281921 Я полнении условия на выходе второго элемента ИЛИ появляется единичный сигнал, разрешающий прохождение ад— реса, указанного в поле А 2, через соответствующую группу элементов И

30 и группу элементов ИЛИ 32 на входы регистра 35 адреса.

Первый 36 и второй 37 триггеры служат для формирования условий выполнения этапов определения фазовых переходов и устанавливаются в единичное состояние при сигналах, включающих на табло индикацию о фазовых переходах реперных материалов.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее. два идентичных термоэлектрических преобразователя, рабочие спаи которых размещены в герметизированных полостях двух измерительных зондов, заполненных двумя реперными материалами с различной температурой фазового перехода, первые выводы соединены между собой, а вторые подключены к первому и второму входам первого коммутатора, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, два компаратора, постоянное запоминающее устройство и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры за счет сквозной калибровки всего измерительного канала и последующей автоматической коррекции суммарной погрешности измерения, в него введены три сумматора, два регистра, три постоянных запоминающих устройства, блок синхронизации, интерполятор, второй коммутатор и второй анал6го-цифровой преобразователь, вход которого соединен с вторыми выводами двух термоэлектрических преобразователей, а выход подключен к первому входу первого компаратора, второй и третий входы которого сое.5

45 динены соответственно с выходам| первого и второго постоянных запоминающих устройств, а первый, второй и третий выходы соединены с соответствующими входами второго управляемого коммутатора, вход которого подключен к выходу первого аналого-цифрового преобразователя, а первый и второй выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго, сумматоров, вто ые входы которых под- ключены соответственно к выходам третьего и четвертого постоянных запоминающих устройств, соединенных с первь м и вторым входами второго компаратора, выходы первого и второго сумматоров соответственно через первый и второй регистры подключены к первому и второму входам интерполятора, третий вход которого соединен с третьим выходом второго компаратора и первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с блоком индикации, а второй вход подключен к выходу интерполятора, при этом первые выводы термоэлектрическихпреобразователей соединены с третьим входом первого коммутатора, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и третьим выходами первого компаратора,о а третий и четвертый управляющие входы соединены с первым и вторым выходами второго компаратора, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей, постоянных запоминающих устройств, регистров, компараторов, интерполятора, сумматоров и блока индикации соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, первый вход которого соединен с первым выходом второго компаратора, второй и третий входы — с первым и третьим выходами первого компаратора. соответственно, а четвертый, пятый и шестой входы — с выходами готовности результата аналого-цифровых преобразователей и интерполятора.

1281921 у Fp

Ерн

У

A>s.1

ovnopn тоРа 7 и дам. 1

Комп. S

Р

Air. г

«она. 3 е 0

Шина Зыко8ным сиснаяо6 0С(ШВСбс)

Фиг. Ю

)28) 92) Начало

0Ха А неиа

ffem ап7иск А(П/О

Brn ладю .Фая перех72

Чтение ПЗУВ (код Е

Srn madn0

„агапе х.Т/ а скконп.3

$nwrgm. кримут 6о пол. Ef кор/нут 9пол.бык.А//П6 надх. Е/4 оннцл.ог dpi. Л(/П на& Е/Х

Ер ъЕрб да

ffem апуск Е /4 - бои.dE /) аписо оЕ / б РГf7 абпига/

Запуск Аllflf0

-код Е

Ер -rЕрн

Ва а скконп.д

Hem

Яа

ЕР0 Fp6

А(а

Ер <Ерн

//em

Вклтадло „ ,Реж. ияпер."

Bownma ю

Фаз перех. Т/

ыкл maenad

Лиепе хТ

/(оннул. 9— бхЗкоип. 4

Чтение ПЗУ/с

/З-Ьнон,Е но .

Нет ли а оь/ иена в,.. л ило шц икс чи ч

-код Е ап скА I6

3ап сиконп

Чтение РГ0/В апускинторптора/у бо/и dE (Т) Ви

Е(Т) Еср опуск быи. Едких/Т) Нет

Запуск &ока индикоиии (Индакациа Т) /(оннут. 3bnon. E (Т) L

OHH9m. бпол.Е Т

Are. Ф

Составитель В.Куликов

Редактор О.Бугир Техред JI.Олейник Корректор А.Обручар

Заказ 7254/37 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Произвбдственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 апуск А((П f0 (код Ер) Чтение ПЗУ // (кодЕ и) ап скконп.3

Hem опудробка до/полена

Яа

Зап скА//П6

Чтение .УУ/Я кодЕ/нон(Т/ ление ПЗУВ

-нодЕ 6 оп сниьчад

Яа иена

ffem ап скА((П

move у/ одЕрион(Т апуск Е / бом йЕ 2) апускА//П/0

-код F

Чтение У

//-кодЕ и