Устройство для измерения меняющихся температур

 

Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретенияповьппение точности измерения путем уменьшения ошибки измерения, вызванной неточностью коррекции инерционности термопреобразователя. Устройство содержит термопреобразователь 1, усилитель 2, блок 3 вычитания, дифференциатор 4, регистратор 5, схему 6 сравнения , триггер 7, интегратор В, буферный каскад 9, конденсатор 10,ключ 11 и генератор 12 пилообразного напряжения . Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет на его выходе получить сигнал, пропорциональный как входному сигналу, так и его производной, с учетом тепловой инерции термопреобразователя 1 на основе развертывающего преобразования экспоненциального продифференцированного входного сигнала в относительную длительность широтно-модулированных сигналов, управляющих периодическим интегрированием напряжения, характеризующего тепловую инерцию термопреобразователя 1 с учетом предыдущего ре- -. зультата, благодаря чему компенсация - реализуется более точно, чем при отсутствии модуляции. 2 ил. S сл ./

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

< 11 4 C 01 К 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕflAM ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

, 21} 3910667/24-10 (22) 17.06.85 46) 150387Бюл. У 10 (71) Ленинградский технологический институт .холодильной промьппленности и Ленинградский электрохимический институт им. В.И.Ульянова(Ленина) (72) И.В.Герасимов, А.Н.Евстигнеев, А.И.Исакеев, А.П.Потоцкий и Н.M.Càôüянников (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 346598, кл. G 01 К 3/10, 1972. . Авторское свидетельство СССР

9 699353, кл. G 01 К 3/10, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕНЯЮЩИ(СЯ ТЕМПЕРАТУР (57) Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения— повышение точности измерения путем уменьшения ошибки измерения, вызванной неточностью коррекции инерционности термопреобразователя. Устройство.„SU„„3 296855 A 1 содержит термопреобразователь 1, усилитель 2, блок 3 вычитания, дифференциатор 4, регистратор 5, схему 6 сравнения, триггер 7, интегратор 8, буферный каскад 9, конденсатор 1О,ключ

11 и генератор 12 пилообразного напряжения. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет на его выходе получить сигнал, пропорциональный как входному сигналу, так и его производной, с учетом тепловой инерции термопреобразователя 1 на основе развертывающего преобразования экспоненциального продифференцированного входного сигнала в относительную длительность широтно-модулированных сигналов, управляющих периодическим интегрированием напряжения, характеризующего тепловую инерцию термопреобразователя 1 с учетом предыдущего результата, благодаря чему компенсация реализуется более точно, чем при отсутствии модуляцчи. 2 ил.

1296855

Изобретение относится к температур--. ным измерениям и может найти применение в информационно †измерительн системах при измерении меняющихся температур газовых потоков в нестацконарных условиях теплообмена систем охлаждения энергетических установок высокоскоростного наземйого транспорта.

Цель изобретения — повьш|ение точ1О кости измерения, путем уменьшения ошибки измерения, вызванной неточностью коррекции инерционности термопреобразователя °

1 »

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 — графики, поясня-, ющие работу устройства.

Устройство для измерения меняющихся температур содержит термопреобразователь 1 с предварительным усилите-. лем 2, выход которого подключен к первому входу сумматора блока 3 вычитания и к входу активного дифференциатора 4, регистратор 5, подключенный ь ) к выходу блока вычитания, схему 6 сравнения, первый вход которой под." ключен к выходу активного дифференциатора 4, триггер 7, В-вход которо-. го соединен с выходом схемы 6 сравпе" ния, а выход — с управляющим входом л интегратора 8. Устройство содержит также буферный каскад 9, конденсатор

10 ключ 11 и генератор 1:2 :пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом дифференци-35 атора 4„ выход пилообразного напряжения генератора 12 соединен с вторым входом схемы 6 сравнения, а тактирующий вход - с Б-входом триггера 7 и

cog управляющим входом ключа 11, включенного между выходом интегратора 8 и входом буферного каскада 9, к которому от общей шины подключен конденсатор 10, а выход буферного каскада 9 объединен с вторым входом блока 3 вычитания и с неуправляемым входом интегратора 8, на.управляющий вход <оторого подается постоянное напряжение

U {источник постоянного напряжения не показан).

Устройство работает следующим образом.

Пусть в качальный момент времени сигнал на выходе термопреобразовате$4;, ля 1 равен нулю, интегратор 8 сброшен, ключ 11 разомкнут, конденсатор

10 разряжен. С появлением сигнала от термопреобраэователя 1 усилитель 2 его усиливает (фиг.2), после чего сигнал поступает на первый вход блока 3 вычитания к вход активного дифференциатора. 4. На выходе дкфференциатора 4 появляется продифферекцированный сигнал (фиг.2б), поступающий на первый вход схемы 6 сравнения и на управляющий вход генератора 12, запуская его. При этом на первом выходе генератора 12 формируется последо" вательность импульсов Ф, представля< ющая собой периодически повторяющееся пилообразное напряжение (фиг.2в), а на втором выходе — последовательность импульсов Ф, (фиг.2г) с тем же периодом Т.

С приходом первого импульса второй импульсной последовательности íà Sвход триггера 7 последний устанавливается в единично= состояние, разрешая работу интегратора 8, на управляемый вход которого подается постоянное напряженке. В момент равенства сигналов с;выходов дифференциатора 4 и генератора 12 импульсов, поступающих на входы схемы 6 сравнения, на ее выходе появляется сигнал (фиг.2д) переводящий триггер 7 no R-входу в нулевое состояние., При э-ом интегратор 8 завершает работу по управляемсму входу, так как на его управля» щем входе присутствует сигнал "0" выхода триггера 7 (фиг.2е). Проинтегрированный сигнал с выхода интегратора 8 (фиг.2ж) поступает ка информа-ционный вход ключа ll и при появлении второго импульса второй импульсной последовательности на управляющем входе ключа ll заряжает конденсатор 10. Затем через буферный каскад

9 этот сигнал ноступает на второй вход блока 3 вычитания, а также по цепи обратной связи — на неуправляемый вход интегратора 8.

Блок 3 вычитания формирует сигнал, поступающий на регистратор 5 и соответствующий сумме сигналов от предварительного усилителя 2 и буферного каскада 9. Под воздействием второго импульса второй импульсной последовательности триггер 7 снова возвращается в единичное состояние, разрешая работу интегратора 8 дс нового момента совпадения напряжений на обоих входах схемы 6 сравнения. Интегратор

8 в это время выполняет интегрирование как по управляемому, так и постоянно по неуправляемому входам.

1?96855

В дальнейшем под воздействием очередных импульсов второй импульсной последовательности работа устройства полностью повторяется до тех пор, пока выходной сигнал активного диффе- 5 ренциатора 4 не становится равным нулю.

В основу построения устройства положен принцип получения выходного сигнала устройства, пропорционального О как входному сигналу, так и его производной с учетом тепловой инерции термопреобразователя на основе развертывающего преобразования экспоненциального продифференцированного входного сигнала в относительную длительность широтно модулированных сигналов, управляющих периодическим интегрированием напряжения, характеризующ го тепловую инерц преобразователя с учетом предыдущего результата, благодаря чему компенсация реализуется более точно, чем при отсутствии модуляции.

При изменени температуры на входе термопреобразователя 1 напряжение на

его выходе нарастает не мгновенно, а в соответствии с выражением

- f.1Е

U „= (l-e )U,, (!) 30 где !1 — напряжение на выходе термопреобразователя 1; установившееся значение по окончании переходного процесса; 35

E — постоянная инерции термопреобразователя 1; текущее время.

После усиления усилителем 2 сигнал, имеющий вид 40

U,, = KU (1 — e ), - 1с (2) где К„ — коэффициент усиления усилителя 2, поступает на первый вход блока 3 вы †читания и на вход дифференциатора 4.

На выходе дифференциатора 4 сигнал имеет вид

U =K„U K (е -e ) (3)

1 а -tlE - д!Е где Б„„ — напряжение на выходе дифференциатора 4; постоянная времени дифференциатора 4;

К вЂ” коэффициент передачи диф- 55 ференциатора 4.

На практике а - то выражение (3) можно упростить

-

U =KU -- — Ке

Зт ч ° С а (4) Продифференцированный сигнал поступает на первый вход схемы 6 сравнения и на управляющий вход генератора 12, запуская одновременно две импульсные последовательности Ф и ч

Ф с одинаковым периодом Т, выбранным из условия T « E . Последовательность Ф, представляет собой периодическое линейно изменяющееся напряжение вида гл

v/

Ua„q K„Uà д Кде (7) . где 19 — относительная длительность.

Таким образом, относительная длительность времени интегрирования на протяжении всего процесса дифференцирования изменяется по экспоненциальному закону.

Сигнал на выходе блока вычитания

U имеет вид

0 = 11„— U, (8) где U „ — выходное напряжение с буферного каскада 9, пропорциональное производной входного сигнала (фиг.2, 3).

Интегратор 8, ключ 11, конденсатор 10, буферный каскад 9 формируют сигнал 0 . Ключ 11 замыкается периодически в моменты времени t,,t

2Э ° ° Э определяемые последовательностью

Ф . Тогда с учетом условия (6) в момент времени t„ напряжение на выходе буферного каскада 9 равно где U„„ — амплитуда изменяющегося напряжения.

Последовательность Ф вЂ” это посч ледовательность коротких импульсов такая, что выполняется условие „ са Т, где — длительность одного импульса.

Начиная с некоторого момента триггер 7 первым импульсом последовательности Ф устанавливается в единичное состояние, тем самым разрешая работу интегратора 8 по управляемому входу.

Через интервал времени — Т

U (6)

Uorn на обоих входах схемы сравнения Ь сигналы равны. Разделив обе части выражения (6) на Т, получим

1?96855

Udt гг«-(=(1Т )U „.S ()f f) 20

Ьк(л г)

Выражение (10) является линейнь(м разностным неоднородным уравнением первого порядка. Решение этого уравнения следующее. 2r

=S + S (1 — - ) +

Т

БК(г-1 г;- f ?

Т .2. Т

+S () — — ) +...-S, (1---) +

tl- g ."г г.

+ U(o) (1 — )

?. (1l) где U(o) — напряжение на выходе буферного каскада в начальный момент времени

Если подобрать параметры цепи обратной связи интегратора 8 так, чтобы выполнялось условие

Т=? =7„, (12) то решение этого уравнения следующее:

).) =S

Бц(л) п

U (t)dt ьл-(т

=- — - ) Udt

Т о

Т ((3«) где U — постоянное напряжение на уп-. равляемом выходе интегратора 8.

Подставив выражение (8) в (13), получим

- т(С., Ь (Д . г (1 4)

К U sКде

Бк (I«1 «Uoi(«

В соответствии с выражением (9) на выходе блока 3 вычитания имеем

1 (h) =U (n-1) ——

6 к г ?, t„

1 (n-1) dt

У (91 л-( где U и U, — значения вы— (k(l1) Бг.(г«-(1 ходного напряжения соответственно в моменты времени „ и

?,и (. — постоянные интегрироУ вания интегратора по управляемому и )О неуправляемому входам.

Введем обозначения

te

S = --- U (t)dt.

Бч

1 15

Учитывая, что U „(„(зависит только от номера цикла и не зависит от времени, предстаьим выражение в виде

U,„,=КU, — КUe. + — t /s

- /

К« т K e

2 О.. а.:д 0

F ), Огл

При настройке корректирующей цепи в соответствии с условием с — . Р.

) а):. )62

П г«г, на выходе регистратора 5 получим

U = К U () 7)

Таким образом, выходной сигнал принимает установившееся значение в момент времени t,==--Т. По окончании переходного процесса выходной сигна": сумматора-вычитателя 3 определяется только составляющей с усилителя 2. формула и з о б р е т е н н я

Устройство для измерения меняющихся температур., содержащее термопреобразователь с предварительным усили-едем, выход которого поцключен к входу активного дифференциатора и первому входу блока вь(читаняя, вь:ход которого соединен с регистратором„ схему сравнения, первый вход которой подключен к выходу (ктинкого нифференциатора, га выход соединен с г,--;ходом триггера, выход которого подключен к управляющему входу интег-,.атора, о т л и ч а ю щ е е с я тем. :.то, с целью повышения точности измереяия путем уменьшения ошибки измеренил,вь(çванной неточностью коррекции инерционности термопреобразователя, в устройство введены буферный каскад, ключ, конденсатор и генератор пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом дифференциатора, выход пилообразного напряжени;-: генератора соединен с вторым входом схемы сраннения, а тактирующий выход подключен к S-входу триггера и управляющему входу ключа, вход которого соединен с вьгходом интегратора. а выход через буферный каскад соединен с вторым входом блока вычитания и с неуправляемым входом интегратора, управляемый вход которого соединен с источником постоянного напряжеHHH-,при этом конденс атер включен между входом буферного каскада и обшей шиной устройства.

3 БК

Составитель В. Куликов

Редактор С.Лисина Техред М.Ходанич Корректор С.ШекмарЗаказ 766/42 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Óæãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4