Способ измерения показателя тепловой инерции термопреобразователя с частотным выходом

 

Изобретение относится к теплотехническим измерениям. Цель изобретения - повышение точности измерения путем снижения методических и инструментальных погрешностей измерения. В момент достижения выходным сигналом термопреобразователя (Т) 1 частоты настройки компаратора 2 на его первом выходе появляется импульс, поступающий на первый вход блока 5 измерения временного интервала. Начинается измерение временной задержки блоком 5 и подсчет числа импульсов, поступающих с выхода Т 1 на вход счетчика 3. Через некоторый промежуток времени начинается подсчет счетчиком 4 импульсов во втором временном интервале, который равен по длительности первому. Значение показателя тепловой инерции (ПТИ) Т 1 вычисляется по приведенной формуле. Результаты измерения числа импульсов в обоих временных интервалах и значение ПТИ с выходов счетчиков 3 и 4 и блока 5 измерения временного интервала выводятся на блок 6 в цифровой индикации для вычисления ПТИ контролируемого Т 1. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 15/00

ОАХ11Тд. (, pv,. gg, д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3920627/24-10 (22) 01.07.85 (46) 07.02.90. Бюл. h 5 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) К.С.Семеннистый и Б.Е.Рыцар (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 267123, кл, С 01 К 15/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР

Р 7i98510> кл. G 01 K 15/00> 1979. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

ТЕПЛОВОИ ИНЕРЦИИ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ (57) Изобретение относится к теплотехническим измерениям. Цель изоб.ретения — повьппение точности измерения путем снижения метоцических и . инструментальных погрепностей измерения. В момент достижения выходным

„„Я0„„1541486 A 1

2 сигналом термопреобразователя (Т) 1 частоты настройки компаратора 2 на его первом выходе появляется импульс, поступающий на первьп вход блока 5 иэ мерения временно го интервала (ВИ) .

Начинается измерение временной задержки блоком 5 и подсчет числа импульсов, поступающих с выхода Т 1 на вход счетчика 3. Через некоторый промежуток времени начинается подсчет счетчиком 4 импульсов во втором временном интервале, который равен по длительности первому. Значение показателя тегловой (ПТИ) инерции Т l вычисляется по приведенной формуле.Результаты измерения числа импульсов в обоих временных интервалах и значение ПТИ с выходов счетчиков 3 и 4 и блока 5 измерения временного интервала выводятся на блок 6 в цифровой индикации для вычисления ПТИ контролируемого Т 1. 4 ил.

154 148б

Изобретение относится к электроиэмерительной технике, а именно к теплотехническим измерениям,. и может быть использовано при измерении по5 казателя.тепловой энергии (ПТИ) термопреобразователей температуры (в лабораторных и заводских условиях).

Целью изобретения является повышение точйости измерения путем сниже- 10 ния методических и инструментальных погрешностей измерения.

На фиг. 1 представлена временная зависимость выходной частоты термопреобразователя в период регулярного теплового режима, на фиг. 2 и 3— зависимости составляющих погрешностей измерения PTH от соотношвний

М М и - соответственно; на фиг. 4—

20 структурная схема устройства для реализации способа.

Способ осуществляют следующим образом.

Пусть выходная частота F(t) термопреобразователя в регулярном тепловом режиме изменяется по экспоненциальному закону, допустим по

30 затухающей экспоненте вида (фиг. 1)

Г () =Г, ехр (- т), t (1) где F — значение частоты термопреобразователя в момент начала счета импульсов

Р. — измеряемое значение PTH термопреобразователя.

Стационарное значение выходной частоты преобразователя в установившемся режиме, как не содержащее информации с ПТИ, не учитывают, так как средства цифровой измерительной техники позволяют просто осуществить измерение значения приращения частоты, вызванного скачкообразным температурным воздействием на термопреобразователь.

Осуществляя интегрирование выходной частоты термопреобразователя, например, с помощью счетчика импульсов, на протяжении некоторого промежутка времени Pt получают число импульсов, зафиксированное счетчиком. аа ае

11 j F(t)dt Р, 3 ехр(- )dt=F, (1о о

-ехр (- — ) .

$t (2) Спустя некоторый промежуток времени g(gt, т.е. до момента окончания первого временного интервала, начинают подсчет числа 1<1д импульсов во втором временном интервале, равном . по длительности первому .

v+

Nq= s F(t)dt=Fo J ехр(- ) dt=Fî<. t 1Ч f

-ехр(- -«;.) ехр(- ) .

ht 4 (3)

L <

N<

=ехр (p) .

Отсюда определяют значение ПТИ контролируемого термопреобразователя:,. Ч

<. =

ln N

N„ и Ng сопровождается некоторой абсолютной погрешностью измерения p N.

Дадим оценку среднеквадратичной погре<пности измерения <, вследствие влияния погрешностей измерения N< и

N<. При этом полагаем, что определяющее влияние на результат измерения оказывает погрешность hN а погрешностью измерения временной задержки < можно пренебречь, так как совмещенные средства измерения временных промежутков позволяют осуществить эту операцию с высокой точностью.

Расчеты показывают, что относительная среднеквадратическая погрешность измерения ПТИ равна:

=8N < f (ê), (5) — абсолютная среднеквадратичная погрешность измерения ; где Ь <.

nN

О»= — - относительная погрешность

N измерения числа импульсов

1,<

Отношение числа импульсов N<, зафиксированных счетчиком за первый промежуток времени, к числу импульсов N<<, зафиксированных счетчиком за .второй равный ему промежуток времени, равно:

15414

f ()=

М коэффициент, 35

40 зависящий от соотношения

Чиь

Иэ зависимости f (т„) (фиг. 2)

Ц видно, что значение функции имеет нечетко выраженныи минимум в области 10

: значений fф=l, т.е. минимальное значение коэффициента й„ц„(М )=2,88 достигается при соотношении 4 = . Это означает, что для обеспечения мини- 15 мально возможной погрешности измерения, с момент начала отсчета второt

ro интервала времени С длительностью должен быть смещен по отношению к моменту начала отсчета первого интервала на время, равное с . Поскольку значение t. является измеряемым и оно априори не известно, отсчет второго временного интервала следует начинать с момента и, когда выходное значение частоты термопреобразователя достигает уровня F, составляющего примерно 0,4 от первоначального значе-. ния F в момент времени t начала отсчета первого интервала.

Относительную погрешность измерения 8N можно также снизить путем рациональногб выбора времени dt подсчета числа импульсов.

Действительно

Я dN е р,11

*з / 1

F. (1-ехр (- (<)) На фиг. 3 гриведен график завиаг. симости f (- ), откуда видно, что при

Qt 1It - =2 ° .. 3 коэффициент f (-р;) отличаетI I ся от минимально возможного значения

yt

f> (y-) 1 не более чем на 107. Сле-. довательно, длительность промежутка подсчета числа импульсов М нецелесообразно выбирать более (2...3), так как это не приводит к дальнейшему снижению погрешности 8„, а лишь

1 увеличивает время процесса измерения.

6t

Таким образом, лишь при - 2...3 .

l и — l, т.е. когда временные промеМ жутки, в которых происходит подсчет числа импульсов выходной частоты термопреобразователя, перекрываются, 86

6 могут быть достигнуты минимально возможные значения коэффициентов, входящих в выражение для относительной погрешности измерения 8t., и обеспечена максимальная точность измерения значения ПТИ. Следовательно, минимальная погрешность измерения будет. обеспечена, если длительность интервала at подсчета числа импульсов Ni и N равна (2...3) i (что соответствует моменту достижения выходной частотой значения примерно 0,1 Fo ) а сдвиг момента начала второго временного интервала по отношении к первому равен (что соответствует моменту достк ения выходной частотой значения примерно 0,4 Fо).

Следует отметить, что вследствие размытости области минимума коэффи4 gt циентов f (к) и f (- ), задание уровЬ Ь ! ней отсчета временных интервалов F0 и F не критично по отношению к условиям обеспечения минимальной погрешности измерения. Однако измерение значения временного сдвига при этом должно быть выполнено с надлежащей точностью.

Следовательно, предлагаемый спо- соб измерения ПТИ термопреобразователя с частотным выводом позволяет не менее чем на 50K повысить точность измерения по сравнению с известным при использовании одних и тех же измерительных средств.

Способ измерения ПТИ может быть реализован с помощьи устройства, выполненного по структурной схеме, представленной на фиг. 4.

Устроиство для исследования термопреобразователя I содержит блок 2 частотных дискриминаторов, счетчики

3 и 4 импульсов, блок 5 измерения временного интервала и бЛок 6 цифровой индикации. При этом частотный выход термопреобразователя 1 соединен с блоком 2 частотных дискриминаторов и со счетными входами счетчиков 3 и 4, первый и третий выходы блока 2 частотных дискриминаторов соединены раздельно с входами блока

5 измерения временного интервала и входами "Пуск" счетчиков 3 и 4, а второй и четвертый выходы блока 2 частотных дискриминаторов подключены раздельно к входам "Стоп" обоих счетчиков импульсов. Выходы блока 5

1541486 8 водятся на блок 6 цифровой индикации и затем используются для вычисления значения ПТИ контролируемого термо1 преобразователя.

1п И /й где с„

ЧN< ннов

50 и счетчиков 3 и 4 подсоединены к входу блока 6 цифровой индикации.

Блок 2 частотных дискриминаторов сос тоит иэ четырех компараторов, кастро енных на частоты соответственно F

Fo=0 4 Ро э Ft О» 1 Fo и F 0,04 Fo 1 на выходе которых появляется сигнал логической единицы в момент достижения выходным сигналом термопреобраэователя соответствующей частоты настройки.

Устройство работает следующим образом.

В период регулярного теплового ре- 15 жима в момент достижения выходным сигналом F(С) термопреобразователя

1 частоты F настройки первого частотного компаратора блока 2 на его первом выходе появляется импульс, поступающий на первый вход блока 5 измерения временного интервала и на вход "Пуск" счетчика 3. Начинается измерение времени задержки 9 блоком

5 и подсчет числа импульсов И, по- 25 ступающих с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 3.

В момент достижения выходным ! сигналом F(t) значения F< на третьем выходе блока 2 появляется импульс, 30 поступающий на второй вход блока 5 измерения временного интервала и на вход "Пуск" счетчика 4. В этот мо- мент прекращается измерение промежутка времени. блоком 5 и начинается счет счетчиком 4 числа импульсов

N<, поступающих на его счетный вход.

Подсчет числа импульсов N счетчиком 3 прекращается в момент достижения выходной частотой термопреобра- 40 зователя 1 значения F<, о чем сигнализирует появление сигнала на втором выходе блока 2, поступающего на вход "Стоп" счетчика 3 ° Аналогично при достижении частотой F() эначе1 ния Р< на четвертом выходе блока 2 появляется импульс, поступающий на вход "Стоп" счетчика 4, прекращающий поступление на него импульсов с выхода термопреобразователя 1.

Результаты измерения N, N< и Ч с выходов счетчиков 3 и 4 блока 5 выФормула изобретения

Способ измерения показателя тепловой инерции термопреобразователя с частотным выходом, заключающийся в подсчете числа выходных импульсов термопреобразователя в двух равных

У интервалах времени в период регулярного теплового режима и последующем вычислении показателя тепловой инерции по расчетной формуле, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем снижения методической и инструментальной погрешности, подсчет числа импульсов производят в двух перекрещивающихся временных интервалах, первый из которых задают с момента начала подсчета импульсов до момента достижения выходным сигналом термопреобразователя значения, равного

0,08-0,15 от начального значения сиг" нала в момент начала счета импульсов, а второй промежуток времени формируют с момента достижения выходным сигналом уровня, равного 0,350,45 от начального значения сигнала в момент начала счета импульсов первого временного интервала, измеряют время задержки второго временного интервала по отношению к первому, а значение показателя тепловой инерции термопреобраэователя вычисляют по

Ьормуле показатель тепловой инерции термопреобразователя; время задержки второго временного интервала по отношению к первому; число выходных импульсов термопреобразователя за первый и второй интервалы времени соответственно.

1541486

05 10 f,5 7,0 7,5 ЗО 35 40 Я

moz.z

1541486

Редактор В,Петраш

Заказ 275 Тираж 489 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР!!3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, !О! (Ю

Составитель В.Куликов

Техред М.Дидык Корректор В.Кабаций