Способ определения показателя тепловой инерции частотных термопреобразователей и устройство для его осуществления
Изобретение относится к теплотехническим измерениям и позволяет повысить точность измерения. Для определения показателя тепловой инерции подсчитывают число выходных импульсов на стадии регулярного теплового режима в четырех последующих равных интервалах времени длительностью Д t, а значение показателя тепловой инерции определяют по выражению, приведенному в формуле изобретения. Сигнал с выхода термопреобразователя поступает через формирователь импульсов 1 и логические элементы 8, 9, 10 и 11 на входы логарифмирующих реверсивных счетчиков 13, 14. Генератор тактовых импульсов 2. асинхронные RS -триггеры 4,5,6,7, распределитель импульсов 3 обеспечивают формирование интервалов времени At, сдвинутых на интервал времени р. Окончательное формирование результата измерения осуществляется с помощью вычитающего блока 15, триггера 12, время - кодового преобразователя 16 и блока деления 17. 2 с. п. ф-лы, 3 ил. Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДETEflbCTSY 6 (21) 4798855/10 (22) 02.01.90 (46) 15.03.92. Бюл. М 10 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) К. С. Семенистый, Б. E. Рыцар и В. M. Николишин (53) 536.53(088.8) (56) Семенистый К. С. Об измерении показателя тепловой инерциичастотныхтермопреобразователей. — В кн. Контрольно-измерительная техника. Респ. межвед. н.-т. сб. Львов: Выща школа. Изд-во при Львовском ун-те, 1979, вып. 26, Авторское свидетельство СССР М 1545102, кл. G 01 К 15/00, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ЧАСТОТНЫХ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к теплотехническим измерениям и позволяет повысить точ„„5U„, 1719928 А1 ность измерения. Для определения показателя тепловой инерции подсчитывают число выходных импульсов на стадии регулярного теплового режима в четырех последующих равных интервалах времени длительностью Ь с, а значение показателя тепловой инерции определяют по выражению, приведенному в формуле изобретения. Сигнал с выхода термопреобразователя поступает через формирователь импульсов 1 и логические элементы 8, 9, 10 и 11 на входы логарифмирующих реверсивных счетчиков 13, 14. Генератор тактовых импульсов 2, асинхронные RS-триггеры 4,5,6,7, распределитель импульсов 3 обеспечивают формирование интервалов времени Ьt, сдвинутых на интервал времени у. Окончательное формирование результата измерения осуществляется с помощью вычитающего блока 15, триггера 12, время — кодового преобразователя 16 и блока деления 17. 2 с. и, ф-лы, 3 ил. 1719928 (2) Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к области теплоте:.нических измерений, и может быть использовано при измерении показателя тепловой инерции (ПТИ) частотных термопреобразователей (ЧТП), например, пьезокварцевых преобразователей температуры, как в лабораторных, так и в заводских условиях. Известен способ определения ПТИ термопреобразователей с частотным выходным сигналом, предусматривающий подсчет числа выходных импульсов ЧТП за определенный промежуток времени Л t в период его регулярного теплового режима с последующим вычислением значения ПТИ по расчетной формуле. При этом установившееся.значение выходной частоты термопреобразователя обязательно должно быть равно нулю, в противном случае способ обладает большой погрешностью измерения ПТИ. Известно устройство для измерения ПТИ ЧТП, реализующее указанный способ, содержащее формирователь импульсов, счетчик импульсов, формирователь временного интервала, схему совпадения и блок цифровой индикации. Устройство обладает большой методической погрешностью измерения ПТИ, если установившееся значение частоты термопреобразователя не равно нулю. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения ПТИ ЧТП, заключающийся в подсчете в период регулярного теплового режима выходных импульсов ЧТП в четырех равных, следующих друг за другом, интервалах времени длительностью Л t с последующим вычислением значения ПТИ по формуле где IV>, Nz, Мэ, и Nj — число выходных импульсов ЧТП за первый, второй, третий и четвертый интервалы времени соответственно. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения ПТИ ЧТП, реализующее способ-прототип по формуле (1). Устройствопрототип содержит генератор тактовых импульсов, блок цифровой индикации и формирователь импульсов, выход которого подключен к первым входам четырех логических элементов И, распределитель тактовых импульсов, вход которого подключен к ЗО 40 выходу генератора тактовых импульсов, вычитающее устройство, входы которого соединены с выходами логарифмирующих реверсивных счетчиков, последовательно соединенные время-кодовый преобразователь, делительное устройство и блок цифровой индикации, выходы первого и второго логических элементов И соединены с входами сложения двух логарифмирующих реверсивных счетчиков, а выходы третьего и четвертого логических элементов И подключены к вычитающим входам счетчиков. При этом первый выход распределителя импульсов соединены с вторым входом первого логического элемента И, второй выход — с вторым входом. второго элемента И, третий выход- с вторым входом третьего элемента И, и входом время-кодового преобразователя, а четвертый выход — с входом "Стоп" генератора тактовых импульсов. Недостатком способа-прототипа и реализующего его устройства является недостаточная точность измерения ПТИ, обусловленная наличием методической погрешности измерения. Цель изобретения — повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что, в известном способе определения ПТИ ЧТП путем подсчета числа выходных импульсов термопреобразователя. на стадии регулярного теплового режима в четырех последующих равных интервалах времени длительностью b, t, начало формирования второго, третьего и четвертого интервалов времени задерживают по отношению начала первого, второго и третьего интервалов времени на интервал времени р =(0,55 -0,45)» Ж соответственно, а значение показателя тепловой инерции термопреобразователя r вычисляют по формуле где N>, Й, Йэ. N4- число импульсов, подсчитанных в первом, втором, третьем и четвертом интервалах времени соответственно. В известное устройство, содержащее генератор TGKT08blx импульсов, формирователь импульсов, выход которого подключен к первым входам четырех логических .элементов И, а вход . — к выходу генератора тактовых импульсов, выход которого и управляющий вход соединены с входом и седьмым выходом распределителя импульсов соответственно, два логарифмирующих реверсивных счетчика, выходы которых под1719928 55 (8) ключены к входам вычитэющего блока, входы сложения соединены с выходами первого и второго логических элементов И, а входы вычитания подключены к выходам третьего и четвертого логических элементов И, блок деления, первый вход которого соединен с выходом время-кодового преобразователя, второй вход подключен к блоку цифровой индикации, введены пять асинхронных RS-триггеров, первые входы которых соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами распределителя импульсов соответственно, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого асинхронных RS-триггеров соединены с третьим, четвертым, пятым и шестым выходами распределителя импульсов соответственно, а выходы подключены к вторым входам первого, второго, третьего и четвертого логических элементов И, при этом второй вход пятого асинхронного RS-триггера соединен с шестым выходом распределителя импульсов, а выход подключен к входу время-кодового преобразователя. На фиг. 1 представлена зависимость выходной частоты термопреобразователя в период регулярного теплового режима после воздействия на него скачка температуры; на фиг. 2 — блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 — временные диаграммы сигналов в характерных точках работающего устройства. Сущность способа определения ПТИ ЧТП заключается в следующем. При подаче на вход термопреобразователя температурного скачка его входная частота в период регулярного теплового режима изменяется по экспоненциальному закону вида F(t)=F»+(F> - F»)exp(— — )=F»+ Ь Fexp(- — ), (3) t с где FH и F» — начальное и конечное значения частоты ЧТП соответственно, Д Р=Рн — F», причем F»90. При этом предполагают, что область дорегулярного теплового режима в процессе измерения полностью исключена. Это достигается либо вручную оператором, либо при помощи специального устройства типа реле выдержки времени, настраиваемого на контролируемый тип термопреобразователя. Осуществляя при помощи счетчика подсчет числа импульсов выходной частоты ЧТП на протяжении промежутка времени Ь t, получают значение числа импульсов N>, зафиксированное счетчиком, равное Ьс N >- f F(t)dtF» Ь т+ Ь F Х(1-х), (4) ht где обозначено х-ехр(= ), Х Спустя некоторый промежуток времени p < Л. ., т, е. до момента окончания первого интервала, начинают подсчет числа Й импульсов во втором временном интервале, равном по го ительности первому р+Ь Nz- -, J Г()сМ=Е» Ьt+ Ь F х(1-х)у, (5) ,У где обозначено у=ехр(- - -), r Соответственно за третий временной интервал, начало которого сдвинуто относительно начала второго интервала на промежуток времени rp, счетчик зафиксирует число импульсов Из, равное г р+Ьс N3= f F(t)dt=F» Ьt+ Ь F х(1-х)у . (6) - Р Аналогично за четвертый временной интервал счетчиком будет подсчитано число импульсов N4, равное зр+Д N4= j F(t)dt=F» Ь + Ь Рх (1-х)у .. (7) зу Первая разность числа импульсов Ь N> равна h,N =N>- з= h, F r (1-х)(1-у") . Вторая разность числа импульсов Ь М равна соответственно Ь И2=Й2 Й4= Ь F х(1 х)(1 y )y. Отношения указанных разностей числа импульсов будут — = — =ехр (). Дк ДNz у Отсюда определяют значение ПТИ контролируемого термопреобразователя по следующей формуле а= Ifl !и ДК1 Ni — - Na 2 N2 N4 Сущность работы устройства (фиг. 2) заключается в том, что подсчет числа импульсов выходного сигнала ЧТП производится устройством в четырех перекрещивающихся временных интервалах длительностью Ь t. Затем при помощи двух логэрифмирующих реверсивных счетчиков образуют кодовые комбинации, пропорциональные значениям 1719928 20 45 In(N 1-Мз) и 1п(й2-N4), которые после вычитания с помощью вычитающего устройства обрабатываются блоком деления, Последний производит операцию деления значения р на Nt — Na результат вычитания, т. е. ía tn a М вЂ” И4 итог этой операции выводится на табло бло-. ка цифровой индикации. Устройство содержит формирователь 1 импульсов, генератор 2 тактовых импульсов, распределитель 3 импульсов, пять RSтриггеров 4, 5, 6, 7 и 12, четыре логических элемента И 8-11, два логарифмирующих реверсивных счетчика 13 и 14, блок 15 вычитания, время-кодовый преобразователь 16, делительное устройство 17 и блок 18 цифровой индикации. При этом выход формирователя 1 подключен к первым входам четырех логических элементов И 8-11, выходы которых соединены с входами сложения и вычитания логарифмирующих реверсивных счетчиков 13 и 14. Выходы последних через блок 15 вычитания подключены к первому входу делительного устройства 17. Выход генератора 2 тактовых импульсов соединен с входом распределителя 3 импульсов, первый и третий выходы которого соединены с входами первого RS-триггера 4, второй и четвертый выходы — с входами второго триггера 6, четвертый и шестой выходы — с входами четвертого триггера 7, а, седьмой выход распределителя 3 соединен с управляющим входом остановки генератора 2 тактовых импульсов. Выходы триггеров 4-7 раздельно подключены к вторым входам логических элементов И-11 соответственно. Пятый и шестой выходы распределителя 3 импулЬсов подключены к входам пятого. триггера 12, выход которого соединен с входом время-кодового преобразователя 16. Выход последнего соединен с.вторым входом делительного устройства 17, а его выход подключен к блоку 18 цифровой индикации; Устройство работает следующим образом. Выход исследуемого ЧТП, значение ПТИ которого необходимо определить, подключается к входу формирователя 1 и входу "Пуск" генератора 2. На термопреобразователь подается тепловой импульс. С целью исключения дорегулярного режима термопреобразователя последний подключается оператором либо при помощи устройства задержки, к предлагаемому прибору лишь после момента начала регулярного теплового режима. В период регулярного теплового режима выходная частота F(t) ЧТП изменяется по экспоненциальному закону, описываемому формулой (3) и представленному на фиг. 1. Формирователь 1 импульсов преобразует выходную частоту ЧТП в прямоуголь-. ные импульсы (фиг. 3-19), которая через логические элементы И 8-11, выполняющие роль ключей, управляемых сигналами соответствующих RS-триггеров 4-7, поступают в определенной последовательности на входы сложения и вычитания логарифмирующих реверсивных счетчиков 13 и 14. Генератор 2 тактовых импульсов запускается по входу "Пуск" сигналом термопреобразователя в момент подключения его к входу устройства. Выходные импульсы генератора 2 (фиг. 3 — 20), поступая на распределитель 3, представляющий собой, например, выполненный на триггерной линейке кольцевой регистр, появляются поочередно на каждом из выходов распределителя 3 и поступают в определенной последовательности на установочные входы RS-триггеров 4, 5, 6, 7, и 12. Длительность Ьt промежутка времени подсчета числа импульсов определяется периодом тактовой частоты генератора 2 и порядком подключения выводов распределителя 3 к входам RS-триггеров. Последний по счету седьмой импульс распределителя 3, поступая на вход "Стоп" генератора 2, выключает его и останавливает работу всего устройства. Таким образом, на выходе каждого RSтриггера образуется импульс длительностью Л t. Однако на выходе RS-триггера 5 этот импульс оказывается сдвинутым на At время p = — по отношению к началу им2 пульса, образованного на выходе триггера 4, а на выходе триггера 6 — по отношению к триггеру 5, на выходе триггера 7 — по отношению к триггеру 6 (фиг. 3 — 21, 22,.23, 24). На выходе RS-триггера 12 длительность вреЛ менного импульса равна р = (фиг. 3— 29), поскольку его входы подключены к соседним (пятому и шестому) выводам распределителя 3. На вход сложения логарифмирующего реверсивного счетчика 13 через логический элемент 8 во время действия первого импульса с выхода триггера 4 длительностью Л t поступает Ni импульсов (фиг. 3 — 25). 3а второй промежуток времени, равный по длительности первому, на вход сложения счетчика 14 через логический элемент 9 поступает М импульсов (фиг. 3-26). Аналогично на входы вычитания счетчиков 13 и 14 1719928 через логические элементы 10 и 11 соответственно поступает йз импульсов и N4 (фиг. 327, 28). Поскольку счетчики 13 и 14 выполнены логарифмирующими, на их выходах будут 5 образованы кодовые комбинации, пропор-. циональные значениям In(N q-йз) и 1п(йг-N4) 20 In(N 1-йз) — In(N2 — N4)=ln % — Na NZ -N4 с выхода блока 15 вычитания. Поэтому выходной сигнал делительного устройства 17 представляет собой результат измерения, 25 выражаемый зависимостью (8) и отображаемый блоком 18 цифровой индикации. Формула изобретения 1, Способ определения показателя тепловой инерции частотных термопреобразователей, заключающийся в подсчете числа выходных импульсов на стадии регулярного теплового режима в четырех последующих 35 равных интервалах времени длительностью Ь с, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, начало формирования второго, третьего и четвертого интервалов времени задерживают по отношению нача- 40 ла первого, второго и третьего интервалов времени на интервал времени у-(0,550,45) Л t соответственно, а значение показателя тепловой инерции термопреобразователя t вычисляют по формуле . Одновременно с выхода RS-триггера 12 импульс длительностью р.(фиг. 3-29) поступает на вход время-кодового преобразователя 16 и преобразуется в кодовую комбинацию, поступающую на первый вход 15 делительного устройства 17, На второй вход делительного устройства 17 поступает разность кодовых комбинаций К . N> -Йз Ит — Na где N<, Nz, йз, N4- число импульсов, подсчитанных в первом, втором, третьем и четвертом интервалах времени соответственно. 2. Устройство для определения показателя тепловой инерции частотных термопреобразователей, содержащее формирователь импульсов, выход которого подключен к первым входам четырех логических элементов И, а вход — к входу генератора тактовых импульсов, выход которого и управляющий вход соединены с входом и седьмым выходом распределителя импульсов соответственно, два логарифмирующих реверсивных счетчика, выходы которых подключены к входам вычитающего блока, входы сложения соединены с выходами первого и второго логических элементов И, а входы вычитания подключены к выходам третьего и четвертого логических элементов И, блок деления, первый вход которого соединен с выходом время кодового преобразователя, второй вход подключен к выходу вычитающего блока, а выход подключен к блоку цифровой индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены пять асинхронных RS-триггеров, первые входы которых соединены с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами распределителя импульсов соответственно, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого асинхронных RS-триггеров соединены с третьим, четвертым, пятым и шестым выходами распределителя импульсов соответственно, а выходы подключены к вторым входам первого, второго, третьего и четвертого логических элементов И, при этом второй вход пятого асинхронного RS-триггера соединен с шестым выходом распределителя импульсов, а выход подключен к входу времякодового преобразователя. 1719928 Составитель К, Семенистый Редактор И. Касардэ Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л. Патай Заказ 766 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
