Многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием каналов

 

< 717564

Союз Советских

Социалистических

Республик (51)М. К:,,„. "*"

G 01 К 7/02

6 01 К 15/00 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31.07.78 (21) 2653095/18-10 с присоединениеьт заявки И—

Геоударстееииый комитет

СССР ио делам изооретеиий и открытий (23) Приоритет (53 ) Уд К 536.53 (088.8) Опубликовано 25.02.80. Бюллетень Рй 7

Дата опубликования . описания 25.02.80

С. С. Зельманов, В. А. Антоненков, В. Ю. Мильченко, В. А. Чуднновский, H. М. Елькин, Н. A. Кривов, В. Н, Васенев, В. В. Кочан и E. А. Кулев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ С АВТОМАТИЧЕСКИМ КАЛИБРОВАНИЕМ

КАНАЛОВ

Изобретение относится к области температур,ных измерений и может быть использовано в ! различных отраслях промышленности, где требуется измерение температуры с повышенной точностью.

Известно усгройство для измерения температуры, содержащее измерительный прибор, термоэлектрический термометр снабженный, встроен- ным калибратором в виде некоторого количества материала с известной температурой плавления, нагреватель, источник питания нагревателя, блок коррекции погрешности, сумматор, блок сравнения, источник стандартного сигнала, коммутатор и блок управления (1). Это устройство обеспечивает поверку первичного преобразователя на. месте эксплуатации, а также автомагическую коррекцию погрешности.

В момент фазового перехода материала калибратора измерительный прибор фиксирует площадку с постоянной темперагурой, по которой осуществляется калибрование устройства.

Момент калибрования первичного преобразователя определяется с помощью входящего в блок управления дифференциатора выходного сигнала термоэлектрического термометра, при этом точность калибрования зависит от пороra чувствительности схемы дифференцирования, определяющей начало фазового перехода.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический термометр, снабженный калибратором, измерительный прибор, первый и второй сумматоры, коммутагоры, источники эталонных напряжений, блоки коррекции аддитивной и мультипликативной составляющей погрешности, блок управления 121.

В этом устройстве в автоматическом режиме осуществляется коррекция как аддигивной, так и мультипликативной составляющей погрешности термоэлектрического термометра в широком диапазоне температур, а не только в точках калибрования.

Однако как и устройстве (1), момент начала калибрования определяется с помощью схемь дифференцирования, входящей в состав блока управления, что не позволяет получи гь высокой точности калибрования, а следовательно, и точ717564

3 ности измерения температуры. Кроме того, в этом устройстве остается нескомпенсированной нелинейная составляющая погрешности термоэлектрического термометра.

Для того, чтобы это устройство работало в многоканальных системах, оно должно быль дополнено .входным коммутатором сигналов термоэлектрических термометров управляемым блоком управления, а также в соответствии с

4ислом каналов должно быль увеличено число 10 оков адитивной и мультипликативной состав1 яющей погрешности и число источников эталонных напряжений, которые могут быть объединены в блок эталонных напряжений с распределителем, Этот распределитель может взять на себя функции некоторых коммутаторов устройства, Это непосредственно вытекает из требования многоканальности устройства и не . вносит существенной новизны в устройство, а также не обеспечивает повышение точности измерения.

11елью изобрегения является повышение точности измерения;

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием каналов, содержащее термоэлектрические термометры с встроенными калибра горами, вйходы которых через входной коммутатор подключены к входу аналого-цифрового преобразователя, первый и второй сумматоры, коммутатор, блок эталонных напряжений, соединенный:входом и выходом с распределителем, и блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам распределигеля и входною коммутатора, введены блок анализа, блок памяти, переключатели, два умножителя, квадратор, блок аппроксимации погрешностй и ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока анализа, выход соединен с распределителем, а вход соединен 4о

/ с выходом аналого-цйфрового преобразователя и входом первого переключателя, выходы которого соединены с первым умножителем, квадратором и входом первого сумматора, второй вход которого соединен с вторым переключателем, а выход — с входом третьего переключателя, выходы которого. соединены с блоком индикации и блоком анализа, выход которого через коммутатор соединен со счетчиком каналов, соединенным с блоком управления, а . яо вьгход квадратора Соедйнен с йходом второю,, умножителя, соединенного с входом второго сумматора, второй вход которого соединен " ил ходом первого умножителя, а выход сор{и. нен с входом второго переключателя, соединен ного с выходом распределителя, вход которого соединен с третьим переключателем, а выходй соединены с входами второго сумматора и ум ,ножителей, причем входы и выходы блока па.

4 мяти и блока аппроксимации погрешности под колочены к распределителю, а выходы блока управления соединены с блоком анализа, управляющими входами переключателей, входами коммутатора, квадратора, умножителей и сумматоров.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит термоэлектрические термометры с встроенными калибраторами 1, выходы которых через входной коммутатор 2 подключены к входу аналого-цифрового преобразователя 3, первый 4 и второй 5 сумматоры, блок эталонных напряжений 6, соединенный входом и выходом с распределителем 7, блок управления 8, блок аппроксимации погрешностей

9, блок памяти 10, ключ 11, блок анализа 12, коммутатор 13, счетчик каналов 14, первый переключатель 15, второй переключатель 16, третий переключатель 17, первый 18 и второй

19 умножители, квадратор 20 и блок индикации 21.

Калибраторы, встроенные в защитные чехлы. термопар, содержат три плавкие вставки и обеспечивают формирование в зоне горячего спая трех различных и точно известных температур

Т, Т, и Тз с продолжительностью постоянства температуры 20-40 с. В блоке эталонных напряжений 6 в двоичном коде записаны числа, соответствующие стандартным значениям ЭДС термоэлектрических термометров при температуре

Т1, Т и Тз.

Устройство работает следующим образом.

В режиме "Калибрование" оператор путем задания соответствующей уставки регулирования переводит объекты, на которых калибруются термоэлектрические термометры, в режим нагрева или охлаждения. Этот режим. может быть совмещен, например, с вьиодом объективов на технологический режим, если температура

Т, лежит в зоне этого режима.

Предположим, что система имеет и каналов, а калибруется канал У 1. Выходной сигнал первого термоэлектрического термометра через коммутатор 2 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, с выхода которого сигнал температуры в двоичном коде через переключатель 15 поступает на вход сумматора

4r На другой вход этого сумматора через переключатель 16 и распределитель 7 из блока яамяти 10 поступает "0". При этом информарии, поступающая из блока памяти 10 или блока"эталонных напряжений 6, по команде блока управления 8 может подвергаться инвентированию, таким образом, чтобы на вход переключателя 16 поступала разность сигналов. Итак, сигнал текущей температуры без изменений поступает на вход блока анализа 12, Блок анализа 12 представляет из себя логическое уст-!

717564

30

50 ройство с синхронизируюцщм и рабочим входом и двумя выходами. При поступлении положительного или отрицателььного сигнала на рабочий вход сигнал управления формируется на выходе блока анализа, соединенного с управляющим входом ключа 11. Если же при подаче на синхронизирующий вход блока анализа 12 с выхода блока управления 8 команды, разрешающей прием информации, на рабочий вход поступает "0", сигнал вырабатывается на выходе блока анализа, соединенного с входом коммутатора 13.

В рассматриваемом случае, вырабатывается сигнал управления ключом 11, и сигнал текущеи температуры записывается в соответствующей ячейке блока памяти 10. После прохождения полного цикла опроса каналов системы сиг- нал текущей температуры вновь поступает на вход сумматора 4. На другой вход сумматора

4 поступает сигнал температуры этого канала в предыдущем цикле. Так как этот сигнал инвентируется, то на блок анализа 12 поступает разность сигналов и, как и в предыдущем случае, формируется команда управления ключом 11, и в блок памяти 10 записывается новое значение температуры, а сигнал темперйт1гры предыдущего цикла автоматически стирается. При плавлении первой вставки калибратора при температуре Т, температура горячего сная калибруемого термоэлектрического термометра остается постоянной, и сигналы температур двух циклов совпадают. Тогда сигнал совпадения с блока анализа через коммутатор 13 поступает на вход интегрирующего счетчика первого кана ла 14. Если этот процесс повторяется для калибруемого канала m paa (до заполнения счетчика 14) в блок управления 8 поступает команда начала калибрования. Тогда на вход сумматора 4 через переключатель 17 из блока эталонных напряжений 6 поступает. сигнал, соответствующий стандартной ЭДС термометра при температуре Т|. Разность сигналов текущей температуры канала и действительной температуры плавления вставки калибратора Т1 через переключатель 17 и распределитель 7 записывается в блоке памяти 10. Это число будет соот. ветствовать погрешности калибруемого термометра при температуре Т>.

Аналогичным образом будут сформированы и записаны в блоке памяти 10 погрешности

Иг и Из соответственно при температурах Тг и Тз для всех калибруемых термометров. Далее сигналы, соответствующие ht» Мг и Из из блока памяти 10 через распределитель 7 поступают на входы блока аппроксимации погрешности 9. Этот блок является специализирован1ным решающим устройством для определения

6 коэффициентов аа, а,, аг системы трех уравнений вида

2 ао + а1Т + а, Т, = 4t< а ао + а1Тг + агТ = Иг

5 ао + а Тз + аг Т3 Лтз

При поступлении на входы этого блока сигналов, соответствующих ht ht и htз, на его выходах формируются сигналы, соответству. ющие аг, а,, аг, которые через распределитель

7 запоминаются в блоке эталонных напряжений

6. По времени процесс определения коэффициентов аа, а,, а, для одних каналов совпадает с определением погрешностей ht1, Иг; htз для других каналов, после того, как в блоке эталонных напряжений запомнились сигналы, соответствующие коэффициентам ае, ai, аг, для всех калибруемых каналов режим "Калибрование" закончен.

В режиме " Измерение" с выхода аналогоцифрового преобразователя 3 на входы квадратора 20 и умножителя 18 поступает сигнал текущей температуры, а из блока эталонных напряжений 6 через распределитель 7 на входы умножителей 18 и 19 и сумматора 5 поступают сОответственно сигналы, соответствующие коэффициенты аг, а, и ао, сформированные для данного канала в режиме "Калибрование", тогда на выходе сумматора 5 формируется сиг-! нал коррекции вида ЛТ = а„+ а,Т+ а,Т, :где Т вЂ” текущая температура канала. Этот сигнал через переключатель 16 поступает на вход сумматора 4, где складывается с сигналом текущей температуры канала. На блок индикации поступает скорректированный с учетом погрешности канала сигнал температуры.

Существенным преимуществом описываемого устройства по сравнещпо с прототипом является более высокая точность измерения, так как принятая в устройстве полиноминальная аппроксимация погрешности компенсирует аддитивную, мультипликативную и нелинейную составляющие.погрешности канала измерения. Высокая степень приближении корректирующего воздействия и кривой погрешности сохраняется и при существенной нелинейности этой кривой.

В описанном устройстве калибруется весь измерительный тракт, включая и аналого-цифровой преобразователь, что создает значительные технико-экономические преимущества, При этом же уровне основной погрешности канала за счет переодической погрешности могут быть снижены требования к тем элементам измери-тельной системы, для которых доминирующей

Составляющей погрешности является дрейф систематической погрешности. Кроме того, можно существенно увеличить быстродействие канала (обычно, при увеличении быстродействия погрешность увеличивается), так как наиболее ффа» Йймц@ц»»ЖФ»у ъ.. ", ф: —:" ю:и Ф», .»й » ."»»»»»жюлмазАщс»их " .: .. -;. »»»»»»»»» »»»»»»»у»»ю»

7 . 717564

NjpNie ьная»» сосал»яющ»ая погрешности кан ла; по1фешйМть термоз»лектфйейМЪго термометра и линии все равно компенсируется. Увели чение быстродействия= йриво1 йт к"увеличению числа каналов (до коммутатора} и, следова т<пьно, к сййжению стоимости одного" канала, Устройство может найти широкое ромене. ние в =ййбматизировЖны»х сйс» темах" у1тр»авле - техйологнческ»йми тфоцессамК связайными с:измврейнем температуры в различных облас- 1р рях промышлеййого пр»оизводсЮа;

ЦНИИЛИ Заказ 9824/56 Тираж 713 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ФорМула изобретения

Многоканальное устройство для измерения т еМпературЫ с автоматическим калиброванием колов, "содержйцее термоэлектрические термо. метры с встроенными калибраторами, выходы

Которых через входной коммутатор подключены к входу аналого-пифрового преобразователя, 20 первый и второй сумматоры, коммутатор, блок

"* зталонных напряжений, соединенный входом и выходом с распределителем и блок управления, Вых»одй которого подключены к аравляющим

"вх»о»дам"""распред@й теля и -входного коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ловы» щеййя Мйности измерения, в него введены блок анализа, блок йайяти, переключатели, два ум. ножнтеля, квадратор, блок аппроксимации погрешности и ключ; управляющий вход которого ЗО соедйнен с выходом блока анализа, выход соединен с распределителем,"a вхбд соединенс выходом аналого-цифрового преобразователя и входоМ первого переключателя, выходы которого соединены с первым умножителем, квадратором и входом первого сумматора, иторой вход которого соединен с вторым переключателем, а выход — с входом третьего переключателя, выходы которого соединены с бло ком индикации и блоком анализа, выход кото рого через комМу атор соединен со счетчиком каналов, соединенным с блоком управления, а выход квадратора соединен с входом второго умножителя, соединенного с входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого умножителя, а въиод соединен с входом второго переключателя, соединенного с выходом распределителя, вход которого соединен с третьим переключателем, а выходы соединены с входами второго сумматора и умножителей, причем входы и выходы блока памяти и блока аппроксимации погрешности прдключены к распределителю; а выходьг блока управления соединены с блоком анализа, управляющими входами переключателей, входами коммутатора, квадратора, умножителей и сумматоров.. Источники инфо рмации,, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Х 569876, кл. 6 01 К 7/02, 1976.

2, Автор»ское свидетельство СССР по заявке

Р 2463860/18-!О, кл. О 01 К 7/02,6 01 К 15/00,!

977 (лротогил).