Устройство для измерения температуры

 

Со|ос Советских

Социалистических

Республик

О П И C А Н И Е | >777468

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.01.79 (21) 2718018/18-10 (51) М.Кл."" G 01 К 3/10 с присоединением заявки— (23) Прпорптет— (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень ¹ 41 (45) Дата опубликования описания 04.12.80

Гасударственный комитет ло делам изобретений и открытий (53) УДК 536,532 (088.8) (72) Авторы изобретен ил

А. И. Банников и В. В. Гоцуленко (71) Заявитель Институт технической теплофизики AH Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использова||о в системах автоматического контроля и управления быстронарастающими по температуре тепловыми процессами как в лабораторной, так и в производственцой практике.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь с предварительным усилителем, выход которого подключен соответстве:.но |, черному вхбду сумматора и через корректирующую цепь, состоящую из последовательно соединенных дифференцирующего звена операционного усилителя с управляемым резистором, изменяющим коэффициент усиления, — ко второму входу сумматора. Автоматическая настройка корректирующей .,спи осуществляется контуром настройки, состоя |цпм из дифферснциатора„электронного ключа и запоминающего конденсатора.

Управление электронным ключом на время заряда запоминающего конденсатора осу:цествляется напряжением, поступающим с выхода сумматора через дополнительный диффс,с|щиатор. Контур настройки цепи коррекции вырабатывает напряжение, соот ветствующее значению показателя термическои инерционности термопреобразователя. Это напряжение управляет величиной

|, *

ЗМ ЕР Е Н ИЯ ТЕМП ЕРАТУРЫ, сопротивления управляемо "0 резистора, обуславливая изменение коэффициента ycu-ic:-:: ë и тем самым изменяя постоянную вр;;|сии корректирующего звена в соответ5 ствпп с изменением показателя термической инерционности термопреобразователя (17.

Недостатком известного устройства HBляется низкая точность измерения, обусловленная наличием в контуре настройки клю1В новых- элементов, обладающих характерчы..и.. для нпх дрейфом нулевого уровня и ост; точным напряжением, не позволяющим достичь высокой точности подстройки цепи ксррскцип.

I Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к оппсы|ае:,о...у ",çëÿåòñÿ устройство для пзмсре|||."я температуры, содержащее тсрмопрсооразоп:тель с предварительным усилителем, выход которого подключен соответственно к первому входу сумматора и через последовательно соединенные дифференцирующее

"i о l* .операционный усилитель с управляемым резистором — ко второму в.;.оду су, матора, лотарпфмичес1(ий усилитель, вход которого подключен к выходу дифферснц:.рующего звсна, и б". к регистрации.

Кон-:, р настройки, состоящий из логарифмп: сс .î.-о усилителя и дифферснцпрующето звена определяет текущее значение показа:5 теля термичсской инерционности тсрмоооразоватсля и формирует управляющее пря>кенис. Это напря>кение воздействует 11а управляемый резистор операционного усилителя, изменяя его коэффициент усиления и тем самым обеспсч !Bast услов11с оптцм с1льно Й 1<Ор >ñ!<ö! 111 (1>>1 вснство постоя и. !ОЙ времени цсa коррекци t показателя т;рГ !!!чсской itii<.рц110нност11 терvl01lt> oopa30 1атсля — Т1, = в) (2).

1-!Сдостатком известного устройства является it!tat

:-.апряжение, обсспе 1ивающее это условие, является результатом двойного дифференцирования выходного сигнала термопреооразозателя. Кроме того, известное устройство обладает малым быстродействием, обуслîaлснцLIì конеч.tûì врсменсм нарастания выходного си."нала дифференцпрующсго звс11а и д ифференциатор а.

Целью изобретения является повышение точности и увеличение быстродействия процесса измерения.

Для достижения поставленной цели в устройство введены блок задер>кки и вычитающий блок, гричем алло блока задер>яки подкл1очен к выходу логарифмического усилителя, а выход — к первом:, входу вычитающего блока, второй вход которого соеди.1ен с вь!ходом логарифмического усилителя, а выход вычитающего био <а подключен к управляющему резистору операционого усилителя.

На фиг. 1 показана блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2 — график, поясняющий работу устройства.

777468

U, --. L l „l . - l

20 †.де / --- текущее значение времени;

1., — - установившееся значение выходнс-,о напряжения термопреобразо25 ва геля / (tippet / — - ; ); е — показатель термической инерционности термопреобразователя, Усиленное в К, раз прсдваритсльныв1 усилителем 2 напряжение приобретает вид

30 (/. =- /<. U„i — / /- !.

Далее сигнал поступает на первый сумматора б и одновременно на вход фс)>ñttöèðótoùåãî звена 8. На выходе фсрснцирующего звена сигнал имеет ду!сщ!!й впд (см. фиг. 2, кривая 12) вход

ДИфДИфсле(-/ / 1 /о 1 1/ - / ) ходяtt!i!й затем в режим оптимальной кор,. о КЦ1i и.

На <(Itt. 2 по осц абсцисс отложено тс".óщсс значенис времени, по осп ординат-уровс1ь выходных сигналов термопреобра оа.:tT<:tÿ /, дцфферснцирующсго звена 8, зы:иг1 а!0!цсго блока 9, сумматора б, а также величина постоянной времени корректиР У;О щей цап!1, !

О Устройство для измерения быстронарас! акнцих температур работаст следующим

Образом, Скачок нарастающси температуры, воз:!ейству1о!ций па вход тсрмопрсобразоватс 6 л": 1, вызывает на его выходе на;!ряжен!t;.

1 !a>tåístt<>ùåñcÿ в регуляторном тепловом

1>с>кн;!с по экспоненциальному закону (см. ф11г. ", кривая 11).

Устройство для измерения температуры содержит термопреобразователь 1, предварительный усилитель 2, дифференцирующее звено (например, активный дифференциатор) 8, операционный усилитель 4 с управляемым резистором 5, выполненным, например в виде полевого транзистора, сумматор б, блок регистрации 7, логарифмический усилитель 8, вычитающий блок 9, который может быть выполнен на основе дифференциального операционного усилителя, работающего в режиме усиления разностного сигнала, и блок задержки 10, в качестве которого может быть использована, например, схема запаздывания с регулируемым временем на операционных усилителях. Логарифмичест<ий усилитель 8, вычитающий блок 9 и блок задержки 10 образуют контур настройки корректирующей цепи, обеспечивающий в начальный момент работы устройства режим перекоррекции (постоянная времени корректирующей цепи больше показателя термической инерционности термопреобразователя Тк) в), перегде т — постоянная времени дифференцирующето звена;

К вЂ” коэффициент передачи дифференцирующего звена.

Если выполнить условие т ((e, что на практике соблюдается, то, пренебрегая величиной т, выражение (3) можно упрос5р ТИТЬ

U.i =. /< U, 1<.,l

Затем сигнал поступает на вход операционного усилителя 4 с управляемым резистором 5 и, одновременно, на вход логарифмического усилителя 8.

На выходе логарифмического усилителя

8 напряжение имеет вид

4 3 п . !() 3 л 1 /О 2

1 где Кз — коэффициент пропорциональнос66 ти.

777468

Выходное напряжение логарифмического усилителя 8 поступает на первый вход вычитающего блока 9 и одновременно на вход блока задержки 10. На выходе блока задержки напряжение имеет следующий вид где 1з — время задержки.

С выхода блока задержки 10 сигнал поступает на второй вход вычитающего бло"а 9, который производит вычитание сигналов U.- и U;,. В результате этой операции на выходе вычитающего блока9формируется управляющее напряжение, соответствующее показател|о термической инерционности термопреобразователя 1 (см. фиг. 2, кривая 18).

U, —. К-,(У,,— V, j:=-1(, t, где К,-, — коэффициент пропорциональности..

Это управляющее напряжение поступает на управляемый резистор 5, изменяя его сопротивление, а следовательно, и коэффициент усиления операционного усилителя 4 таким образом, что практически мгновенно обеспечивается режим перекоррекции, переходящий при достижении управляющим напряжением некоторого значения в режим оптимальной коррекции.

Процесс управления корректирующей цепью происходит следующим образом.

При воздействии на вход термопреобразователя 1 скачка температуры на выходе вычитающего блока 9 практически мгновенно появляется большое напряжение (в приведенном примере оно отрицательно) . Под воздействием этого напряжения сопротивление резистора 5 будет иметь минимальное значение (режим насыщения транзистора), что приведет к увеличению коэффициента усиления операционного усилителя 4, а следовательно, и постоянной времени корректирующей цепи, т. е. наступит режим перекоррекции (см. фпг. 2, кривая 14).

При таком режиме работы корректирующей цепи скорость нарастания выходного сигнала корректирующей цепи, а значит, и выходного сигнала устройства максимальна. По мере поступления на второй вход вычитающего блока 9 напряжения с BbIxoла блока задержки 10 управляющее напряжение будет изменяться таким образом, что сопротивление управляемого резистора 5 будет возрастать, обуславливая уменьшение коэффициента усиления операционного усилителя 4, а также постоянной времени корректирующей цепи.

Таким образом, степень перекоррекцни будет уменьшаться по мере роста управляющего напряжения, а выходной сигнал устройства, достигну.в номинального значе5

10 !

60 нпя, будет оставаться на прежнем уровне.

Режим перекоррекции прекратится, когда на выходе блока 9 напряжение достигнет значения, соответствующего показателю термической инерционности термопреобразозателя 1, которое обеспечит переход в режим оптимальной коррекции. Затем выходной сигнал корректирующей цепи поступает на второй вход сумматора б, на выходе которого формируется скорректированный по времени сигнал термопреобразователя. Выходной сигнал сумматора, пропорциональный величине воздействия на термопреобразователь нарастающей температуры, регистрируется устройством 7. По окончании переходного процесса сигнал на выходе устройства будет определяться только усиленным сигналом термопреобразователя, а корректирующая цепь и контур автоматической настройки в стационарном тепловом режиме на результат измерения влияния не оказывает.

Описываемое устройство, благодаря введению в его состав вычитающего блока и блока задержки, позволяет уменьшить погрсшность измерений. Так, погрешность вычитающего бло:,а составляет около 0,1О,,>, блока задержки — около 0,5%, дифференцпатора — не менее 10 /о.

Предлагаемое устройство уменьшит погрешность измерений по сравнению с известным примерно в четыре раза.

Кроме того, благодаря новой совокупности блоков и функциональных связей, сокращается время измерения температуры, так как интервал времени от начала воздействия положительного скачка температуры на входе термопреобразователя 1 до появления полезного сигнала на выходе устройства определяется в основном только постоянной времени дифференцирующего звена, а в известном устройстве это время определяется также и постоянной времени лифференциатора.

Увеличение быстродействия объясняется еще и тем, что процесс измерения по времени, благодаря режиму перекоррекции, т. е большей форсировке сигнала, начинается на возрастающем участке выходного сигнала лифференцирующего звена, а в известном устройстве — на ниспадающем участке (см. фиг, 2, кривые 12 и 13).

Как видно из графика, который построен на основе экспериментальных исследований, сп",íàë на выходе описываемого устройства появляется через 0,12 с, а на выходе известного устройства — не ранее чем через 0,24 с. Следовательно, заявляемое устройство ускоряет процесс измерения не менее, чем в лва раза.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, сс-,åðæàùåå термопреобразователь с пред777468 фиг.! варительным усилителем, выход которого подключен соответственно к первому вх» ду сумматора и через последовательно включенные дифференцирующее звено и операционный усилитель с управляемым резистором — ко второму входу сумматора, логарифмический усилитель, вход которого подключен к выходу дифференцирующего звена, и блок регистрации, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и увеличения быстродействия, в него введены блок задержки и вычита о;ций блок, причем вход блока задержки подключен к выходу логарифмического усил::п еля, а выход — к первому входу выччтающего блока, второй вход которого соединен с выходом логарифмического усилителя, а выход вычитающего блока подклю5 чен к управляющему резистору операционнo-о усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР № 346598, кл. G 01 К 3/10, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 596793, кл. G 01 К 3/10, 1975 (нрототип).

777468

ТксЯФ

/,0

/б 00!

2 0б

08 04

0б

-0Z

-0б

-1 01

Составитель В. Копаев

Редактор О. Филиппова

Заказ 1471/1444 Изд. № 539 Тираж 729 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

0lf 0z

Техред И. Заболотнова Корректор И. Осиновская