Измеритель температуры

 

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) 4 01 .К 7/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3334720/18-10 (22) 09.09.81 (46) 07.05.83 Бюл. Р 17 (72) В,А.Агамиров, Г.К.Арутюнов и К.И.Качиашвили (53) 536.53(088.82 (56) 1, Коротков П.A.,; Лондон Г.Е.

Динамические контактные измерения тепловых величин, Л., "Иашиностроение", 1974, с. 208.

2. Авторское свидетельство СССР

9 699353, кл. С, 01 К 3/10, 1977 (прототип ). (54 )(57 ) ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕИРЕРАТУРН, содержащий термопреобразбватель с защитным корпусом, защитным наконеч-ником и чувствительным элементом, выход которого через усилитель соединен с входом корректора динамической ошибки чувствительного элемента, состоящего из блока дифференцирования, сумматора, блока определения параметра инерции чувствительного элемента термопреобразователя и блока умножения, входы которого соответственно соединены с выходами блока дифференцирования и блока определения параметра инерции чувствительного элемента термопреобразователя, .а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с входом блока дифференцирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры путем учета динамической ошибки, вносимой защитным наконечником термопреобразователя, в него введен корректор динамической ошибки защитного наконечника, состоящий иэ блока двукратного дифференцирования, первого и второго блоков задержки, первого и второго дополнительных сумматоров, блока деления, блока умножения и сумматора, а также контур настройки, состоящий из генератора, последовательно включенных блока дифференцирования, аналогового ключа, ийтегратора и транзистора с оптроном, при этом вход дифференциатора корректора динамической ошибки чувствительного элемента. термопреобразователя соединен с входом блока определения параметра чувствительного элемента термопреобразователя, выход сумматора кор- Я ректора динамической ошибки чувствительного элемента термопреобразователя соединен с первым входом сумматора корректора динамической ошиб- С ки защитного наконечника и входом блока двукратного дифференцирования, и первый и второй выходы которого.через блоки задержки и непосредственно соединены с входами первого и второ- () го дополнительных сумматоров, выходы которых через.делитель соединены с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с первым ц, входом блока двукратного дифференцирования, а выход соединен с вторым . Я входом сумматора, выход которого д соединен с входом блока днфферен., цирования контура настройки, при этом выход генератора соединен с входом аналогового ключа, а выход оптрона соединен с входом и выходом а первого дополнительного сумматора.

1016693

Изобретение относится к температурным измерениям, а точнее к устройствам для измере ия температуры, I в которых повышение точности измерения и быстродействия достигается путем использования корректирующих схем, учитывающих тепловую инерцию термопреобразователя.

Известно устройство для измерения температуры, в котором учитывается изменение тепловой инерции термопреобразователя, содержащее термопреобразователь, два блока дифференцирования, квадратор и сумматор (1 ) °

Однако это устройство не обеспечивает высбкой точности измерения 15 при использовании термопреобразователя с массивным защитным наконечником.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель температуры, содержащий термопреобразователь, выход которого через усилитель соединен с входом корректора динамической ошибки термопреобразователя, состоящего из блока дифференцирования, сумматора, блока определения параметра инерции термопреобразователя и блока умножения, входы которого соответственно соединены с вь|ходом блока дифференцирбвания и блока определения параметра инерции термопреобразова.теля, а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с входом блока дифференцирования, при этом выход блока дифференцирования соединен с входом блока определения параметра инерции термопреобразователя .(2 ).

Известное устройство также не обеспечивает высокой точности изме- 4р рения при использовании термопреобразователя с массивным защитным наконечником. Как показывает исследования, термопреобразователь с массивным защитным наконечником описыва.-45 ется уравнением второго порядка и характеризуется двумя параметрами инерции — параметром инерции чувствительного элемента и параметром инерции защитного наконечника. Устройство-прототип не обеспечивает коррекции по двум параметрам. В дан.— ном случае оно будет осуществлять коррекцию только с учетом параметра инерции .чувствительного элемента термопреобразователя. 55

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры путем учета динамической ошибки, вносимой защитным наконечником термопреобразователя. 60

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель температуры, содержащий термопреобразователь с защитным корпусом, защитным наконечником и чувствительным элементом, 65 выход которого через усилитель соединен с входом корректора динамической ошибки чувствительного элемента, состоящего из блока дифференцирования, сумматора, блока определения параметра инерции чувствительного элемента термопреобразователя и блока умножения, входы которого соответственно соединены с выходом. блока дифференцирования и блока определения параметра инерции чувствительного элемента термопреобразователя, а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с.входом блока дифференцирования, введен корректор динамической ошибки зацитного наконечника, состоящий из блока двукратного дифференцирования, первого и второго блоков- задержки, первого и -второго дополнительных сумматоров, блока деления, блока умножения и сумматора, а также контур настройки, состоящий из генератора, последовательно включенных блока дифференцирования, аналогового ключа, интегратора и транзистора с оптроном, при этом вход дифференциатора корректора динамической ошибки чувствительного элемента термопреобразователя соединен с входом блока определения параметра инерции чувствительного элемента термопреобразователя, выход сумматора корректора динамической ошибки чувствительного элемента термопреобразователя соединен с первым входом сумматора корректора динамической ошибки защитного наконечника и входом блока двукратного дифференцирования, первый и второй выходы которого через блоки задержки и непосредственно соединены с входами первого и второго дополнительных сумматоров, выходы которых через делитель соединены .с первым входом . блока умножения, второй вход которого соединен с первым. входом блока двукратного дифференцирования, а выход соединен с вторым входом сум" матора, выход которого соединен с входом блока дифференцирования контура настройки, при этом выход генератора соединен с входом аналогового ключа, а выход оптрона соединен с входом и выходом первого дополнительного сумматора.

На фиг. 1 представлена блок-схема измерителя температуры; на фиг. 2 конструкция термопреобразователя.

Измеритель температуры содержит термопреобразователь 1, усилитель

2, корректор 3 динамической ошибки чувствительного элемента термопреобразователя, состоящий из блока 4 дифференцирования, блока 5 определения параметра инерции чувствительного элемента, блока 6 умножения и сумма.1016693 тора 7, корректор- динамической ошибки защитного наконечника термопреобразователя, состоящий из блока двукратного дифференцирования, первого и второго дополнительных сумматоров

10 и 11, первого и второго блоков

12 и 13 задержки, блока 14 деления, блока 15 умножения и сумматора 16, контур 17 настройки, .состоящий из блока 18 дифференцирования, аналогового ключа 19, генератора 20, интегратора 21, транзистора 22 и оптрона 23.

Термопреобразователь состоит из защитного корпуса 24 с защитным на конечником 25, внутри которого рас- 15 положен чувствительный. элемент 26 (Фиг. 2 ).

Измеритель темпетатуры работает следующим образом.

При погружении термопреобразова- 2О теля 1 в область. измерения температуры 8 (4) происходит два процесса.

С одной стороны, нагревается защитный наконечник термопреобразователя

1 согласно Формуле, 25 о 0 (ц+ e0 „() eÎ,(ц 8 Д() ) ()

1 где Т (t) - параметр инерции защит-

1 ного наконечника;

6о(1) - температура внутри на-

1 конечника.

С другой стороны, прогревается чувствитЕльный элемент термопреобразователя, который находится в за- 35 щитном наконечнике, согласно Формуле т 8 (t)+8>(t)=8„(t), (2) 40 где - — параметр инерции чувстви2 тельного элемента. термопреобразователя;

Е (М - температура нагрева чувст- 45 вительного элемента термопреобразователя, соот° ветствующая выдаваемому им электрическому .сигналу. учитывая, что сигнал 0() усиди- . 50 вается усилителем 2 с коэффициентом усиления К„,,а u (Ö=Ê 6 (Ц,, где

2 ,Кg - коэффициент передачи чувствительного элемента, то для сигнала на выходе усилителя из (2 ) с учетом

K4 Kg = К получаем Г 0 (<)+u (1)-КЕ (Ч- (3)

2 2

Напряжение 0 (1.), поступающее на вход корректора 3 динамической ошибки чувствительного элемента термопреобразователя, точнее блока 4 дифференцирования,.дифференцируется, 65 далее умножается в блоке 6 умножения на выходной сигнал блока 5 определения параметра инерции чувствительного элемента 0>(+) ., пропорциональный параметру инерции Т2, Полу-. ченный результат складывается с напряжением 02(tl в сумматоре 7, в результате чего его выходное напряжение определяется соотношениями

U3 () = U, (Ч = К e „(t), (4)

Т1(М 03(О+03(М= Ке ()., (5) где К„, К «- коэффициенты передачи сумматоров, причем

К«= 1. С выходов сумматоров сигналы

U„o (4) и 0 (4) поступают в блок де» лейия, где формируется сигнал U„+(+)=

= 0„,(t) (U«H).

Напряжейие 0<+(t) в блоке 15 умножения умножается на 03(1) .:, а результат складывается (вычитается ) с напряжением U (Ц в сумматоре 16, формирующем

"1о(М- У - 2и ®

: - U (+)=0 (Ц- „° (ч)

0 (м- ij И- ") ПараметР Т (Ф) и температура Ее(ц могут быть представлены линейными полиномами „я= „М - „), e,(t)=8, (-+„3, где Т„, р, Оо, dÑ - неизвестные коо эффициенты аппроксимации, 1 - начало промежут- ка времени Е.

При таком представлении веЛичииа

Т„ (1) может быть выражена через (ay+<)ti3(t) -(2P+<) (О (Я-0 (4-аЯ1 .). (g) 3 и

0,(+.) 03(+.) -0 (+- <) . (8) 60

Тогда из (5 ) и (7) при 2 )3 + 1

= К следует, что U„ :(Ц= КО ОЩ, что представляет собой линейную функЪ

С выхода сумматора 7 напряжение

U3(t) поступает- на вход блока 9 двукратного дифференцирования, на выходах которого формируются .сигналы 9„H.) =03(Ц и 4/92(4)=LI3(+), котоРые поступают соответственно через блоки 12 и 13 задержки и непосредственно на входы дополнительных сумматоров

10 и 11, что позволяет сформировать приращения

"10(t) "10(03() 3(t t Ч (6

И.,Ф- 1,("3М 3(4

1016693 цию температуры согласно допущению об изменении параметра TÄ(t) и

8 (Ц.

Для того, чтобы обеспечить выполнение условия 2 f5 + 1 = К, сигнал

0 с выхода сумматора, одновременно являясь выходным сигналом устройства, поступает на вход контура настройки — блок 18 дифференцирования, который формирует вторую йроиэводительную U 8 (4) сигнала О,, (t), ) О

Q<<(g)= 0<„(t . Причем U<<(t) < 0 прн

К 72р 7 1 и 0В() 7 0 при К р( () + 1 °

В первом случае через аналоговый ключ 19 на вход интегратора 21 посту- 5 пают отрицательные импульсы, во втором случае - положительные. Выходной сигнал интегратора нарастает ступенчато.

В первом случае напряжение положительной полярности, во втором — нарастание отрицательной полярности.

Транзистор 22 изменяет ток, и следовательно, свечение высвечивающего элемента оптрона 23. В первом случае световой поток увеличивается, а во втором — уменьшается. Последнее вы-. зывает уменьшение, а первое - увеличение сопротивления резистора оптрона 23, что приводит к уменьшению

К. при К, ) 2 p + 1 или увеличению

1о

К,, при К.,о(2 ф + 1.

При К о 2 p+ 1 t) 8(t} что прекращает изменение К

Так как К„.= 2p + 1, то U 6 (t)=

=k(8 +3. (4- .,Ц, что соответствует значению измеряемой температуры в рассматриваемом промежутке времени t.. укаэанную операцию по определению значения 8<(t) можно о осуществить в течение всего времени измерения О®.

Наличие в предлагаемом устройстве корректора динамической ошибки защитного наконечника термопреобразователя выгодно отличает его от прототипа, так как позволяет значительно снизить погрешность измерения температуры, а также расширить диапазон измерения температуры до

2500ОС 1016693

Составитель В» Куликов

Редактор A. Власенко Техред M.Коштура Корректор Р.Решетник

Заказ 3377/43 Тираж 873 Подписное

ВНИИПО Государственного, комитета. СССР по делам изобретений и открытий

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

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