Устройство для измерения температуры

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термоэлектрический преобразователь с калибратором и блок коррекции, подключенные к входам сумматора, коммутатор , вход которого соединен с выходом сумматора, а выходы подключены к входу автоматического компенсатора постоянного тока и первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника стандартного сигнала, а выход подключен к входу блока коррекции , компаратор, вход которого соединен с выходом автоматического компенсатора постоянного тока, а выход подключен к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу счетчика импульсов , выход которого соединен с входом элемента задержки, отличающееся тем, что, с целью повьшения динамической точности измерения , в него введены второй логический элемент И, логический элемент ИЖ, инвертор и триггер, входы которого соединены соответственно с выходами логического элемента ИЛИ и счетчика импульсов, а выход подключен к управляющему входу коммутатора и первому входу второго логического элемента И, выход которого соединен с управляющим входом автоматического ксмпенсатора постоянного тока, а второй вход через инвертор подключен к выходу компаратора , соединенному с управляющим СП входом счетчика импульсов, при этом 4 ел СП входы логического элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами элемента задержки и блока сравнения.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1154551 фуц G 01 К 7/02, 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3689238/24-10 (22) 06.01.84 (46) 07.05.85. Бюл. Р 17 (72) В.В. Кочан, В.И. Мильченко, A.À. Саченко и В.Н. Нефедов (53) 536.53 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 569876, кл. G 01 К 7/02, 15/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 717563, кл. G 01 К 7/02, 1978 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее термоэлектрический преобразователь с калибратором и блок коррекции, подключенные к входам сумматора, коммутатор, вход которого соединен с выходом сумматора, а выходы подключены к входу автоматического компенсатора постоянного тока и первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника стандартного сигнала, а выход подключен к входу блока коррекции, компаратор, Вход которого соединен с выходом автоматического компенсатора постоянного тока, а выход подключен к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом элемента задержки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности измерения, в него введены второй логический элемент И, логический элемент ИЛИ, инвертор и триггер, входы которого соединены соответственно с выходами логического элемента ИЛИ и счетчика импульсов, а выход подключен к управляющему входу коммутатора и первому входу второго логического элемента И, выход которого соединен с управляющим входом автоматического компенсатора постоянного тока, а второй вход через инвертор подключен к выходу компаратора, соединенному с управляющим входом счетчика импульсов, при этом входы логического элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами элемента задержки и блока сравнения.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения температуры, в которых осуществляется автоматическая поверка измерительного канала вместе с термопреобразователем.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее измерительный прибор, термоэлектрический преобразователь с встроенным калибратором, блок коррекции погрешности, выходы которых подключены к входам сумматора, и блок управления, вход которого соединен с выходом термоэлектрического преобразователя, коммутатор, входы которого соединены с выходами блока управления и сумматора, а выходы подключены к входам измерительного прибора и блока сравнения, подключенного вторым входом к выходу источника стандартного сигнала, и выходом — к входу блока коррекции (1).

Это устройство обеспечивает поверку первичного преобразователя на месте эксплуатации и кдррекцию его погрешности, что увеличивает точность измерения. Иомент калибрования первичного преобразователя в устройстве определяется с помощью входящего в блок управления дифференциатора выходного сигнала термоэлектрического преобразователя. В то же время в реальных калибраторах скорость изменения температуры перед плавлением реперного материала уменьшается постепенно, поэтому даже при малом значении производной выходного сигнала термоэлектрического преобразователя температура его рабочего спая может весьма значительно (на несколько градусов) отличаться от температуры фазового материала калибратора. Порог чувствительности схемы дифференцирования выходного сигнала термоэлектрического преобразователя даже при применении лучших образцов отечественных операционных усилителей недостаточен. Поэтому точно определить момент начала процесса фазового перехода калибратора не удается. Для уменьшения статической погрешности калибрования приходится увеличивать время фазового перехода калибратора путем увеличения его геометрических размеров. t 15ч551

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь с калибратором и блок коррекции, подключенные к входам сумматора, коммутатор, вход которого соединен с выходом сумматора, а выходы подключены к входу автоматического компенсатора постоянного тока и первому входу блока сравнения, второй вход которого сое динен с выходом источника стандартного сигнала, а выход подключен к входу блока коррекции, компаратор, вход которого соединен с выходом автоматического компенсатора постоянного тока, а выход подключен к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом элемента задержки 2

В известном устройстве порог чувствительности схемы идентификации момента фазового перехода калибратора определяется разрешающей способностью усилителя компенсатора (несколько микровольт) и временем анализа, в течение которого привод компенсатора отключен, а на входе усилителя формируется разница между постоянным напряжением компенсации и изменяющейся термо-ЭДС термоэлектрического преобразователя с калибратором.

При этом для достижения необходимого уровня эксплуатационной надежности и защиты от случайных импульсов помех, т.е. для надежной идентификации момента фазового перехода калибратора требуется по крайней мере бО-80 с, что и не позволяет уменьшить геометрические размеры калибратора из-за необходимости иметь длительную температурную площадку при калибровании.

Таким образом, недостатком известного устройства является необходимость иметь массивный температурный калибратор с длительным фазовым переходом, что резко увеличивает динамическую составляющую погрешности при последующих измерениях.

Цель изобретения - повышение динамической точности измерения температуры. з 1

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь с калибратором и блок коррекции, подключенные к входам сумматора, коммутатор, вход которого соединен с выходом сумматора, а выходы подключены к входу автоматического компенсатора постоянного тока и первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника стандартного сигнала, а выход подключен к входу блока коррекции, компаратор, вход которого соединен с выходом автоматического компенсатора постоянного тока, а выход подключен к первому входу логического элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход подключен к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с входом элемента задержки, введены второй логичес. кий элемент И, логический элемент ИЛИ, инвертор и триггер, входы которого соединены соответственно с выходами логического элемента ИЛИ и счетчика импульсов, а выход подключен к управляющему входу коммутатора и первому входу второго логического элемента И, выход которого соединен с управляющим входом автоматического компенсатора постоянного тока, а второй вход через инвертор подключен к выходу компаратора, соединенному с управляющим входом счетчика импульсов, при этом входы логического элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами элемента задержки и блока сравнения °

На фиг.1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — графические зависимости выходного напряжения компаратора и температуры от времени.

Устройство содержит снабженный встроенным калибратором термоэлектрический преобразователь 1, блок

2 коррекции, сумматор 3, автоматический компенсатор 4 постоянного тока, коммутатор 5, блок 6 сравнения и источник 7 стандартного сигнала, компаратор 8, логический элемент И 9, .генератор 10 тактовых импульсов, счетчик 11 импульсов, инвертор 12, логический элемент

ИЛИ 13 триггер 14, второй логичес154551

f5

50 кий элемент И 15 и элемент 16 задержки.

Устройство работает следующим образом.

При подаче питания на схемч идентификации момента фазового перехода калибратора триггер 14 устанавливается в состояние, при котором на его выходе Формируется сигнал управления коммутатором 5, а двигатель привода компенсации компенсатора 4 блокируется, формируя фазу "Анализ" (на выходе триггера 14 сформирован сигнал "0").

Изменение термо-ЗДС термоэлектрического преобразователя 1 приводит

k росту напряжения на входе компаратора 8 (Фиг.2) и его срабатыванию, при этом на его выходе форми- руется сигнал "О" (исходное состояние "1"),который инвертируется и через схему ИЛИ 13 снимает блокировку с двигателя привода компенсации комн 4. Происходит уравновешивание схемы компенсации компенсатора 4, а также сброс счетчика 11.

Указанный процесс повторяется с частотой, определяемой, в основном, скоростью изменения термо- ЭДС преобразователя 1, порогом чувствительности компаратора 8 и быстродействием элементов схемы. С уменьшением скорости изменения выходного сигнала преобразователя 1 (приближение к фазовому переходу) длительность фазы анализа с каждым циклом возрастает (фиг.2). При этом увеличивается и степень заполнения счетчика 11 импульсами генератора 10 за один такт анализа. Происходит подстройка схемы идентификации момента фазового перехода к скорости изменения выходного сигнала термоэлектрического преобразователя 1. При несрабатывании компаратора 8 в течение всего периода заполнения счетчика 11 импульсами генератора 10 импульс переполнения счетчика 11 перебрасывает триггер f4 выходной сигнал которого переключает коммутатор 5, на вход блока 6 сравнения. Разностный сигнал термоэлектрического преобразователя 1 и источник 7 стандартного сигнала поступает на вход блока 2 коррекции, на выходе которого формируется линейно нарастающий сигнал коррекции, суммируемый с сигналом

3 11 преобразователя 1 сумматором 3. В момент полной компенсации погрешности термоэлектрического преобразователя

1 сигналом коррекции от блока 2 на выходе блока 6 сравнения формируется

"0" который через инверсный вход

У элемента И 13 перебрасывает в прежнее состояние триггер 14 (сигнал на втором входе элемента И 13 к этому моменту уже сформирован выходным импульсом счетчика 11, задержанным элементом 1б задержки.

По сигналу триггера 14 коммутатор 5 вновь подключает выход сумматора 3 на вход компенсатора 4 и вся система возвращается в режим

"Измерение", при котором погрешность преобразователя 1 в точке калибрования постоянно компенсируется сигналом коррекции от блока 2.

Поскольку идентификация момента фазового перехода осуществляется в один цикл, максимальное время анализа сокращается в 2-4 раза. При этом возможно применение тонкостенных малоинерционных калибраторов, что позволяет существенно снизить дина54551 6 мическую погрешность измерения.

Кроме того, в режиме поиска площадки в известном устройстве происходит специфическое снижение точности, связанное с тем, что на период анализа привод компенсации автоматического электронного потенциометра блокируется и возникает погрешность за счет разности между фактическим и зафиксированным в начале такта анализа значениями выходного сигнала термоэлектрического преобразователя. Особенно велика зта погрешность при больших скоростях изменения температуры. В предлагаемом устройстве указанная погрешность практически отсутствует, так как период анализа продолжается только до момента срабатывания ком20 паратора 8, порог чувствительности которого приближается (или равен) к порогу чувствительности усилителя компенсатора.

Таким образом, предлагаемое

2 устройство отличается от известного более высокой точностью и расширенными функциональными возможностями.

1154551

spew

Редактор А. Козориз

Заказ 2703/35

В с%

Ф

Ь ф ф.

Составитель В. Куликов

Техред С.йовжий Корректор И. Эрдейи

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ 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