Устройство для оперативного контроля исправности термоэлектрических преобразователей

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее первый термоэлектрический преобразователь , подключенньй через первый усилитель к первому входу компаратора , выход которого соединен с блоком индикации, второй усилитель, отличающееся тем, что. с целью повышения качества и «адежности контроля.исправности термоэлектрических преобразователей, в него введены блок управления, коммутатор, блок вьщеления модуля сигнала, первьй усилитель выполнен с программируемым коэффициентом усиления, а второй - дифференциальным, при этом входы второго усилителя соединены соответственно с выводами первого термоэлектрического преобразователя и выходом коммутатора, входы которого соединены с выводами других термоэлектрических преобразователей, выход второго усилителя через блок Q вьщеления модуля сигнала подключен (Л к второму входу компаратора, а вы-, ход блока управления подключен к управляющим входам коммутатора, первого усилителя, компаратора и блока индикации. СХ) со 00 1

„„SU„„3 18384 3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5Ц4 G 01 K 15/00 списочник изоврятениИ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3539869/24-10 (22) 12.01.83 (46) 07.10.85. Бюл. № 37 (72) Г.И.Пестров, Н.Е.Синицкий и В.С.Ступак (71) Опытное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института металлофизики

АН УССР (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 861982, кл. G 01 К 15/00, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО

КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее первый термоэлектрический преобразователь, подключенный через первый усилитель к первому входу компаратора, выход которого соединен с блоком индикации, второй усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества и надежности контроля исправности термоэлектрических преобразователей, в него введены блок управления, коммутатор, блок выделения модуля сигнала, первый усилитель выполнен с программируемым коэффициентом усиления, а второй — дифференциальным, при этом входы второго усилителя соединены соответственно с выводами первого термоэлектрического преобразователя и выходом коммутатора, входы которого соединены с выводами других термоэлектрических преобразователей, выход второго усилителя через блок выделения модуля сигнала подключен к второму входу компаратора, а вы-. ход блока управления подключен к управляющим входам коммутатора, первого усилителя, компаратора и блока индикации.

1183841

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры. с помощью термоэлектрических пре-образователей, и может быть использовано для контроля исправности электрической цепи и изоляции термоэлектродов термоэлектрических преобразователей во время прецизионных измерений при определении теплофизических свойств веществ, базирующихся на точных измерениях температуры или разности температур в различных точках образца, например, в калориметрии и дилатометрии.

Целью изобретения является повышение качества и надежности контроля исправности термоэлектрических преобразователей.

1О

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства, где, U — напряжения, — 1„„интервалы времени.

Устройство содержит блок 1 управления с входной клеммой 2, коммутатор 3, дифференциальный усилитель 4, блок 5 выделения модуля сигнала, амплитудный компаратор 6, усилитель 30

7 с программируемым коэффициентом усиления и блок 8 индикации. Условно примем количество контролируемых термоэлектрических преобразователей (ТП) равным М=З. Первый контролируе-35 мый термоэлектрический преобразователь 9 подключают к входу усилителя 7 программируемым коэффициентом усиления и первому входу дифференциального усилителя 4, второй вход 40 которого соединен с выходом коммутатора 3, к входам которого подключены контролируемые ТП 10 и 11, а выход соединен с входом блока 5 выделения модуля, выход которого под- 45 ключен к первому входу амплитудного компаратора 6, второй вход которого соединен с выходом усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления, а выход — с входом. блока 8 50 индикации, причем управляющие входы амплитудного компаратора 6, усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления, коммутатора 3 и блока

8 индикации подключены к выходу 55 блока 1 управления. Блок 1 управления представляет собой управляющий автомат, выполненный на основе распределителя импульсов.

Коммутатор 3 состоит из и -1 электромагнитных реле с двумя парами нормально разомкнутых контактов и транзисторных ключей, управляющих их работой.

Блок 5 выделения модуля сигнала представляет собой схему выделения абсолютного значения сигнала и может быть выполнен по стандартным схемам.

Усилитель 7 с,программируемым коэффициентом усиления может быть реализован на основе операционного усилителя, цифровое управление усилением которого осуществляют с помощью аналоговых коммутаторов, подключающих к схеме усилителя нужный резистор из имеющегося набора.

Устройство работает следующим об разом.

При подаче в момент времени (фиг.2 ) на входную клемму 2 пускового импульса блок 1 управления формирует в момент времени 12 пачку импульсов контроля, которые управляют работой коммутатора 3, усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления, блока 8 индикации и стробируют амплитудный компаратор 6. Число импульсов контроля в пачке равно И-1, где Nколичество контролируемых термоэлектрических преобразователей. Минимальное число контролируемых предлагаемым устройством термоэлектрических преобразователей N=2.

Первый импульсом контроля (фиг.28, 1 ) коммутатор 3 подключает термоэлек» трический преобразователь 10 к второму входу дифференциального усилителя 4, с выхода которого через блок 5 выделения модуля сигнала на первый вход амплитудного компаратора 6 поступает усиленный дифференциальный сигнал положительной полярности Е (12) = % /Е (gz) - Е(С2)/, (g I где Е (4>Iи E (tz) — термо-ЭДС ТП 9 и 10 соответственно в момент времени, k — коэффициент усиления дифференциального усилителя 4.

Поскольку сигнал aE(k) может принимать как положительную, так и отрицательную полярность, для нормального функционирования амплитудного

1183841 компаратора 6 в устройство введен блок 5 выделения модуля сигнала, полярность выходного сигнала которого всегда положительна.

В этот же момент времени с выхода 5 усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления на второй вход амплитудного компаратора 6 поступает усиленный сигнал ТП 9

E,„(t =, (gò) ) где Е(t<) — термо-ЭДС ТП 9 в момент времени

% — коэффициент усиления усилите1 ля 7 с программируемым коэффициентом 15 усиления -7 для ТП 10.

Коэффициент 1 „ устанавливается при наладочных испытаниях индивидуально для каждого из контролируемо-. го ТП в зависимости от вида его rpa- 2б дуировочной характеристики и исходя из условий работы компаратора 6 для исправного термоэлектрического преобразователя оп (<; f(+„) E(4;) ) где Еор (+j)- термо-ЭДС ТП 9 в момент времени 41(1=1,2,..., и) согласно формуле (2);

ЬЕ(Ц- разность термо-ЭДС ТП 9 и 30

10 согласно формуле (1) в момент времени 1„(1 =1,2,..., II) .

При поступлении с блока 1 управления импульсов контроля на управляющий вход усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления коэффициент усиления последнего автоматически устанавливается для соответствующих контролируемых ТП.

Амплитудный компаратор 6, стро- 40 бируемый первым импульсом контроля, поступившим на его управляющий вход с выхода блока 1 управления, сравнивает дифференциальный сигнал ЬE(4 )с опорным напряжением Е (6>).При вы- 45 полнении условия (3), т. е. в данном случае (фиг.2в, 1 )

,„8,) » (,j (4) на выходе амплитудного компаратора

6 устанавливается логический нуль 50 и блок 8 индикации сигнализирует об исправности ТП 10.

В,момент времени 4> управляемый вторым импульсом KOHTpoJIH (фиг.2б, 55

kg ) коммутатор 3 подключает к входу дифференциального усилителя 4 контролируемый ТП 11 и стробируемый этим же импульсом компаратор 6 про изводит сравнение напряжений

Д Е(Ьь) =% / Е" (Ь, )- Е(Ьь)/ и ь å э) =" E(ý) (6) где Е(9) и Ее(6з) — термо-ЭДС ТП

9 и 11 соответственно в момент времени к — коэффициент усиления дифференциального усилителя 4; k - коэффициент усиления усилителя 7 с программируемым коэффициентом усиления для термопары 11, определяемый аналогично (3).

При выполнении условия (3) блок 8 индикации сигнализирует об исправности термопары 11.

Предположим, что в момент времени вышел из строя ТП 10. При подаче в момент времени 1 на входную клемму 2 пускового импульса блок 1 управления формирует очередную пачку импульсов (фиг.2а,б, интервал — t ). Коммутатор 3 подключает термопару 10 к входу дифференциального усилителя 4 и амплитудный компаратор 6 сравнивает напряжения земьi."/E (ьь)-е(ьь)/ (), 6.)= (61 >) Оп . 6 (6) ) C9) так как е(ьь)= "/е (ьь) е(ьь)/= "/ е (ьь)/

Условие (3) не выполняется и на выходе амплитудного компаратора

6 устанавливается логическая едини- ца, управляемый которой блок 8 где () и Е (g< ) — термо-ЭДС TII

9 и 10 соответственно в момент времени 46 .

Поскольку неисправность ТП приводит к уменьшению величины его термо-ЭДС, а в случае обрыва или короткого замыкания термоэлектродов, его термо-ЭДС, в данном случае

Е (С6), стремится к нулю, то разность термо-ЭДС между исправным ТП

9 и неисправным контролируемым увеличивается во всем диапазоне температур, т.е. в данном случае

1183841 г

8 6 ы 111 иг. 2

Составитель В.Куликов

Редактор Т. Кугрышева Техред С.Мигунова Корректор N. Пожо

Заказ 6262/42 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент" Ужгород, ул. Проектная, 4 индикации сигнализирует о неисправности ТП 10 (фиг. 2г,д, Ь ).

В случае выхода из строя в момент времени ТП 9, термо-ЭДС которого является опорным напряжением для амплитудного компаратора 6 во всем диапазоне измерения температур, для контролируемого ТП 10 (фиг.2а, интервал 1 - „)

gE(t<<)=k/Е (1,)-Е(1 )/ . («) где И1о) H Е (4 ) — термо-ЭДС

ТП 9 и 10 соответственно в момент времени

Поскольку вследствие неисправности термоэлектрического преобразоваCF теля его термо-ЭДС уменьшилась, то

ЬЕ(„)=k/Е („)-e(<„,)/=k/Е (С„)/ (<27

E,",(kÄ,) < Ь E(k„) ),13)

Аналогично для контролируемого

ТП 11 в момент времени справедливы зависимости o E(k«) ="/E" (k«)-E(t«)/"- / "(.))

E,„(t«)=k„E(4«) dE (4«) («) («I т. е. при неисправности контролируемого

1 ТП 9 условие (3) также не выполняется (фиг.2 е, интервал (%g — ф ) и т) блок 8 индикации сигнализирует о

1 неисправности всех контролируемых ТП.