Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано для измерения быстроменяющихся температур, например, в газотурбинных установках на переходных режимах. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем снижения шумов дифференцирующих усилителей и более точного определения постоянной времени термопреобразователя во времл переходных процессов. Устройство содержит термопреобразователь 1, усилитель 2, сумматор 3, дифференцирующие усилители 4 и 5, фильтры 6 и 7 нажних частот , блоки 8 и 17 деления, ключи 9, 12 и 15, блок 10 сравнения, интеграторы 11 и 16, блоки 13 и 14 нелинейности, умножитель 18. С выхода блока 17 деления снимают сигнал, пропорциональный постоянной времени термопреобразователя I. Блок 13 определяет момент насыщения блока 11 и выдает сигнал на входы ключей 12 и 15, осуществляющих одновременное обнуление вькодов интеграторов 11 и 16, Устройство позволяет повысить точность коррекции показаний термопары за счет сглаж1шания оценки параметра t путем осреднения, запоминания, использования ее для коррекции во время, когда работа первого делителя неустойчива. 3 ил. С (Л О5 О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Сб)1)- G О! К 7 14

ВСГСГЖ";ч: я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHONlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3750120/24-10 (22) 07.06.84 (46) 07.03.86. Бюл, У 9 (71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Л.Б. Уразбахтина, М.И. Тютюник, Ф.Ф. Султанов и Н.P. Абдрахманова (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 636489, кл. G 01 К 7/14, 1977.

Авторское свидетельство СССР

)) 773454, кл. G 01 К 7/14, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

i (57) Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано для измерения быстроменяющихся температур, например, в газотурбинных установках на переходных режимах, Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем снижения шумов дифференцирующих усилителей и более точного

„„SU„„216670 A определения постоянной времени термопреобразователя во время переходных процессов. Устройство содержит термопреобраэователь ), усилитель 2, сумматор 3, дифференцирующие усилители 4 и 5, фильтры 6 и 7 нижних частот, блоки 8 и 17 деления, ключи 9, 12 и 15, блок 10 сравнения, интеграторы 11 и 16, блоки 13 и 14 нелинейности, умиожитель 18. С выхода блока 17 деления снимают сигнал, пропорциональный постоянной времени термопреобразователя 1. Блок 13 определяет момент насыщения блока 11 и выдает сигнал на входы ключей 12 и

15, осуществляющих одновременное обнуление выходов интеграторов )1 и 16.

Устройство позволяет повысить точность коррекции показаний термопары за счет сглаживания оценки параметр ра ь путем осреднения, запоминания, использования ее для коррекции во время, когда работа первого делителя неустойчива. 3 ил.

l2!6670

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть| использовано для измерения быстроменяющихся температур, например в газотурбинных установках на переходных режимах.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем снижения шумов дифференцирующих усилителей и более точному определению постоянной времени термопреобразователя во .время переходных процессов.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; .на.фиг. 2 — статическая характеристика первого блока нелинейности; на фиг. 3 — статическая характеристика второго блока нелинейности.

Устройства (фпг. 1) содержит термопреобразователь 1, усилитель 2, сумматор 3, первый дифференцирующий усилитель 4, второй дифференцпрующий усилитель 5, первый фильтр 6 нижних частот, второй фильтр 7 нижних частот, первый блок 8 деления, первый ключ 9, блок 10 сравнения, первый интегратор 11, второй ключ 12, первый блок 13 нелинейности, второй блок 14 нелинейности, третий ключ 15, второй интегратор 16, второй блок 17 деления, умножитель 18.

Устройство работает следующим образом.

Прн скачкообразном изменении температуры на входе термопреобраэователя 1 на его выходе сигнал изменяется по закону о

Z,=H.+0ò. К,(1- Г ) (1)

t где Е.1 - выходной сигнал термодатчика;

Š— сигнал, соответствующий уровню температуры до ее изменения;

К, - коэффициент передачи термопреобразователя; л — постоянная времени термопреобразователя; — время, определяющее момент изменения температуры; б à — приращение температуры.

Напряжение с выхода усилителя 2

E =К Е s где К вЂ” коэффициент усиленИя усилителя 2, поступает на идентичные дифференцирующие усилители 4 и 5, выходные сигналы которых соответственно равны с{ Еа к1 з- з с! с

К, К,-6Т! (. К 0Ò

a„

FqK3 dt е

10 где Кэ — коэффициент усиления дифференцирующих усилителей 4 и 5.

При идеальной форме скачка отношение первой Ез и второй E проиэ( водной сигнала Е „определяет постоянную времени термопреобраэователя

20 о

DENT TK1К, К ьEg, й- 3) аТ К„К .К

j.im i (t)= — . л. 0 -ъ ю

Для обеспечения работоспособности

40 устройства в области окончания переходных процессов предлагается постоянную времени термопреобразователя определять по отфильтрованным значениям производных. Фильтрация осу45 ществляется с помощью двух идентичных по структуре и параметрам фильтров нижних частот. Наиболее просто реализовать фильтр первого порядка.

Полоса пропускания фильтра выбирает50 ся из условия подавления шумов дифференцирук;1его усилителя, формирующего вторую производную.

Если принять помеху на выходе термодатчика в виде аддитивного белого

55 шума, ограниченного по спектру мощности N, то среднеквадратичная погрешность определения второй производной

По окончании переходных процессов в термопреобразователе уровень сигналов Е> и Е уменьшается и становится соизмеримым с уровнем флюктуаций температуры. Это приводит к значительным погрешностям оценки постоянной времени термопреобразователя. Более

1 того, в установившемся режиме значение постоянной времени термопреобраЗ5 зователя не определено:

1216670

М 1 о

6 —, „ N Ы й.; и о (4) где.cJ — круговая частота;

»1 - граничная круговая частота белого шума.

После фильтрации фильтром нижних частот среднеквадратичная погрешность

9 и о

15 где К, — коэффициент передачи фильтpos;

Т,р — постоянная времени фильтра.

Передаточ»»ая функция фильтра в операторной форме описывается выражением т .Р+1

При условии ослабления помехи в

20 раз параметры фильтра могут быть

Ф определены иэ условия

Й /6 =яа (Коэффициент передачи фильтра выбирается иэ условия сохранения отно:шения амплитуд сигналов Е и Е .

Вид сигналов после фильтрации .можно определить, решив дифференциальное уравнение вида

Й - г

Тср Е +Е5- К<р К„ К, .К 6Т,1 > б (s) где Š— сигнал на выходе фильтра 0.

Решение уравнения. имеет вид

1-

Ез"-1«р K Ка Кь йТ Г -Т,, (ч2 к,» К,.К, к ат (p r g

» (-Ъ 1 (11) Сигнал на выходе фильтра 7 имеет вид

g-t

Е„=К, к„к,.K,nT —. t 1 -Г

Т

«». (g т,рА

I (»о)

Таки»» образом, сигналы после фильтрации имеют одинаковые амплитуд- 50 ные н фазовые искажения, поэтому на точность оценки постоянной времени термодатчика введение фильтрации не повлияет t-t

КрК, К К ДТ С -С 55

E5 L -Lcp

Е

Очевидно, что при соотношЕнии и.

, >»- выходные сигналы фильтров, поступающих на выход делителя 17 при л

t 3». т.е. в области окончания переходных процессов, превышают уровень помех.

На устойчивость оценки постоянной времени термодатчика влияет случайная составляющая входного сигнала температуры. Для повышения динамической точности коррекции предлагается вычислять среднее значение постоянной времени термопреобразователл на всем интервале наблюдения. Для этого предлагается интегрировать выходнои сигнал делителя 8 интегратором 11

to ). (1Х) и делитель его на время (t-t ) его работы. Для определения интервала работы интегратора н защ»рты от помех определяется отклонение мгновенного значения i (t ) от среднего значения постоянной времени термопреобразова- . теля. е = „() и (13) на блоке 1 0 сравиен»»я, на иервьп» вход которого поступает сигнал с выхода второго блока 17 деления,. на второй вход поступает сигнал с выхода первого блока 8 деления и вводится допуск на уровень среднеквадратического откло»»ен»»я прн помощи второго блока )4 нелинейности. Блок нелинейности содержит квадратор и нелинейный элемент, статическая характеристика которого изображена на фиг, 2. Квадратор определяет квадратичное значение выходного сигнала»;..

Нелинейный элемент реализует условие, ограничивающие квадрат разности мгновенного и среднего значения постоянной времени термодатчика.

Я (t)=((t) ».) (V (14) где U - зона допуска °

Поскольку скорость изменения постоянной времени термопреобразователл на интервале оценивания является конечной вел»»ч»»ной, то условие (14) в любой момент времени полностью оп- ределяет допустимый уровень отклонеш»й» мгновенного значения от среднегo. Вел»»чш»а U определяется настройкой при отладке устройства и зависит от характеристик газовых потоков.

Среднее значение постоянной времени

1216670 о

Выход блока 14 нелинейности соединен с управляющим входом ключа 9, который синхронизирует во времени работу интеграторов. 11 и 16;

При прохождении помехи па ацен" ке (или по окончании переходных процессов н термопреобразанателе, когда выходной сигнал второго.делителя 17 будет в соответствии с алгоритмом получения постоянной времени. термопреобраэонателя пеопрецелен, и его выходной сигнал пренратится н шум, среднеквадратичное отклонение этого сигнала выйдет за предел допуска HQ уровень отклонения Г )U, что определяется с помощью блока 14 нелинейности, который обнуляет вход интегратора 16 и с помощью ключа 9 абнуляет вход интегратора 11, и коррек-. тирующее воздействие формируется по запомненному значению постоянной нремени термопреобразователя.

Выходные сигналы интеграторов 11 и 16 подаются на первый и второй нходы блока 17 деления, Отношение выход.ных сигналов двух интеграторов соответствует среднему значению постоянной времени термопреобразователя

20 э( ( бт термопреобразователя оценивается только при выполнении условия (14) интегратором 16, выходной сигнал ко-. торого равен, В блоке умножения сигналы с выхода блока деления 17 и днфференцирующего усилителя 4 перемножаются, а результирующий сигнал поступает на вход сумматора 3 с противоположным знаком: о (х 3 — ((т)

7 л

55 где Е <„, — выходной сигнал сумматора.

Подбором коэффициентов можно скомпенсировать динамическую ошибку, обусловленную инерционностью термопреобразователя.

При этом с выхода блока 17 сн(мают сигнал, пропорциональный постоянной времени термопреобразонателя ° .Первый блок нелинейности определяет момент насыщения первого интегратора и выдает сигнал на управляющие входы ключей 12 и 15, осуществляющих одновременное обнуление выходов интеграторов 11 и 16. Статическая характеристика блока 13 нелинейности изображена на фиг. 3.

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения быстроменяющихся температур позноляет повысить точность коррекции показаний термопары за счет сглаживания оценки параметра путем .осреднения, запо(пшаHHs(использования ее для коррекции и те моменты времени, когда работа первого делителя неустой-шна.

Г

Формула изобретения

Устройство для измерения температур(, содержащее последовательно включенные термопреобразаватель и усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора и входом первого дифференцирующего усилителя, выход которого соединен с входом второго,дифференцирующего усилителя, умножитель, нходы которого соединены с выходам первого дифференциру(ощего усилителя и выходам блока деления, а выход .подключен к второму входу сумматора, о т л и ч а (о щ е е с я тем, чта, с целью повышения динамической точности измерения, в него введены два фильтра нижних частот, два блока нелинейности, три ключа, дна интегратора, блок сравнения и второй делитель, входы которого через фильтры нижних частот соединены соответственно с выходами дифференцирующих у.илителей, а нь(ход соединен с первым входом блока сравнения и через первый ключ подключен к входу перного.интегратора, выход которого соедйней с первым входом первого блока деления и через первый блок нелинейности подключен к управляющим нходам второго и третьего ключей, под1216670

Составитель В. Куликов

Техред С.Мигунова Корректор С. Черни

Редактор В. Иванова

Заказ 996/53 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент.", т. Ужгород, ул. Проектная, 4 ключенных соответственно к обнуляющим входам первого и второго интеграторов, при этом выход первого блока деления подключен к второму входу блока сравнения, выход которого через второй блок нелинейности подключен к управляющему входу первого ключа и входу второго интегратора, выход которогб подключен к второму входу первого блока деления.