Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с автоматической калибровкой измерительного канала и может быть использовано в различных областях промьшленности для измерения и контроля температуры в технологических процессах, требующих точного измерения температуры. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и улучшение эксплуатационных характеристик устройства. Устройство содерmm LZJ I н «tBeM BMBBB M я яштягяаяняяяя Л ф1/г.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИН

«е и»

А1 (51) 4 С 01 К 7/02 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3778484/24-10 (22) 01.08.84 (46) 07.06.86. Бюл. У 21 (71) Тернопольский Финансово-экономический институт и Физико-механический институт им. Г.В.Карпенко (72) Б.И.Блажкевич, В.И.Мельник, Ю.В.Поздняков и А.А.Саченко (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 569876, кл. G 01 К 7/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

Ф 717564, кл. G 01 К 7/02, G 01 К 15/00, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с автоматической калибровкой измерительного канала и может быть использовано в различных областях промышленности для измерения и контроля температуры в технологических процессах, требующих точного измерения температуры. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры и улучшение эксплуатационных характеристик устройства. Устройство содер12363 жит измерительные зонды. (ИЗ) 1 и 2 с термоэлектрическими преобразователями 3 и 4, рабочие спаи которых размещены в конструктивно объединенных с ИЗ 1 и 2 наконечниках 5 и б, заполненных рег ерными материалами 7 и 8 кристаллической структуры с известными температурами фазового перехода, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 вычисления и управления, включающий в себя микропроцес30 сор 11, запоминающие устройства

12 и 13, порт 14 ввода, дифференциальный усилитель 15, компараторы 1619, источники 20-23 опорных напряжений,дифференциатор 24, элементы И

25 и 26, блок 28 индикации и коммутатор 27. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет исключить ошибки, вызванные неточностью калибровки. 2 ил.

Изобретение относится к области измерения температуры, а именно к устройствам для измерения температуры с автоматической калибровкой измерительного канала, и может быть использовано в различных областях промьппленности для измерения и контроля температуры в технологических процессах, требующих измерения температуры.

Цель изобретения — повьппение точности измерения температуры и улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет исключения ошибок, вызванных неточностью калибровки.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — графики, иллюстрирующие принцип работы устройства.

Устройство содержит два измерительных зонда 1 и 2 с термоэлектрическими преобразователями 3 и 4, ра» бочие спаи которых размещены в конструктивно объединенных с зондами

1 и 2 наконечниках 5 и 6, заполненных различными реперными материалами 7 и 8 кристаллической структуры с известными и различными температурами фазового перехода, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, блок

10 вычисления и управления, содержа« щий микропроцессор 11, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13 и порт 14 ввода дифференциальный усилитель 15, компараторы

16-19, регулируемые источники опорных напряжений 20-23, дифференциатор

24, логические элементы И 25 и 26, коммутатор 27. Полости наконечников

5 и б конструктивно идентичных измерительных зондов 1 и 2 теплоизолированы друг от друга, термоэлектрические преобразователи 3 и 4 имеют одну и ту же градуировку.

Блок вычисления и управления может быть реализован, например, на ба зе микропроцессорного комплекта

К580 по стандартной схеме в соответствии с инструкцией по применению микропроцессорного комплекта.

Результат измерения высвечивается в блоке 28 индикации.

Порт 14 ввода необходим для передачи входных сигналов с выходов компараторов 16 и 17 на шину данных микропроцессорной системы в моменты воздейсп вия на его управляющие входы

2п сигналов, поступающих с микропроцес, сора но шине управления.

И ПЗУ 12 записаны программы вычисления в режиме калибровки параметров характеристики преобразования

4О измерительного канала, а в режиме измерения — результаты измерения, а также постоянные константы. ОЗУ 13 выполняет функцию хранения промежуточных результатов измерения и, в частности, получаемых в процессе калибрования коэффициентов, однозначно определяющих корректирующую функцию.

Микропроцессор 11, ПЗУ 12, ОЗУ 13 и порт 14 ввода связаны между собой и с другими элементами устройства с помощью шины управления, шины адреса и шины данных.

Коммутатор 27 реализует функцию коммутации двух его входных сигналов з 1236 (термо-ЭДС первого и второго термоэлектрических преобразователей) с входом АЦП 9 в зависимости от сигнала, поступающего на его управляющий вход с шины управления микропроцес сорной системы.

АЦП 9 осуществляет аналого-цифровое преобразование его входного аналогового сигнала, поступающего с термоэлектрических преобразовате- 0 лей через коммутатор 27 по стробу, поступающему с шины управления мик ропроцессорной системы.

Устройство работает следующим образом.

В устройстве предусмотрены два режима: режим калибровки измерительного канала и режим измерения температуры, причем режим калибровки осуществляется при каждом выводе объекта измерения на рабочий режим, при условии, что температура зоны объекта измерения, в которой расположены оба измерительных зонда, изменяется со скоростью не ниже, чем определенная для конкретного исполнения устройства.

При этом должны быть пройдены температуры фазовых переходов (репер ные температуры) Т и Q (Т, Т ) веществ (материалов) 7 и 8, заполняющих наконечники 5 и 6 первого 1 и второго 2 измерительных зондов.

В режиме калибровки устройство работает следующим образом. 35

При достижении во время вывода объекта на режим любой из реперных температур, например Т,, изменение термо-ЭДС Е () термоэлектрического преобразователя 3 на время фазового 40 перехода вещества 7, заполняющего наконечник 5, приостанавливается, а термо-ЭДС Е () второго термоэлектрического преобразователя 4 продолжает отслеживать изменение температу«45 ры зоны объекта. При сравнении температуры эоны с реперной температурой Т на время фазового перехода матерйала 8, заполняющего полость наконечника 6 измерительного зонда 2,50 замедляется, а затем на некоторое время приостанавливается изменение термо-ЭДС термопреобразователя 4 измерительного зонда 2 при непрерывном изменении термо-ЭДС Е (c.) перво- 55 ! .ro термопреобраэователя 3 (фиг. 2а).

В процессе вывода объекта на режим сигнал .на выходе дифференциального

330 4

УсилителЯ 15 U = К(Е (— E ) изменяется (фиг. 2б). На время, когда

Е = (Е, — Е ) -Я,, где-Я,сО порог срабатывания первого компаратора, задаваемый источником 20 опорного напряжения, на выходе первого компаратора образуется единичный сигнал (фнг. 2в). Такой же сигнал формируется на выходe .второго компаратора 17 на промежутке времени, в течение которого Ep > f где

Я ) 0 — порог срабатывания второго компаратора (фиг. 2г). Выходной

dUe

"игнал U = — — дифференциатора 24

d (фиг. 2д) переводит третий 18 и четвертый 19 компараторы в единичное состояние при условии, что соответственно U — (, H U< E (< (QHr. 2e, ж). Выходы первого логического элемента И 25 находятся в единичном состоянии при условии, что в таком же состоянии одновременно находятся выходы первого 16 и третьего 18 компараторов (фиг. 2и). Единичное состояние второго логического элемента существует на интервале времени, когда совпадают единичные состояния выходов второго 17 и четвертого 19 компараторов (фиг. 2к). При появлении на третьем входе порта 14 ввода единичного сигнала выходной сигнал первого термоэлектрического преобра" зователя 3 через коммутатор 27 подается на вход АЦП 9, образованный иа нем цифровой эквивалент запоминается в отдельном регистре ОЗУ 13.

После появления единичного сигнала на четвертом входе блока вычисления и управления и соответственно на порте ввода коммутатор 27 переключа" ет вход АЦП 9 на выход второго термоэлектрического преобразователя 4, выходное напряжение которого после преобразования в АЦП 9 в цифровой код записывается в другом регистре

ОЗУ 13. Cpasy же после этого в микропроцессоре 11 реализуется записанная в ПЗУ 12 программа аппроксимации зависимости коррекции АЕ от значеH ний термо-ЭДС обоих термопреобразова" телей или аппроксимации характеристики преобразования измерительного канала. Результаты записываются в соответствующие регистры ОЗУ 13, а после окончания реализации соответствующей программы устройство автома дцчески переводится в рабочий режим.

5 12

Программа вычисления коэффициентов линейной аппроксимации функции коррекции Е« (Е) реализуется, когда рабочий диапазон измерения температуры jT„;„, T „) настолько ши. рок, что недопустима линейная аппроксимация действительной функции преобразования Е = f(T). В данном случае в микропроцессорной системе должна быть занесена программа вычисления функции Т = Е (Е„ ), обратной по отношению к градуировочной характеристике Е но,к f ноя (T) термоэлек Грических преобразователей.

Функция коррекции д Е (Е) аппрок«0РР симируется выражением

Ь Е„ р = а„ор + Ь„ р ° Е, () причем коэффициенты аппроксимации .вычисляются по измеренным в режиме градуировки значениям Е, и Е> с помощью формул

Е «< Е < — E E< а„

b ж 2Ж"

Ейном E) (3) кОР Е Е где Е, „,„й„,„(т,); Е, „,„Г,„,„(т,) вытекающйх из,соотношений

bE««Р(Е ) - а-р + Ь"Р Е,Е няа - Е» 3 (4)

«рр (E2) а „+

Ее ном Е ° (5)

Результат измерения в данном случае вычисляется по формуле

Т = Умоем (Е + Eêîð) . (6)

В случае достаточно узкого рабочего диапазона измерения, когда допустима линейная аппроксимация обратной функции преобразования

Т f (Е) w а + bE, О) коэффициенты аппроксимации а и Ь вычисляются но результатам измерений

Е - f(T,), Е - f(T,).

В ПЗУ 32 блока вычисления и управления в данном случае записана программа, реализующая формулы

E

У

Е2 Е< (8) т -Т

Ь вЂ” — — —, Е - Е вытекающие as уравнений

Е (Е,) а+ ЬЕ, Т,; (9)

f (Z ) - а + ЬЕ = Тз, ° (10)

С целью повышения достоверности измерительной информации целесооб. разно разбиение диапазона измеряемой температуры на две части таким образом, чтобы в каждом из поддиапазонов температура измерялась при по36330 Ь мощи того термопреобразователя, реперный материал которого. плавится при температуре, лежащей в этом поддиапазоне.

Формула и э о б р е т е н и я

Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, рабочий спай которого размещен в полости измерительного зонда, заполненного реперным материалом с определенной температурой фазового перехода, а первый вывод подключен к входу коммутатора„ выход которого подключен через аналогоцифровой преобразователь к входу блока вычисления и управления, соединенного с блоком индикации и управляющим входом коммутатора, о т л ич а ю щ е е с 8 тем, что, с целью повышения точности измерения температуры и улучшения эксплуатационных характеристик устройства за счет исключения ошибок, вызванных неточностью калибровки, в него введены второй термоэлектрический преобразователь, идентичный первому, рабочий спай которого размещен в полости измерительного зонда, заполненного реперным материалом с температурой фазового перехода, отличной от температуры первого реперного материала, дифференциатор, четыре компаратора с источниками опорных напряжений, два логических элемента И и дифференциале<ный усилиГель ВхОды кОтОрогО соединены с первыми выводами термоэлектрических преобразователей и

Входами коммутатора, а выход подключен к первому и второму компараторам и через дифференциатор соединен с третьим и четвертым компараторами, выходы которых соответственно подклю- чены к первьвк входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго компараторов и подключены к первому и второму входам блока вычисления и управления, третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами первого и второго элементов И, а управляющий выход соединен с управ-лянпщнм входом аналого-цифрового преобразователя, при этом вторые выводы термоэлектрических преобразователей подключены к общей шине устройства.

1236330

f ж

Составитель В.Куликов

Техред Г.Гербер

Редактор А.Козориз

Корректор Е.Рошко

Заказ 3081/44

П о роиэводственно-полиграфическое предприятие У г. кгород, ул. роектная, 4

П f

У

Ф д

- Ю

Z p

ug 4

Я (0

1 е

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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