Устройство для измерения температуры

 

Изобретение может быть испооьзова1|о в черной меташ ургии при из- 4ерении температуры металла в ванне конвертера. Цель изобретения - повыаение точности и сключения ошибок измерения , вызванных перегревом и разрутением термопреобразователя. Устройство содержит термопреобразова- . тель 1, согласующий блок 2 аналого-цифровой преобразователь 3, филь тры 4 и 8 низкой частоты, блоки 5, lOj 21 сравнения, блок 6 управления блоки 12, 15, 19, 20 памяти,- счетчик. П числа совпадений, регистратор 13, информационное табло 14, счетчик 16 числа измерений, вычислительные блоки 17 и 18 и блок 22 постоянной па7 мяти. Введение новых элементов, и о.бразовдние новых связей между элементами устройства позволяют определять температуру путем регистрации сигнала на начальном участке температурной кривой. Осуществляют подбор наилучшей искомой температуры по. модулю наименьших квадратов для заданно го диапазона значений коэффициентов, характеризующих термическую инерцню термопреобразователя I. Изобретение дополнительное к основному авт.св. 1064159. 5 ил., (Л N

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦЩЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН

1191 (11) (504 С 01 К 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

-ч

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I) 1064159 (2l) .3927760/24-10 (22) l 1.07.85 (46) 15.04.87. Бюл. Ф 14

,(71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного обЪединения "Черметавтоматика" (Z2) М.Г,Еникеев, В.Н.Салмов, В.И.Студеников, В.А.Усов и П.В.Селюков (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1064159, кл. 0 О) К 7/02, 1982.

/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение может быть использовано в черной металт)ургии гри измерении температуры металла в ванне конвертера. Цель изобретения — повышение точности исключения ошибок измерения, вызванных перегревом и разрушением термопреобразователя. Устройство содержит термопреобразователь I согласующий блок 2, аналого-цифровой преобразователь 3, филь тры 4 и 8 низкой частоты, блоки 5, 10, 21 сравнения, блок 6 управления, блоки 12, )5, 19, 20 памяти,. счетчик, 11 числа совпадений, регистратор 13» информационное табло )49 счетчик .16 числа измерений, вычислительные блоки 17 и 1.8 и блок 22 постоянной па-, мяти. Введение новых злементов.и об- разование новых связей между элементами устройства позволяют определять температуру путем регистрации сигна- ла на начальном участке температурной кривой. Осуществляют подбор наи- Е лучшей искомой температуры по. модулю наименьших квадратов для заданно го дианааона значение коэФфнциентоа, характеризующих термическую инерцию термопреобразователя 1. Изобретение Я дополнительное к основному авт.св °

Я 1064)59. 5 ил.

1 13

Изобретение относится к высокотемпературиым измерениям и может быть . использовано в черной металлургии при измерении температуры металла в ванне конвертера, и является усовершенствованием известного устройства по авт.сн. 9 1064)59, Известное устройство для измерения температуры, содержащее термопре.обраэователь, подключенный через согласующий блок к входу аналогоцйфрового преобразователя, первый блок сравнения, входы которого соединены с выходами первого и второго блоков памяти, а выход подключен к входу счетчика числа совпадений, выход которого соединен с управляющими входами цифрового регистратора и информационного табло, блок управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и, управляющим входом счетчика числа совпадений, а выходы подключены к управляющим входам первого и, второго блоков памяти, третий блок памяти, два фильтра низкой частоты и второй блок сравнения, входы кото, рого непосредственно и через пер" вый Фильтр низкой частоты соединены с выходом аналого-цифрового пре" образователя, а выход через второй фильтр низкой частоты подключен,к информационным входам первого и второго блоков памяти, при этом инфор- . .мационный вход третьего блока памяти соединен с выходом первого фильтра низкои частоты, выход подключен .к информационным входам цифрового регистратора и информационного табло, а управляющий вход соединен с выходом счетчика числа совпадений.

Целью изобретения является повьг. шение точности измерения путем исключения ошибок измерения, вызванных перегревом и разрушением термопреобразователя.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема первого вычислительного блока; на Фиг. 3 - структурная схема второго вычислительного блока; иа

Фнг. 4 — схема блока управления; на Фиг ° 5 — температурные кривые— нагрева термопреобразователя.

Устройство (Фиг. 1) содержит термопреобразователь 1, подключениый через согласующий блок 2 к входу ., аналого"цифрового преобразователя

3, первый выход которого соединен

03850 2 с входом первого Фильтра 4 низкой частоты, первый блок 5 сравнения, блок 6 управления, первый блок 7 памяти, второй фильтр 8 низкой частоты, второй блок 9 памяти, второй блок 10 сравнения, счетчик 11 числа совпадений, третий флок 12 памяти, цифровой регистратор 13, информационное табло 14, четвертый блок 15

1О памяти, счетчик 16 числа- измерений, первый 17 и второй 18 вычислительные блоки, пятый 19 и шестой 20 блоки памяти, третий блок 21 сравнения и блок 22 постоянной памяти.

Принцип работы. устройства заключается в следующем. При изменении .температуры металла в ванне конвертера следует учесть наличие двух

20 разнотемпературных сред: собствен- но металла и слоя шлака, обогащенного кислородом, имеющего более высокую температуру..Поэтому реальные температурные кривые,,полученные

25 при измерении температуры металла в

:ванне конвертера термопарамИ кратковременного погружения, имеют существенные особенности. Анализ этих кривых, приведенных на фиг. 5, по3О зволяет выделить несколько основных типов кривых. "Идеальные" температурные кривые (Фиг. 5o,S) имеют ровные протяженные температурные площадки; кривая (фиг. 5Ь) характе"

З5 ризуется сильными помехами в области установившегося значения сигнала термопары; кривая (фиг. 5,q) имеет наклонную температурную,площадку1 кривая (фиг. 5,$) имеет "шлаковую"

4О температурную площадку. В то время, как истинное значение температуры равно ординате точки 2 этой кривой, разница этих двух значений может достигать 30-40 С; кривая (фиг.5e) 5 имеет участок резкого снижения сигнала термопары вследствие начавшеroc ee разрушения. Анализ приведенных кривых показывает, что определение температуры металла путем регистрации сигнала на протяженных участках темцературно1"; кривой с установившимся зйачением температуры, как в известном изобретении, не позволяет обеспечить высокой достоверности измерений. Поэтому в предлагаемом устройстве определение температуры осуществляется также путем регистрации сигнала иа начальном участке температурной кривой. Исхо50 4 лрк котором =Г имеет наименьшее значение. Значение Т =Т и будет исо о< комым значением температуры.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с термопреобразователя 1 поступает на вход согласующего блока . 2, предназначенного для согласования низкоомного выхода термопреобраэователя с входом аналого-цифрового преобразователя 3 и усиления

1 сигнала термопреобразователя до необходимой величины. Аналого-цифровой преобразователь 3 преобразует

I усиленное напряжение термолреобра- зователя 1 в цифровой код и формирует тактовые импульсы с частотой, с которой производится. преобразование аналогового сигнала в цифровой код. Эти импульсы поступают на вход блока управления для управления за- писью информации в первый 7 и второй

9 блоки памяти, а также поступают на вход счетчика 16, осуществляющего. подсчет числа измерений, и иа-управляющий вход счетчика ll числа совпадений, разрешая его работу (это необходимо для егб более устойчивой и надежной работы). Цифровой код с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 поступает на вход первого фильтра 4 низкой частоты, а также заносится в четвертый блок 15 памяти.

Функционирование первого фильтра

4 низкой частоты .описывается выражением где Т вЂ” .искомая температура;

- коэффициент, характеризую- ц щий термическую инерцию терг . мопреобраэователя;

Т вЂ” текущее значение сигнала

1 термопары; время. 15

Причем для замеров, проводимых

/ одним и,тем же типом термопреобраэователя в определенном температурном диапазоке, протяженность участка 1-2 к значение ф для различных замеров колеблется в незначительном диапазоне. Приближая реалънйе значения температуры на участке 1-2 зависимостью (I) путем подбора наилучшего Т по модулю наименьших квадратов, для заданного диапазона значений 3, 1<; а „ можно определить искомое эначенйетемпературы Т . Это равносильно нахождению значения То для заданного диапазона значений 9, а 1< 1<„, при котором функционал и э т <т, -т, ><<-< ))

% 1 достигает минимума. При этом наилучшее Т для заданного ф описыва- 35 о1 1 ется зависимостью и. ,ET; (l-Р )

То и ; ° (3) . x(4)=x(4-<)

;Г(1- e )

1 =3

Будем считать t; целыми, т.е. измерять время в дискретах С 1,п. ПркФ„ - hing мем eа,, е а,...,e а„иЬ, Д (1-f ),...,Ь„= (l-К " ); ю. 1 1 1 тогда выражения (2) и (3) примут вид и 11. и

Р - Е: (Т; -Т (1-à. )g - TÒ;- ч, 1 .- ;, (4)

-2Т ° :Т, (1-a ; )+ Ь, и

ДТ;(1-а ) з «1

Т 1

01 Зададим а; а,, Ь„ =Ь,; по выражениям (4) и (5) найдем F =Р,, То То1, затем, последовательно задавая а = а =а ...а, b> =Ь,Ь, ...Ъ, ка каком-то шаге m найдем значение Т (2) 40 где x(t) — вЬ ходкой сигнал фильтра низкой частоты в t-й момент дискретного времени;

x(t) — входной сигнал фильтра низкой частоты,. о< . и P " настроечные коэффициенты;

М выбирается из диапазона 0-1, à f3 примерно равно максимальной величине скорости изменения полезного сигнала.

Поступление информации на вход фильтра 4 низкой частоты и в чет55 вертый блок 15 памяти прекращается при достижении заданного числа измерений, например, 30, счетчик 16 числа измерений подает управляющий импульс на аналого-цифровой преоб(5) 3 13038 дя из теории регулярного теплового режима, участок 1-2 реальных температурных кривых, описывающий процесс нагрева термопреобраэователя, хорошо описывается простой экспонен5 циальной зависимостью

-И;

Т =Т (1-C ), (1) (х(а)-х(1-t)),npaelос(х(а)-х(ЬюД ар б<)в(х(Ф)-х(1-<))рри/ос(х(Ц-х ((-1) )Р

-5 13 разователь 3, который запрещает дальнейшее прохождение информации с выхода аналого-цифрового преобразователя.

Количество измерений вырабатывается равным временной длительности участка 1-2 температурных кривых1 изображенньм на фиг. 5, тем самым осуществляется обработка сигнала только на участке 1-2, несущем достоверную информацию о температуре.

Выходной код x(t) первого фильтра 4 низкой частоты вычитается во втором компараторе 10 из выходного кода x(t) аналого-цифрового преобразователя 3. Из анализа выходного кода блока 10 сравнения Я(й) х(t)-3t(t) принимается решение о наличии стационарного участка на измеренном сигнале. Для этого код E{t) поступает на второй фильтр 8.низкой частоты, где появляется высокочастот". н ая измерительная помеха .. Структура и закон функционирования второго . фильтра 8 низкой частоты аналогичны первому фильтру 4 низкой частоты; .С выхода второго фильтра 8 низкой частоты цифровой код поочередно поступает на входы первого 7.и второ-. го 9 блоков памяти. Запись информации в блоки памяти обеспечивается блоком 6 управления, который вырабатывает импульсы разрешения на запись при поступлении управляющих сигналов с. вьмода аналого-цифрового преобразователя 3. Таким образом, в первом 7 и втором 9 блоках памяти запоминаются и хранятся коды двух последовательных измерений, которые подаются на вход первого компаратора 5. При наличии стационарного участка значения цифровых кодов предыдущего и последующего измерений бу", дут одинаковыми, и компаратор 5 формирует на выходе сигнал, который поступает на счетчик. 11 числа совпадений и устанавливает его в нулевое

Э состояние. Одновременно . этот же сигнал разрешает работу счетчика l l числа совпадений. При наличии заданного числа близких измерений,например шести, счетчик 11 числа сов" падений формирует. сигнал, который . включает цифровой регистратор 13 и информационное табло !4, а также дает разрешение на запоминание в третьем блоке 12 памяти цифрового кода с выхода первого фильтра 4 низкой частоты. На цифровом регистраторе

03850 6

13 и информационном табло 14 регист,рируется значение измеренного пара" метра, записанное в третьем блоке 12 памяти. Если счетчик 11 числа. совпадений не наберет заданного числа близких измерений, то он вырабатывает импульс для блока управления. Поэтому импульсу блок 6 управления .осуществляет выборку первых значе® ний а и Ь из блока 22 постоянной памяти, разрешает считывание значений x(t}, накопленных в четвертом блоке 15 памяти первым 17 и вторым !

8 вычислительными блоками, В пер-!

5 вом вычислительном блоке 17 вычисляется первое приближение Т,:

;«х; (t) (l-а,-)

1мЪ

Т "- — — — -"- ——

b;

Первый вычислительный блок. 17 может быть реализован, например (фиг. 2), в виде последовательно, соединенньм коммутатора 23, первого .

>5 умиожителя 24, накопительного регистра 25, компаратора 26, второго умножителя 27, сумматора 28 и делителя 29, причем выход накопительно- . го регистра 25 соединен с первым

ЗО входом коммутатора 23, а.на второф вход коммутатора 23 и второй вход компаратора 26 постоянно подается уровень логической "1". Ка вход первого умножителя 24 подается а, иэ у блока 22 постоянной памяти (фиг.l-), а на вход второго умножителя 27 из четвертого блока 15 (фиг. I) посту" пают значения x;(t). По окончании вичислительного цикла в сумматоре 28и накапливается значение . х;(й} (1 а1

-a)- затем в делителе 29 производится деление полученного результата на значение Ь,, поступающее у из блока 22 постоянной памяти. Зна- чение Т, вычисленное первым вы- . числительным блоком 17» записывается в, пятый блок 19 памяти; Значения

Т,, x ° (t) (l-а } поступают во вто1 рои. вь1числительный блок 18, где производится вычисление.

h 11

F, х,. (1:)-2 Т„+x;(t) (l-а, )+ у

1<1

+Т, Ь,.

Второй вычислительный блок 18 может.быть реализован, например, в виде первого умножителя 31, выход которого соединен с входом первого сумматора 32, выход которого соедиI нен с первым входом компаратора 33, второй вход, которого соединен с вы5 ходом масштабирующего блока 36, а выход — с первым входом второго сумматора 34, второй вход которого соединен с вьжодом третьего умножителя 37, первый вход которого соединен с четвертым умножителем 38,,вход масштабирующего блока 36 соединен с.выходом четвертого умножителя 35. На вход первого умножителя

31 поступают значения из четвертого !5 . блока 15 памя1 и (фиг. 1) на входы втброго умножителя 35 поступают зная чения Т,, и +x (t)(l-a,), опреде1Ъ1 ленные первым вычислительным блоком 20 .17 (фиг. 1). Значение То, также rioступает на вход четвертого умножителя 28, значение Ь, из блока 22 постоянной памяти (фиг. 1) поступает на вход третьего умножителя 37: 25

По.окончании вычислительного цикла в первом сумматоре 32 накаплива- я ется значение, Гх.(t), на выходе

1=1 масштабйрующего блока 36 формируется 3О

fl

1 значение 2Т, 5 (С) (1-а ), компара3 т-1 тор 33 производит вычитание этих значений а на выходе третьего умиожиЭ

2, теля 37 получается значение Т . b и на выходе второго сумматора 34 формируется значение У,, которое записывается в шестой блок 20 памяти (фиг. 1). Затем блок 6 управления осуществляет выборку следующих зна- 4О чений а и Ь из блока 22 постоянной памяти. Первым 17 н вторым 18 вычислительными блоками вычисляются эначеBHR T H Fg соответственно. Третий компаратор 21 вычисляет .разность Ь, 4

=Р, -Г, если эта разность больше О,. то блок 6 управления осуществляет . выборку следующего значения а иэ блока постоянной памяти, вычисляется

Тщ и F» третий компаратор 21 вычис" ляет разность Ь =F<-F>, если разность больше О, то процесс повторяется, -на каком-то шаге п значение h ста" нет больше О, значит значение Т. записанное в пятом-блоке 19 памяти, будет наилучшим приближением температуры, при этом включаются цифровой регистратор 13 и информационное табло 14 по сигналу от пятого блока .19

1303850 8 памяти, и значение Тд, регистрируется на цифровом регистраторе !3 и информационном табло 14 . Все блоки устройства могут быть реализованы на основе стандартннх схем, широко применяемьж в вычислительной технике.

Блок 6 управления может быть выполнен, например (фиг. 4), в виде .последовательно соединенных первого триггера 39 с управляющим выходом аналого-цифрового преобразователя

3 (фиг. !), .выходы первого триггера

39 и первого счетчика 40. соединены с входами блоков 7 и 9, последоваI тель!!о соединенных задающего генератора 41, второго 42, третьего 43, четвертого 44 счетчиков, а также второго триггера 45, причем входы задающего генератора 41 и второго триггера 45 соединены с выходом блока !1,выходы второго счетчика 42 соединены с входами четвертого блока 15 памяти и третьего 43 и четвертого 44 счетчиков, выходы которых соединены с входами,.блока 22 постоянной памяти, выход второго триггера 45 соединен с входами первого 17 и, второго !8 вычислительных блоков.

Блок 6 управления работает следующим образом. Тактовые импульсы с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 поступают на вход первого триггера 39, который выдает поочередно разрешение на запись информации в первый 17 и второй 9 блоки памяти; первый счетчик 40 служит для адресации памяти этих блоков. При поступлении импульса из счетчика !1 числа совпадений о том, что он не набрал необходимого числа близких измерений, запускается задающий генератор 41, соединенный с вторым счетчиком 42, который осуществляет адресацию четвертого блока 15 памяти, второй триггер 45 дает разрешение на работу первого 17 и второго !8 вычислительных блоков. После того, как второй счетчик 42 заполнится (до последнего заряда), возникает импульс переноса, посту; пающий с его выхода на входы третьего 43 и четвертого 44 счетчиков и наращивающий их значения на едини- . цу, из блока, 22 постоянной памяти извлекаются следующие значения а; и Ь;, дальше процедура повторяется.

Для установки всех элементов устройства в исходное состояние ис" пользуется сигнал сброса от пятого. устройство для измерения температуры по авт.св. В 1064159, о тл н ч а ю щ е е с я тем,.что, с целью повышения томности измерения IO путем исключения ошибок, вызванных: первгревом и разрушением термопреобразователя, в него дополнительно введены счетчик числа измерений,три блока памяти, третий блок сравнения, два объединенных. между собой вычислительных блока и блок постоянной

Ъ памяти1 выходы которого соответстванно подключены к первым входам вычйслительных блоков, вторые входы р которых соединены с выходом четвертого блока памяти, а выходы соответственно подключены к входу пятого

9 ll303850 . 1.0 блока 19 памяти, соответствующий блока памяти и входу шестого блока ( включению цифрового регистратора 13 памяти, соединенному с первым вхо» и информационного табло 14 дом третьего блока сравнения, второй

) вход которого соединен с выходом

Ф. о Р и У л а и з о б Р е т е н и Я я шестого бЛока памЯти, а выход подключен к управляющему входу пятого блока памяти, выход которого соединен c цифровым регйстратором и информационным табло, при этом дополнительный вьйод счетчика числа совпадений подключен к дополнительному входу блока управления, дополнительные выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блока постоянной памяти, вычислительных блоков и четвертого блока памяти, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, управляющий,вход которого соединен с выходом счетчика числа измерений, вход, которого подключен ° к входу блока управ .ления.

Ф г

2 т

Составитель В. Куликок

Редактор Э.Слиган Техред А.Кравчук Корректор А.Зимокосов

Закаэ 1298/4) Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж- 35, Рауыская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4