Многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием каналов

 

Изобретение касается температурных измерений. Цель изобретения - повышение надежности устройст.ва, которое содержит термоэлектрический преобразователь 1, коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, сумматоры 4, 5 и 22, блок 6 эталонных напряжений, распределитель 7, блок 8 управления, блок 9 аппроксимации погрешностей, блок 10 памяти. х ш (Л О9 СП 00 оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1315830 А1 (5D 4 01 К 7/02, 15/00

i р.

,s

- .Й

/

Р

/, !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изоБРетений и ОтнРытий (21) 3922249/24-10 (22) 04.06.85 (46) 07.06.87. Бюл. У 21 (71) Тернопольский финансово-экономический институт (72) А.А.Саченко, В.В.Кочан, Б.А.Маслыяк, В.Ю.Мильченко и О.А.Вавринюк (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 569876, кл. G 01 К 7/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР

9 717564, кл. G 01 К 7/02, G 0l К 15/00, 1978. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ С АВТОМАТИЧЕСКИМ КАЛИБРОВАНИЕМ КАНАЛОВ (57) Изобретение касается температурных измерений, Цель изобретения— повышение надежности устройства, которое содержит термоэлектрический преобразователь 1, коммутатор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, сумматоры 4, 5 и 22, блок 6 эталонных напряжений, распределитель 7, блок 8 управления, блок 9 аппроксимации погрешностей, блок 10 памяти, 1315830 ключ 11, блок 12 анализа, коммутатор

13, счетчик 14 каналов, переключатели 15-17, умножители 18 и 19, квадратор 20 и блок 21 индикации, Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства обеспечивает работу с калибраторами, содержащими одну плавкую вставку с заданной температурой плавления, при

Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано в различных отраслях промьппленности, где требуется измерение температуры с повышенной точностью, Целью изобретения является повышение надежности устройства путем обеспечения работы с калибраторами, содержащими одну плавкую вставку с заданной температурой плавления, цри сохранении точности измерения, Высокая точность измерения обеспечивается путем использования в качестве реперных точек характерных точек стандартной градуировочной характеристики термоэлектрического преобразователя. Характерными точками могут служить точки перегиба, градуировочной характеристики. Например,, для термоэлектрического преобразователя (ТП) градуировки ХА они существуют при 565 и 1256 С. Реальные градуировочные характеристики ТП в начальный момент их эксплуатации соответствуют, как правило, по форме кривой стандартной градуировочной характеристике. Поэтому кривая поправок незначительно отклоняется от пря— мой, что позволяет представить семейство реальных градуировочных характеристик ТП в начальный момент их эксплуатации практически подобными кривыми. Как показывают эксперименты, градуировочная характеристика в процессе эксплуатации ТП при высоких температурах меняется подобно самой себе, т.е. можно считать, что в характерных точках (точки перегиба) изменяется со временем только масштаб по оси ординат (термо-ЭДС) при неизменном значении абсциссы (темперасохранении точности измерения, которая обеспечивается путем использования в качестве реперных точек характерных точек стандартной градуировочной характеристики термоэлектриче кого преобразователя 1. Характерными точками могут служить точки перегиба градуировочной характеристики. 1 ил. туры), что и позволяет испольэовать точки перегиба градуировочной кривой в качестве реперных.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ТП 1 с встроенными калибраторами, выходы которых через входной коммутатор 2 подключены к входу аналого-цифрового преобраfO зователя (АЦП) 3, первый 4 и второй

5 сумматоры, блок 6 эталонных напряжений, соединенный входом и выходом с распределителем 7, блок 8 управления, блок 9 аппроксимации погреш15 ностей, блок 10. памяти, ключ 11, блок 12 анализа, коммутатор 13, счетчики 14 каналов, первый 15, второй

16 и третий 17 переключатели, первый

18 и второй 19 умножители, квадратор, 2О 20, блок 21 индикации и третий сумматор 22.

Калибраторы, встроенные в защитные чехлы ТП, содержат одну плавкую вставку с точно известной темпера25 турой плавления Т,. В блоке 6 эталонных напряжений в двоичном коде записаны числа, соответствующие стандартным значениям ЭДС ТП при Т1 и температурам точек перегиба Т и Тз.

30 Устройство имеет три режима работы: "Калибрование 1", "Калибрование 2" и "Измерение".

В режимах « Калибрование 1" и "Калибрование 2", первый из которых используется для калибрования по плавкой вставке при Т,, а второй— для калибрования по характерным точкам при Т и Т>, оператор путем задания соответствующей уставки регуОлирования переводит объекты, на которых калибруются ТП; в состояние нагрева или охлаждения. Это состоя131>830

3 ние может быть совмещено, например, с выходом объектов на технологичесt кий режим.

Предположим, что система имеет п каналов, а калибруется первый канал, B режиме "Калибрование T" выходной сигнал первого ТП через коммутатор 2 поступает на вход АЦП 3, с выхода которого сигнал температуры в двоичном коде через переключатель 15 поступает на вход сумматора 4. На другой вход этого сумматора через переключатель 16 и распределитель 7 с блока

10 памяти поступает сигнал "0". При этом информация, поступающая с блока 10 памяти или блока 6 эталонных напряжений, по команде блока 8 управления может подвергаться инвертированию таким образом, чтобы на вход переключателя 16 поступала разность сигналов.

Итак, сигнал текущей температуры без изменений через переключатель

17 поступает на блок 12 анализа. По, следний представляет собой логическое устройство с синхронизирующим и рабочим входами и двумя выходами, При поступлении положительного или отрицательного сигнала с выхода сумматора 4 на рабочий вход сигнал управления формируется на выходе блока анализа, соединенном с управляющим входом ключа 11. Если при лов даче на синхронизирующий вход блока анализа с выхода блока управления команды, разрешающей прием информа35

It I I ции, на рабочий вход поступает 0 сигнал вырабатывается на выходе блока анализа, соединенном с коммутатором 13.

В данном случае вырабатывается сигнал управления ключом 11, и сигнал текущей температуры записывается в соответствующей ячейке блока 10 памяти. Йосле прохождения полного цккла45 опроса каналов системы сигнал теку щей температуры вновь поступает на вход сумматора 4. На другой вход сумматора поступает сигнал температуры этого канала в предыдущем цикле. 50

Так как этот сигнал инвертируется, то на вход блока 12 анализа поступает разность сигналов. Прк отличии выходных сигналов сумматора 4 от нуля формируется команда управления клю55 чом 11 и в блок 10 памяти записывается новое значение температуры, а значение предыдущего цикла автомати— чески стирается.

Прк плавлении вставки калибратора прк Т1 температура рабочего спая калибруемого ТП в течение 20-40 с остается постоянной, и сигналы температур двух циклов совпадают. Тогда сигнал совпадения с блока анализа через коммутатор 13 поступает на вход кн тегркруюшего счетчика первого канала. Если этот процесс повторяется m раз до заполнения счетчика 14, в блок

8 управления поступает команда начала калкбрования. Тогда на вход сумматора

4 через переключатель 16 с блока 6 эталонных напряжений поступает сигнал, соответствующий стандартной термо-ЗДС

ТП при Т,, Разность сигналов t текущей температуры канала к действительной температуры плавления вставки калибратора Т„ записывается в блоке 10 памяти. Это число соответствует погрешностей калибруемого ТП прк

В режиме "Калибрование" 2по команде блока 8 управления происходят отключение выхода сумматора 4 от рабочего блока 12 анализа и подключение выхода сумматора 22 к входу блока 12 анализа через переключатель 17 °

Температуры Т„ и Т„ определяются по характерным точкам градукровочной кривой ТП вЂ” точкам перегиба. В окрестности точек перегиба вторая производная термо-ЭДС по температуре кзменяет знак, а в самой точке перегиба она равна нулю. Так как кзменение температуры прк линейном изменении температуры объекта, в котором кзмеряетсs> температура, за время между циклами измерения достаточно мало (несколько градусов), то производные термо-ЭДС по температуре могут быть замещены разностями температур в соседних циклах измерения. Первая производная заменяется разностью температур в текущем и предыдущем циклах измерения, а вторая — разностью разностей температур в предыдущем и текущих циклах кзмерения. Например, пусть ряд последовательно измеренных температур Т запишется как Т.>, Т,, Т>, Т4,..., тогда первая производная может быть определена как (Т T ) (Tz-T<) ... а вторая производная — как (Т -Т.) †(Т.-T„)1, ((Т—

Тз) — (Тз — Т ), и т.д.

В устройстве значение разностей, соответствующих первой производной, образуется на выходе сумматора 4, который, как к при калкбровании при

5 !

3! температуре фазового перехода, находит разность текущего значения температуры, поступившего из АЦП 3 через переключатель 15, и значения температуры в предыдущем цикле, которое хранилось в блоке 10 памяти и поступило на сумматор 4 через распределитель 7 и переключатель 16.

Разности разностей температур, соответствующие второй производной, образуются на выходе сумматора 22 путем вычитания сигнала, формируемого на выходе сумматора 4 в текущем цикле измерения, и сигнала, формируемого на выходе сумматора 4 в предыду.щем цикле измерения. Значение послед1 него сигнала хранится в блоке 10 памяти. Сигнал с выхода сумматора поступает на блок 12 анализа. Если этот сигнал становится равным нулю (или изменяет знак), это свидетельствует о достижении характерной точки — точки перегиба.

Порядок работы блоков устройства следующий. Преобразованное в код в

АЦП 3 значение термо-ЭДС ТП через переключатель 15 поступает на сумматор 4, где из него вычитается значение температуры в предыдущем цикле измерения, поступающее на второй вход сумматора 4 с блока 10 памяти через распределитель 7 и переключатель 16. Разность, полученная на выходе сумматора 4, поступает на вход сумматора 22, на второй вход которого подается с блока 10 памяти через . распределитель 7 значение разности, полученное на выходе сумматора 4 в предыдущем цикле измерения. Переключатель 17 подключает к входу блока

12 анализа выход сумматора 22, Если на входе блока 12 сигнал не равен нулю, т,е. точка перегиба еще не достигнута, то блок !2 анализа по— средством ключа 11 и распределителя

7 производит запись в блок 10 памяти нового значения текущей температуры. Одновременно через переключатель 17 и распределитель 7 в блок 10 памяти записывается значение разности, полученное на выходе сумматора

4. В дальнейшем продолжается включение других каналов устройства. При достижении точки перегиба градуировочной характеристики ТП на вход блока 12 анализа из сумматора 22 поступает нулевая разность (или разность с другим знаком). Блок анализа фиксирует достижение точки пере5830!

О !

30 ао+а„Т„+аг „=Ь,;

a tt+a 1Т + а Tz = iЙ. i

2ар+а,Т +а Т =dtg.

При поступлении на входы блока 9 аппроксимации погрешности сигналов, соответствующих dt „, 4tg и д, на его выходах формируются сигналы, соответствующие ар, а, и а, которые через распределитель 7 поступают в блок 6 эталонных напряжений и запоминаются в нем. По времени процесс определения коэффициентов ар, а„ и а для одних каналов совпадает с оп1 ределением погрешностей ts ti и

Gt для других каналов. После того, как в блоке 6 эталонных напряжений запомнились сигналы, соответствующие коэффициентам ар, а„ и а для всех калибруемых каналов, режимы "Калибрование 1" и "Калибрование 2" закончены.

В режиме "Измерение" с выхода АЦП

3 на входы квадратора 20 и умножителя 18 поступает сигнал текущей температуры, а с блока 6 эталонных напряжений через распределитель 7 на входы умножителей 18 и 19 и сумматора 5 поступают соответственно сигна35

6 гиба и производит через коммутатор

13 заполнение соответствующего счетчика 14, Так как температура рабочего спая ТП при этом изменяется, заполнение счетчика необходимо произвести за один — два цикла измерения.

Сигнал с выхода счетчика 14 поступает на блок 8 управления, который, воздействуя на распределитель 7, по- дает с блока 6 через переключатель

16 на вход сумматора 4 сигнал стандартной термо-ЭДС в соответствующей точке перегиба. На выходе сумматора

4 появляется разность, соответствующая погрешности ТП Lit> в точке перегиба Т, которая через переключатель 17 и распределитель 7 поступает в блок 10 памяти.

Аналогично, как при Т в режиме

Il tt

Калибрование 2, формируется и записывается в блоке 10 памяти погрешность dt> при Т . Далее сигналы, соответствующие д t,, d tg и 4, с блока 10 памяти через распределитель

7 поступают на входы блока 9 аппроксимации погрешности. Этот блок является специализированным решающим устройством для определения коэффициентов а,, а„ и а системы трех уравнений вида

7 131

E лы, сформированные для данного канала в режимах "Калибрование", тогда йа выходе сумматора 5 формируется сигнал коррекции вида оТ=а +a T+a Т

0 1 где Т вЂ” текущая температура. Этот сигнал через переключатель 16 поступает на вход сумматора 4, где складывается с сигналом текущей температуры канала. На блок 21 индикации поступает скорректированный с учетом погрешности измерительного> канала сигнал температуры.

583С формула изобретения

Составитель В.Куликов

Редактор О.Юрковецкая Техред А.Кравчук Корректор С.Шекмар

Заказ 2352/44

Тираж 776 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Многоканальное устройство для измерения температуры с автоматическим калиброванием каналов, содержащее термоэлектрические преобразователи с встроенными калибраторами, аналогоцифровой преобразователь, вход которого через входной коммутатор подключен к выходам термоэлектрических преобразователей, а выход соединен с входом ключа и входом первого переключателя, выходы которого соединены соответственно с входом квадратора,,первым входом первого умножителя и ,первым входом первого .сумматора,второй вход которого соединен с выходом второго переключателя, а выход— с входом третьего переключателя, выходы которого соединены с блоком индикации и блоком анализа, первый выход которого подключен к управляющему входу ключа, а второй выход через коммутатор соединен со счетчиками каналов, выходы которых подключены к блоку управления, управляющие выходы которого соответственно

I подключены к управляющим входам входного коммутатора,.первого сумматора, блока анализа, первого, второго и третьего переключателей,коммутатора, распределителя и второго сумматора, соединенного с управляющими входами умножителей и квадратора, выход которого соединен с пер10 вым входом второго умножителя, первый и второй входы второго сумматора соединены с выходами умножителей, а его выход подключен к первому входу второго переключателя, распреде15 литель, выходы которого соединены соответственно с вторыми входами умножителей, третьим входом второго сумматора и вторым входом второго переключателя, а входы распределителя

Zp соединены соответственно с выходом ключа и вторым выходом третьего переключателя, блок аппроксимации погрешности, блок эталонных напряжений и блок памяти, входы и выходы

25 которых соединены соответственно с распределителем, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введен третий сумматор, входы которого сое30 динены соответственно с выходом первого сумматора и дополнительным выходом распределителя, а выход подключен к дополнительному входу третьего переключателя, при этом встроенные калибраторы термоэлектрических преобразователей содержат одну плавкую вставку с заданной температурой плавления.