Устройство для измерения профиля температуры
Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения - повьшение точности измерения и упрощение устр-ва. Устройство содержит термопреобразователь 1 с постоянным погонным сопротивлением и п проводных термопреобразователей 1.1,...,1.п с переменным погонным сопротивлением, изменяющимся согласно п переменным функциям- Уолша, уложенных в общий жгут, включающий в себя 2п переключающих ключей 2.1,..., 2п,3.1,...,3.п,п нормально замкнутых ключей 4.1,...,4.п, п нормально разомкнутых ключей -5.1,.., 5.П, источники 6 и 7 тока, дифференциальный усилитель 8, регистратор 9 и генератор 10 функций Уолша. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить число вторичных измерительных преобразователей и исключить блок восстановления. 3 ил. с (Л со 00 ot О5 00
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„„1348663 А 1 (50 4 6 01 К 7/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.
К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3923702/24-10 (22) 04,07,85 (46) 30,10.87,Áþë. 9 40 (71) Морской гидрофизический институт АН УССР (72) В.А.Гайский (53) 536.53 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 139105, кл. G 01 К 3/02, G 01 К 7/02, 1960, Авторское свидетельство СССР
Р 808872, кл. G 01 К 7/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (») Изобретение относится к температурным измерениям. Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение устр-ва. Устройство содержит термопреобразователь 1 с постоянным погонным сопротивлением и п проводных термопреобраэователей
1.1,...,1.п с переменным погонным сопротивлением, изменяющимся согласно и переменным функциям. Уолша, уложенных в общий жгут, включающий в себя 2п переключающих ключей 2.1,..., 2п,3.1,...,3.п,п нормально замкнутых ключей 4.1,...,4.n n нормально разомкнутых ключей .5.1, 5.п, источники 6 и 7 тока, дифференциальный усилитель 8, регистратор 9 и генератор 10 функций
Уолша. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить число вторичных измерительных преобразователей и исключить блок восстановления. 3 ил.
1348663
Изобретение относится к температурным измерениям и предназначено для измерения профиля температуры в системах контроля окружающей среды и
5 технологических процессов.
Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение устройства путем уменьшения числа вторичных измерительных преобразователей и исключения блока восстановления.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — пример выполнения распределенного термопреобразователя; на фиг,3 — при мер работы устройства.
Устройство содержит проводной термопреобразователь 1 с постоянным погонным сопротивлением и и провод- 20 ных термопреобразователей 1.1,..., 1.п с переменнъм погонным сопротивлением, изменяющимся согласно и переменным функциям Уолша, уложенных в общий жгут, коммутатор, включаю- 25 щий в себя 2п переключающих ключей
2.1,...,2.п, 3.1,...,3,п, и нормально замкнутых ключей 4.1. ..4.п, и нормально разомкнутых ключей 5.1
5.1;...,5.п два источника 6 и 7 то- 30 ка, дифференциальный усилитель 8, регистратор 9 и генератор 10 функций
Уолша.
Проводные термопреобразователи могут быть выполнены из любого материала с высоким температурным коэффициентом чувствительности, например, никеля, стали, меди и других материалов. Термопреобразователи с переменным погонным сопротивлением мо- 40 гут быть выполнень, например, из провода с переменньпч поперечным сечением, что обеспечивает переменное погонное сопротивление провода и переменный по длине коэффициент термо- 45 чувствительности в соответствии, например с функцией had(i,х) УолшаАдамара.
Эффект переменного сечения провода по длине может бьгть достигнут 50 также петлевой укладкой провода, при этом обеспечивается высокая точность дискретной модуляции, что и является необходимым для двоичной функции had(i.x). Если на первом
55 отрезке провод уложен один раз, а на втором отрезке уложен петлей три раза, то это эквивалентно уменьшению поперечного сечения провода на втором отрезке по сравнению с первым в три раза и соответственно увеличению погонного сопротивления и коэффициента термочувствительности.
На фиг.2а показаны графики четырех функций Уолша-Адамара had(i õ), 0,3, на Аиг,2б — соответствующие им функции r, (x) погонного сопротивления распределенных термопреобразователей, где r — постоянная составляющая; г — амплитуда функции модуляции; r = (г — r ) — погонное сопротивление термопреобразователя 1. На фиг.2в показано исполнение распределенных модулированных термопреобразователей путем петлевой укладки проводов с использованием прямого и обратного хода для получения входа-выхода на одной стороне жгута, в который параллельно уложены распределенные термопре— образователи и выводы которых выхо-дят на общий кабельный разъем, Погонное сопротивление каждого
i-го термопреобразователя изменяется в соответствии с функцией had(i,х),и на тех участках,где функция had(i,х)
=+1,оно равно значению r„+ r а на тех участках,где had(i,x) = -1,оно равно r — r
В качестве ключей коммутатора используются электромеханические реле, например магнитоуправляемые контакты. Использование электронных ключей возможно, если вариации их переходных сопротивлений будут пренебре-жимо мали по сравнению с минимальнъми сопротивлениями термопреобразователей.
Источники 6 и 7 тока должны обеспечивать формирование одинаковых токов и могут быть выполнены по любой известной схеме.
Генератор 10 функций Уолша может быть выполнен по любой известной схеме, например, в составе генератора тактовой частоты, соединенного с двоичным счетчиком, выходы разрядов которого параллельно поданы на узлы умножения, параллельные выходы которых являются выходами полной системы и функций Уолша. Выход i-й функции
Уолша had(i r) генератора 10 подан на управляющие входы ключей 2.i
З.i,4.i,5.1. При этом значению сигнала "+1" функции had(i,г) соответствует нормальное положение ключей, 13 показанное на фиг. 1, а значению сигнала "-1" соответствует второе положение ключей.
В качестве регистратора 4 может быть использован любой аналоговый самописец на бумажную ленту, быстродействие которого по переходному процессу удовлетворяет времени измерения, равного и тактам работы генератора функций Уолша. Это может быть, например, самописец типа КН1, Вместо регистратора 4 может быть использован также цифровой вольтметр с цифропечатью или перфорацией данных на бумажную ленту.
Принцип работы устройства заключается в следующем.
Пусть термопреобразователь 1 с постоянным погонным сопротивлением, соответствующий функции had(0,x) имеет погонное сопротивление r npu нулевой температуре и общее сопротивление R = r
)т! О
Погонное сопротивление r i -го
1 термопреобразователя с переменным погонным сопротивлением при некоторой начальной температуре, например при о
0 С, изменяется по длине х по закону
r, (x) = r +r had (i,x) (1) где г, - постоянная составляющая; г - амплитуда переменной составляющей, r, - г had(),x)
had(i x) - i-я функция Уолша-Адамара или другая двоичная функция Уолша.
Для полного сопротивления i-го термопреобраэователя, длина которого равна z при профиле температуры
9 (x), можно записать
R. = 1 (r, т r had(i,x)) (1 о всей(х)) 4х =f r, (1+ы6)х))дх + г о
+ r had(i,х) dx +d r о
Q(R>had(i,x) dx, (2) о где З вЂ” температурный коэффициент чувствительности.
Первое слагаемое в выражении (2) равно сопротивлению R распределенного термопреобразователя с постоянным погонным сопротивлением r npu с температуре 0 С ъ
48663 4
r z+ Rco а. = - ------ ()=О,п-1), (7) o(. R З5 где R u R - измеряемые сопротив1Q СО ления термопреобраэователей, Й - постоянная, равная У О переменной составляющей r погонного contn ротивления при нуле. вой температуре, умноженной на длину преобразователя. Таким образом, выражение (7) дает коэффициент разложения а, профиля температуры Q(z) по )-й функции Уолша-Адамара had (i,х) . Для профиля температуры справед50 пиво 8(x) = ) à, had(i,x), i=--0 х = О, n-l. Подставляя выражение (7) в (8), получим 1-1 — 1 R>g had (i x) d- В. где Rco г г - сопротивление этого 5 термопреобраэователя при температуре О ; 9 — средняя температура по профилю 8 (x) на отрезке f О,zj. Второе слагаемое в выражении (2) равно нулю, поскольку функция 1)ас1(1,x) ортогональна на отрезке (О,zg. Последнее слагаемое в выражении (2 ) содержит информацию для коэффициента а . разложения пространст15 Венного профиля температуры О (х) по функции had(i,х), поскольку известно, что Е (х) had (i,х) dx а; (4) ) г 20 J had (),х) dx о z Учитывая, что f had (I,x)dx 1, иэ (4) получим g(x)had (i,x)dx а;z (5) о Учитывая, что R г,г и подставляя выражения (3) и (S) в выражение (2), получим 1348663 (9) 10 15 (10) 20 К„(1+мо) = R,. r, =r +r О, й-l . (15) 5 had (i,x) д К вЂ” — — (, R had(i,x) + (о + R — R ), х=О, и-1 Поскольку R pg had (0, x) Rp< ь-(had(i,х) = 1. i-o Рассмотрим два последних слагаемых в выражении (9) . Поскольку r > r u R >R то запишем с ) (e pe ° R - R r z(I+ d.Q)-r г(1+д4) (g ов с tn - (r,— r ) z (1+аЕ) - r,z (I+ O) Из выражения (10) следует, что разность двух последних слагаемых равна сопротивлению распределенного 25 термопреобразователя с постоянным погонным сопротивлением Назовем этот термопреобразователь эквивалентным. Этот термопреобразова30 тель используется вместо соответствующего had (О,х) . Получим для профиля температуры )x -1 B(x) = — — — (+A had(i,х) — 35 I — R, x=0, п-l, (12) При последовательном во времени восстановлении точек профиля темпе- 40 ратуры вместо пространственного аргумента х используется временной аргумент (., Произведя замену х на с из выражения (12) получим )-1 e(i ) = — — — + R had(i, ) о - К ), = О, й-l, (13) Из выражения (13) следует, что поскольку had(i, ) = + 1, то для получения развернутого во времени профиля температуры e (i) с точностью 1 до постоянного множителя — — — нео(- В го обходимо осуществить алгебраическое суммирование сопротивлений термопре" образователей от 1-ro до (n-1)-го и эквивалентного термопреобразователя. Устройство работает следующим образом. Термопреобразователи, размещенные в среде вдоль траектории, на которой требуется измерить профиль температуры, воспринимают температуру, и их локальные сопротивления соответствуют профилю температуры, а интегральные сопротивления R (i l, n-1) и К,воспринимаются дифференциальным усилителем 8. Генератор Уолша циклически вырабатывает функции had(i,i) (фиг.3а), которые поступают на управление ключами,включающими термопреобразователи в цепь источника 7 тока при had(i,(-) + l и в цепь источника 6 тока при had(i,i ) -1. При этом на входе дифференциального усилителя 8 образуется напряжение, равное разности сопротивлений термопреобраэователей, подключенных к различным источникам тока (фиг.2в). Поскольку токи I равны,сопротивление термопреобраэователя I, равно R и Остальных R ее то на ВХОД 3В е усилителя 4 поступает сигнал напряжения, равный )-1 U(7) = I (R had(i (. )-R 1, 1=1 r=О,й I. (14) Подставляя значение выражения в. квадратных скобках иэ выражения (14) в формулу (13), получим (фиг,3в): O (h) = --------- U(i ) о(. К I Значением величины тока и значением коэффициента усиления развязывающего усилителя устанавливается нормирующий множитель в выражении (15) . В результате на вход регистратора 5 поступает сигнал напряжения Б(), в каждый момент времени пропорциональный значению температуры в некоторой точке пространства, т.е. сигнал ОГЯ ), адекватный О(х). Этот сигнал периодически повторяется. При аналоговой регистрации сигнала 6 ((), например, на бумажной ленте самописца будет осуществляться сканирующая запись профиля 9 (х). При этом предполагается, что за время и так1 348663 тов профиль температуры < (x) остается неизменным. Пространственное разрешение и точность восстановления исследуемого профиля температуры определяется числом проводных термо5 преобразователей. При необходимости цифровой регистрации профиля выход дифференциального усилителя 4 подают на вход регист- 10 ратора через аналого-цифровой преобразователь. Формула изобретения Устройство для измерения профиля температуры, содержащее и проводных термопреобраэователей с переменным погонным сопротивлением, изменяющимся согласно и переменным функциям Уолша, проводной термопреобраэователь с постоянным погонным сопротивлением коммутатор, два источника тока, дифференциальный усилитель и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я 2g тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства путем сокращения числа вторичных измерительных и восстанавливающих преобразователей, в него введен генератор функций Уолша, а коммутатор снабжен и нормально замкнутыми, и нормально разомкнутыми и 2п переключающими ключами, при этом термопреобразователь с постоянным погонным сопротивлением, равным разности постоянной и переменной составляющих погонных сопротивлений других термо— преобразователей, одним выводом соединен с общей шиной устройства, а вторым выводом через п последовательно включенных нормально замкнутых ключей коммутатора соединен с первым выводом первого источника тока и первым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к регистратору, а второй вход соединен с первым выходом второго источника тока и через и последовательно включенных нормально разомкнутых ключей коммутатора подключен к общей шине, соединенной с вторыми выводами источников тока, выводы каждого i-го термопреобразователя с переменным погонным сопротивлением через два i-x переключающих ключа соединены соответственно с первым и вторым выводами -ro нормально замкнутого и I -го нормально разомкнутorо ключей, управляющие входы каждого i-го нормально замкнутого, i-го нормально разомкнутого и соответствующих двух i-x переключающих ключей соединены с i-м выходом генератора функций Уолша. 1348663 bod(Px)1 1ЫДх) -1 had(2,х) 1 had(J х) 1 r (к) 12 Рис. 3 Ыиг 2 Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4 г + г„, с гс rm r (х) rc rm rz Cg) re+i)п rc r - )„ г (к) Составитель В.Куликов Редактор Е.Копча Техред И.Ходанич Корректор 8.1 HðöäK Заказ 5180/40 Тираж 775 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 а1, t) а(1Д „t) N,г) 
