Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к области температурных измерений , в частности, к тем областям промышленности, где требуется длительное и точное измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и является дополнительным к авт.св.N1136032. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры за счет повышения точности прогнозирования погрешности дрейфа термоэлектрических преобразователей. Введенные последовательно соединенные счетчик 19, ПЗУ 20, и регистр 21, выход которого соединен с входом изменения коэффициента пересчета счетчика 10, позволяет менять коэффициент пересчета счетчика 10 в зависимости от конкретного значения межкалибровочного интервала. Минимальное и максимальное значения межкалибровочных интервалов задаются выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU „„1506295

А2 (5I )4 G О! К 7 02 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (61) 1136032

1 (21 ) 4387321/24-10 (22) 23.12.87 (46) 07.09.89.Бюл. У 33 (72) В.N.Ìèïü÷åíêo, А.А.Саченко, В.В.Кочан, А.Ф.Карачка и 5.П.Троценко (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1136032, кл. 0 О1 К 7/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к области температурных измерений, в частности к тем областям промышленности, где требуется длительное и точное измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и

2 является дополнительным к авт.св.

9 1136032. Цель изобретения — повышение точности измерения температуры за счет повышения точности прогнозирования погрешности дрейфа термоэлектрическихх преобразователей. Введенные последовательно соединенные счетчик 19, ПЗУ 20, и регистр ?1, выход которого соединен с входом изменения коэффициента пересчета счетчика 10 позволяет менять коэффициент пересчета счетчика 10 в зависимости от конкретного значения межкалибровочного интервала. Минимальное и максимальное значения межкалибровочных интервалов задаются выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19.

2 ил.

Изобретение относится к температурным измерениям, может быть использовано в тех отраслях промышленности, где требуется длительное и точное измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Ô 1136032.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет повышения точности прогнозирования.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — графики, поясняющие работу 15 устройства.

Устройство содержит термоэлектрический преобразователь (ТП) 1 с встроенным калибратором 2, представляющий собой размещенную в чехле ТП 20 плавкую вставку, которая обеспечивает формирование в зоне рабочего конца ТП в процессе калибрования точной известной температуры, многовходовой сумматор 3, аналого-цифровой преобра- 25 зователь (АЦП) 4, блок 5 коррекции на основе цифроаналогового преобразователя, ключ 6, блок эталонного напряжения (ИОН) 7, выходное напряжение которого соответствует термо1ДС по стандартной градуировочной таблице при температуре плавления вставки калибратора 2, генератор 8 опорной частоты, первый 9 и второй 10 счетчики, цифроаналоговые преобразова- 35 тели (ЦАП) 11 и 12, первый блок 13 памяти, блок 14 выборки, блок 15 сравнения, третий счетчик 16, ЦАП 17, блок 18 управления, четвертый счетчик 19, второй блок 20 памяти и ре- 40 гистр 21.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все счетчики устройства сбрасываются в нулевое 45 состояние, выходное напряжение цифроаналоговых преобразователей устанавливается равным нулю (цепи начальной установки на фиг,1 не приведены). В начале работы в режиме

"Калибрование" производится коррекция погрешности технологического разброса ЬF ь (фиг.2) характеристики преобразования (ХП) термоэлектрического преобразователя. При этом объект измерения температуры переводится в режим стационарного нагрева либо охлаждения, что вызывает соответствующее изменение термоЭг1С- на выходе ТП, При достижении температуры фазового перехода (т.е., температуры плавления либо затвердевания) материала B(.тавки калибратора 2 выходной сигнал ТП 1 становится постоянным, что фиксируется блоком 18 управления. Блок управления соответствующим сигналом подключает выход ИОН 7 посредством ключа 6 к входу сумматора. Полярность включения ИОН 7 выбрана противоположной полярности включения ТП 1, поэтому на выходе

АЦП 4 появляется код погрешности измерительного тракта ТП 1 — сумматор 3 — АЦП 4. Под управляющим воздействием блока 18 управления этот код записывается в память блока 5 коррекции, что позволяет скорректировать погрешность тракта в режиме Измерение". Все счетчики остаются в сброшенном состоянии.

В режиме "Измерение" счетчик 9 заполняется импульсами генератора 8 опорной частоты и по истечении некоторого времени код на выходе счетчика 9 станет равным коду, поступившему посредством блока 14 выборки из блока 13 памяти. В последнем размещены коды отрезков времени, соответствующие изменению термоЗДС на наперед заданную величину погрешности при разных температурах, Выборка из блока 14 этих кодов осуществляется в соответствии со значениями измеряемой температуры (по выходному коду AHII 4) ° При равенстве первого кода с кодом на первом выходе счетчика 9, фиксируемом в блоке )5 сравнения, в счетчик 16 записьгваем импульс, изменяющий выходной код счетчика 16 на единицу. В соответствии с этим импульсом ЦАП 17 корректирует погрешность ТП в этот момент времени, а блок 14 выбирает из блока 13 памяти следующее значение кода времени.

Нарастание кода на выходе счетчика

9 приводит к повторению описанного процесса, что позволяет корректировать погрешность термоэлектрического преобразователя (фиг, 2, Д F. >) .

На фиг.2 функция ЛЕ приведена гладкой, хотя в действительности она моделируется ступенчатой кривой, шаг квантирования по ДЕ которой соответствует предварительно заданному значению погрешности„ Одновременное нарастание выходного кода счетчика

10, а значит и выходного напряжения

1506245

ЦАП 11 не приводит к появлению напряжения на входе сумматора 3 иэ-за нулевого кода в памяти ЦАП 12. Однако в связи с наличием в процессе дрейфа не только систематической, но и случайной составляющей погрешности, связанной с индивидуальными особенностями термоэлектрического преобразователя и условиями его эксплуатации, отличными от условий эксперимента (на основании которого в блок 13 памяти введены коды, соответствующие изменению термоЭДГ термоэлектрического преобразователя на допустимое значение погрешности), возникает дополнительная погрешность, которая со временем может стать очень значительной. Коррекция этой погрешности реализуется посредством повторения через некоторые (довольно большие) интервалы времени режима "Калибрование"9 при котором объект измерения температуры переводится в режим нагрева либо охлаждения, При достижении температуры фазового перехода материала вставки калибратора

2 выходной сигнал ТП 1 становится постоянным, что фиксируется блоком

18 управления, Этот процесс соответствует получению точки ЬЕ ° на фиг,2„ Корректирующее влияние определяется напряжением на выходе ЦАП Е > = dE н и выходнь1м напряжением ЦАП 17 П„, = Д E3г. В общем случае корректирующее влияние не соответствует реально полученной погрешности из-за индивидуального отклонения характеристики дрейфа ТП, что определяется погрешностью коррекции ЬЕ к =ЬЕ gz (DE „+ ЬЕ ).

DE „представляет собой меру неидеальности процесса коррекции и служит основой для индивидуальной коррекции каждого конкретного ТП.Для этого в момент перехода материала калибратора 2 АЦП 4 преобразует в код поступающую на его вход разность термоЭДГ ТП (с корректирующим воздействием) и образцового напряжения

ИОН 7, т.е. находят ЬЕ „ которое записывается в регистр ЦАП 12. После этого блок 18 управления сбрасывает счетчик 10 в нулевое состояние и производит повторный запуск. АЦП 4. На выходе АЦП 4 получают код разности термоЭДС ТП (с коррекцией по экспериментальным данным) и напряжения

U„E„

1г Ъ

"макс где F. — максимальное значение

Макс

30 выходного напряжения

ЦАП 12.

Если время между двумя калиброваниями не соответствует некоторому

35 постоянному наперед заданному значению, то и скорость нарастания напряжения U„ должна соответствовать межкалибровочному интервалу, Для этого счетчик 10 включен с переменным

40 коэффициентом пересчета. Коэффициент пересчета задается регистром 21 в соответствии с длителbHocTslo межкалибровочного интервала, который определяется счетчиком 19. Последний сбрасывается в нулевое состояние в момент начала калибрования и заполняется (до начала момента следующего калибрования) импульсами, поступающими с выхода счетчика 9. Выходное напря50 жение UAII 12 определяется выражением

U11 Ькк U,„N1. d Eк 1г где- Цоп

Э 1В МакС "кС макс опорное напряжение

ЦАП I l i максимальный коэффициент пересчета счетчика 10; текущее значение счетчика 10.

10 Ма Кс

ИОН 7 Значение полученного кода записывается в регистр ЦАП, После указанных операц1п1 устройство переводится в режим 11Иэмерение11.

В режиме "Измерение" продолжается выборка кодов из блока 13 памяти в зависимости от выходного кода АЦП 4, т.е. производится коррекция ио экс10 периментальным данным, кроме того, ЦАП учитывает индивидуальные отличия каждого конкретного ТП в моменты калибрования. Цепь счетчик 10 — ЦАП 11—

11АП 12 позволяет учесть также отличие индивидуальной скорости изменения погрешности каждого конкретного

ТП по отношению к экспериментальным данным. Для этого ЦАП 12 выполнен как умножающий, т.е. на вход подклю20 чения источника опорного напряжения подключен выход ЦАП 11. Нарастание кода в счетчик 10 формирует на выходе ЦАП 11 нарастающее напряжение

U . Ha выходе ЦАП 12 формируется

11

25 выходное напряжение.

1506295

При равенстве межкалибровочных интервалов значения U,„, N, Я,, Е „„„, выбираются из равенства

= BF, на заданный межкалибро к

5 вочный интервал (т.е., отличие индивидуальной скорости изменения погрешности, определенное в предыдущем межкалибровочном интервале, прогнозируется на последующий межкалибровочный интервал). При разных наперед неизвестных межкалибровочных интервалах необходимо соотнести полученное значение 4 К„ с длительностью межкалибровочного интервала для определения индивидуального отличия скорости изменения погрешности ТП.

Для этого U определяется из выражения

Uon N ga

20 я,.„„„, „.„,7 „,— „,7

Е (т, т,е. необходимо произвести операцию деления на 4t „„= t „ — „,, где

t«, t „, — моменты второго и перного 25 калибрований.

Во избежание резкого усложнения схемы устройства преобразул т выражение в вид

Поп N î 4Е„ (б макс мсек К 11

41 к

ЛСк где 4t „— среднее время между калибронаниями, которое наперед задано.

11оп s 0<< макс1 N1o s Е маис

4Ф „ (находящегося в знаменателе) позволяет осуществить равенство U „ = 40

НЕ „ за заданный межпонерочный интервал. 1 к

Значение отношения ---- — (н npeht делах допустимого отклонения dt ), записанное в блок 20, позволяет изменить коэффициент пересчета счетчика 1О н зависимости от конкретного значения межкалибровочного интервала.

Минимальное и максимальное значения межкалиброночных интервалов задаются выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19, Указанный процесс повторяется при каждом калибронании, что позволяет более точно осуществить коррекцию погрешности TH н соответствии с индивидуально скорректированной математической моделью дрейфа реального термоэлектрического преобразователя на основе калибрований.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения температуры по авт.св. Р- 1136032, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, н него введены последовательно соединенные четвертый счетчик, второй блок памяти и регистр, управляющий вход которого соединен с входами сброса второго и четвертого счетчиков, а выход соединен с входом изменения коэффициента пересчета второго счетчика, причем выход четвертого счетчика соединен с входом блока управления, а вход с выходом перного счетчика.

Ooze

Составитель F..Çûêîí

Редактор И.Горная Техред A.Кравчук Корректор И.Муска

Заказ 5420/43 Тира к 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Укгород, ул. Гагарина, 101