Устройство для измерения теплофизических параметров термопреобразователей сопротивления

 

Изобретение относится к измерению теплофизических параметров и характеристик термопреобразователей сопротивления и может быть использовано при создании систем автоматического контроля и управления технологическими процессами. Цель изобретения - сокращение времени измерений и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит источник 1 тока, преобразователь 2 токнапряжение, квадратор 4, дифференциатор 5, импульсный детектор 6, регулятор 10 тока. В состав устройства входят также АЦП 18,19, ЦАП 20, измеритель 13 временных интервалов, задатчик 21 мощности. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (gg 4 G Ol И 25/I8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4289907/31-10 (22) 27.07.87 (46) 23.09.89. Бюл ° 1(35 (71) Белорусский технологический институт им. С.И. Кирова (72) В.В. Попивненко (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II 1054755, кл. G 01 N 25/18, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 1223060, кл. G 01 К 15/00, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАИЕТРОВ ТЕРИОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измере2 нию теплофизических параметров и характеристик термопреобразователей сопротивления и может быть использовано при создании систем автоматического контроля и управления технологическими процессами. Цель изобретения — сокращение времени измерений и расширение функциональных возможностей, Устройство содержит источник 1 тока, преобразователь 2 ток-напряжение, квадратор 4, дифференциатор 5, импульсный детектор 6, регулятор 10 тока. В состав устройства входят также AlgI 18, 19, ЦАП 20, измеритель 13 временных интервалов, задатчик 21 мощности. 1 ил.

1509701

Изобретение относится к области измерений теплофизических параметров и характеристик термопреобразователей т сопротивления (термометры сопротивле-, ния, позисторы и др.) и может быть использовано при проектировании и создании систем автоматического контроля и управления технологическими процессами. 10

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства и сокращение времени измерения теплофизических параметров термопреобраэователей. -15

На чертеже приведена схема устройства.

На схеме приняты следующие обозначения: 1 — источник тока, формирующий на своем выходе импульсы тока эаданной20 .величины и длительности (для нагрева термопреобразователя сопротивления), 2 — преобразователь тока в напряжение (например, шунт), 3 — испытуемый термопреобразователь сопротивления, 4 квадратор, 5 — дифференциатор, 6 — импульсный детектор, 7 — резистивный делитель напряжения, 8 " сумматор, 9 функциональный преобразователь, 10— регулятор тока (например, на транзис- 30 торах), ll и 12 — схемы сравнения, (13 " измеритель временных интервалов,, состоящий из генератора 14 импульсов и счетчика 15 импульсов, 16 — первый ,блок деления, 17 — второй блок деле- 35 ния, 18 — первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 19 — второй АЦП, 20 — цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), 21 — задатчик мощности, Устройство работает следующим об- 40 разом.

Источник 1 нагрева вырабатывает прямоугольные регулируемые по амплитуде и длительности импульсы тока.

Для того, чтобы обеспечить экспонен- 45 циальный характер нарастания температуры, а следовательно, и сопротивления термопреобразователей сопротивления с линейной зависимостью сопротивления от температуры, необходимо нагрев осуществлять при постоянной подводимости мощности.

Начальное значение подводимой к термопреобраэователю мощности равно

Х Е „,зч, где Х вЂ” величина неизменного 55 и

\ тока, обусловленная источником тока;

R „ „ — начальная величина сопротивления термопреобраэователя (она может быть измерена, рассчитана). Так как в процессе нагрева образца его сопротивление изменяется во времени (ом— секундная характеристика R(t)), .то и величина тока в образце должна изменяться: i(t), но так как подводимая мощность к образцу в процессе нагрева должна оставаться постоянной, то

I R„,„= "(t) Б(), откуда может быть найдена зависимость тока от времени в процессе нагрева образца, обеспечивающая подведение к нему постоянной мощности т(1) в всаовт (i) чв(с)

Тогда ток в регуляторе должен изменяться в соответствии с зависимостью

1 () = z — т бы, (г)

1В() Импульс тока, изменяющийся в термопреобраэователе 3 в соответствии с зависимостью (1), нагревает его при постоянной подводимой мощности. В преобразователе 2 ток I преобразуется в напряжение, пропорциональное I u поступающее на первый вход сумматора 8 и на вход функционального преобразователя 9, содержащего на входе регулируемое устройство, которые обеспечивает на входе функционального преобразователя изменяющееся сопротивле" ние, равное корню квадратному из омсекундной характеристики те моэависимого элемента, т.е. R(t), При подаче на вход функционального преобразователя 9 сигнала, пропорционального I, если параллельно его операционному усилителю подключен резистор с величиной сопротивления, равной R „, на выходе его вырабатывается

ГБ нан сигнал, пропорциональный -I ,1в(с )

Этот сигнал подается на первый вход сумматора 8 (на второй вход сумматора поступает сигнал, пропорциональный I). В результате на выходе сумматора получается сигнал, пропорпноналвRаа ный равности 1 — 1 — -", т.а. снг4R(e) нал, обеспечивающий требуемую зависимость тока (см. уравнение (1), протекающего по термопреобразователю, которая обеспечивает повышение его температуры по экспоненциальному закону.

U(t) = 1() R(t) = т1в„,„-1в (с)-к,.1в(с), (3) где К = 1 ГБ „ и 1„- постоянная величина, и подается на кнадратор 4, с выхода

L которого сигнал, пропорциональный К, R(t), т.е. экспоненциальный, так как

R(t,) — экспонента, подается на дифференциатор 5, в котором экспоненциальное напряжение дифференцируется.

Выходной сигнал дифференциатора 5 подается на импульсный детектор 6, на выходе которого, а следовательно, на резистивном делителе 7, фиксируется максимальное значение производной 20 (U„ „ ), которое с помощью делителя

Делится В oTHDBIeHHH UR(0()(с/К R URRäK /К 1

5 1509

Снимаемое при этом с термопреобразонателя 3 напряжение изменяется в соответствии с уравнением

701 6 сом тока рассмотрим дифференциальное

)уравнение нагрева образца

P = P + С

dT

4 а+ (4) где P — - мощность, подведенная к термопреобразователю (н нашем случае обеспечивается режим постоянной подводимой мощности), т.е. P = IR«<= const,, Р = К(Т- ? ) = К 9 — мощность, рассеиваемая тенмопреобразователем в окружающую среду (здесь К вЂ” коэффициент теплоотдачи образца, Т вЂ” температура образца, Т " температура окружающей среды, g перегрен образца), С вЂ” теплоемкость образца.

Уравнение (4) можно записать в виде

Р = К 8 + С вЂ” (5) ав ас

45 Показатель тепловой инерции тела равен времени,,по истечении которого его перегрев изменяется н 1 раз. Так как устройство обеспечивает строгое соответствие изменений температуры, сопротивления и напряжения на испытуемом образце по экспоненциальному закону, то определение тепловой инерции образца осуществляется по указанным уровням напряжения на образце, отличающимся в 1 раз. Напряжения этих уровней с резистинного делителя 7 подаются на вторые входы схем 1! и 12 сравнения, на первые входы которых подается продифференцированное напряже-, ние с дифференпиатора 5.Схема 12 срав-: нения, на которую подан уровень напряжения U „ /К, вырабатывает стартовый импульс для измерителя временного интервала. Схема 11 сравнения, на которую подается уровень напряжения U„ „,/Ê 1 вырабатывает стоп-импульс.

Так как за измеренный интервал времени уровень напряжения изменяется в 1 раз, то этот интервал равен величине показателя тепловой инерции термозанисимого элемента. Поскольку эквивалентная постоянная времени диф50 ференциатора много меньше показателей тепловой инерции термопреобразонателей; то ее можно не учитывать (сотые, тысячные доли секунды). .55

Для обоснования воэможности измерения теплоемкости испытуемого образца при прогреве его тем же импульТеплоемкость С будет найдена с минимальной погрешностью, если можно принять К"e = О. Тогда

С = — «/ — —— (6)

d9 /dt

Здесь Р = IR„ (,- величина, известная или ее просто вычислить при известных

I и R„«, а величина d9/dt максимальна в момент подвода мощности P к образцу и пропорциональна выходному сигналу импульсного детектора, фиксирующего сигнал U „, пропорциональный максимальному значению а9/dt .

Скорость изменения перегрева 9 т.е. dg/dt, максимальна н момент подвода мощности к образцу, т ° е. приО =0 (касательная к кривой 0 (4 ). Отсюда равенство K8 = О.

Тепловая постоянная времени (показатель тепловой инерции) термопреобразонателя

С л в с = — откуда К =-В K С

Так как подводимая к термопреобразователю мощность Р известна, то на первый вход первого блока 16 деления подается сигнал, пропорциональный этой мощности, а на второй вход первого блока 16 деления — сигнал, пропорциональный de/dt. Поэтому на выходе этого блока получается сигнал, пропорциональный теплоемкости, величина которой с помощью первого ЦАП 18 представлена в цифровой форме. Этот же сигнал поступает и на перный вход

1509701

Составитель В. Ярыч

Техред Л.Олийнык Корректор . Т. Палий

Редактор В. Данко

Заказ 5798/37 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101 второго блока 17 деления, на второй вход которого поступает сигнал, преобразованный с помощью ЦАП 20 и пропорциональный тепловой постоянной

Ф времени <,, Поэтому на выходе второго блока деления появляется сигнал, пропорциональный коэффициенту теплоотдачи термопреобразователя, который с помощью второго АЦП 19 преобразован 10 в цифровую форму.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства и в сокращении времени изме- 15 рений комплекса теплофизических параметров термопреобразователей сопротивления, так как один и тот же импульс нагревающего тока обеспечивает возможность измерения не одного, à 2р трех параметров, необходимых для создания систем автоматического контроля и регулирования температуры.

Формула изобретения 25

Устройство для измерения теплофизических параметров термопреобразователей сопротивления,. содержащее источник тока, выход которого соединен с

его входом через последовательно соединенные преобразователь ток — напряжение,.и регулятор тока, вход которого соединен с входом испытуемого тер мопреобразователя сопротивления и че-! рез квадратор с входом дифференциатора, выход соединен с выходом испытуемого термопреобразователя сопротивления, а управляющий вход через последовательно соединенные сумматор и функциональный преобразователь соединен с вторым выходом преобразователя ток напряжение и с вторым входом сумматора, первый и второй выходы дифференциатора через последовательно соединенные импульсный детектор, делитель напряжения и схемы сравнения соединены с соответствующими входами измерителя временных интервалов, первый выход дифференциатора соединен с вторыми входами схем сравнения, второй выход дифференциатора соединен с третьими входами схем сравнения, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени измерений одновременно нескольких теплофизических параметров, в него введены последовательно .соединенные эадатчик мощности, первый и второй блоки деления и первый аналого-цифровой преобразователь, второй и третий выходы первого блока деления соединены соответственно с Первым и вторым выходами дифференциатора, а первый выход соединен с входом второго аналого-цифрового преобразователя, выход измерителя временных интервалов через цифроаналоговый преобразователь соединен с вторым, входом второго блока деления °