Устройство для измерения температуры

 

Изобретение касается температурных измерений и позволяет повысить быстродействие и упростить устройство. Сигнал с первого термоэлектрического преобразователя (ТЭП) 1, рабочий спай которого размещен в измерительном зонде с двумя различными реперными материалами 6, 7 с известными температурами фазового перехода, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15. Код с выхода АЦП 15 поступает в блок вычисления 14, соединенный с постоянными запоминающими устройствами 8, 9 и блоком индикации 11. Дифференциальный усилитель 12 усиливает разностную термоЭДС идентичных ТЭП 1, 2. Пороговый блок 13 фиксирует моменты фазовых переходов реперных материалов. Блок синхронизации 10 управляет работой всех элементов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))z G 01 К 7/02

Г;

1" ь : 1

Р

Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4281381/24-10 (22) 13.07.87 (46) 15.07.90. Бюл. У- 26 (71) Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко (72) 81,8. Поздняков (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1281921, кл. С 01 К 7/02, 1984.

Авторское свидетельство СССР

9 1434279, кл, G 01 K 7/02, 1986, (54) УСТРОЙСТВО 1ПЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕf ПТУРЫ 57) Изобретение касается температурных измерений. и позволяет повысить быстродействие и упростить устройство. Сигнал с первого термоэлектри„„SU„„1578511 А1

2 ческого преобразователя (ТЭП) 1, рабочий спай которого размецен в измери тельном зонде с двумя различными. реперными материалами 6, 7 с известными температурами джазового перехода, поступает на вход аналого-цифро-.. вого преобразователя (АЦП) 15. Код с выхода АЦП 15 поступает в блок 14 вычисления, соединенный с постоянными запоминающими устройствами 8,9 и блоком 11 индикации. Ци ференциальный усилитель 12 усиливает разностнув термс-ЭДС идентичных ТЭП 1,2. Пороговый блок 13 фиксирует моменты Аазовых переходов реперных материалов. Блок

10 синхронизации управляет работой всех злементов. 1 з,п. А-лы, 4 ил.

1578511

Изобретение касается температурных измерений с помощью термоэлектрических преобразователей и может быть использовано для контроля температуры в различных технологических процес5 сах.

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 — структурная схема блока синхронизации; на фиг. 3 — структурная схема. блока вычислений; на Лиг.4— блок-схема алгоритма, по которому работает устройство.

Устройство содержит два идентичных термоэлектрических преобразователя ТЗП 1 и 2, первые выводы 3 и 4 которых соединены между собой, а рабочий спай первого ТЗП 1 размещен в герметизированной полости измерительного зонда 5, заполненного двумя различными реперными материалами

6 и 7 с известными температурами фазовых переходов, два постоянных запоминающих устройства 8 и 9, блок 10 синхронизации, блок 11 индикации, дифференциальный усилитель 12, поро. говый блок 13, блок 14 вычисления

1и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15.

Блок 10 синхронизации содержит два триггера 16 и 17, два элемента

18 и 19 .задержки, два элемента И П1

?0 .и 21, элемент НЕ 22, формирователь 23 импульса начальной установки, . три группы .элементов И 24-26, группу элементов ИЛИ 27, регистр 28 микрокоманд, блок 29 памяти микрокоманд и регистр 30 адреса.

Блок 14 вычисления содержит шесть регистров 31-36, четыре сумматора 3740, три неремножителя 41-43, два блока 44 и 45 деления и элемент 46 за- 45 держки.

Устройство работает следующим образом.

При нагревании объекта измерения рабочие спаи ТЗП 1 и 2 имеют равную

50 температуру до тех пор, пока температура объекта ие достигнет значения, соответствующего температуре . фазового перехода первого реперного материала. Да.:этаго момента времени разностная термо-ЭДС равна нулю, или

55 незначительно отличается от нуля, ввиду равенства термо-ЭДС ТЭП 1 и 2.

Начиная с момента времени, соответствующего началу процесса фазового перехода реперных матЕриалов, разностная термо-ЗЦС начинает отклоняться от нулевого значения, принимая отрицательное значение, поскольку температура, а следовательно, и термоЭДС первого ТЗП в течении периода времени фазового перехода будет оставаться постоянной, тогда как термоЭДС второго ТЭП будет изменяться.

Благодаря этому в моменты фазовых переходов будут сформированы импульсы разностной ЗЦС, которые свидетельствуют о протекании процессов фазовых переходов.

Длительности импульсов разностной

ЗДС находятся в строгом соответствии с длительностью процессов фазовых переходов, которая в свою очередь,определяется массой реперных материалов и другими постоянными. факторами.

Амплитуда импульсов определяется характером изменения температуры во времени, Процессы, аналогичные .вышеописанным, происходят также и при охлаждении измерительных зондов. Целесообразно использовать реперные материалы с темп ратурами фазового перехода, лежашими вблизи границ диапазона измерения температуры, т.е. за его пределами.

При первичном включении устройства блоком 10 синхронизации формируется последовательность команд управ-.. ления, поступающих по шине управления последовательно ко всем подключенным к ней устройствам .в установленной алгоритмом работы. устройства последовательности, Последовательность выполнения управляющих команд и соответственно последовательность работы отдельных блоков и узлов устройства показана на блок-схеме алгоритма работы устройства, приведенной на фиг.4. Указанный алгоритм предусматривает ожидание начала периода фазового перехода, выполнение операций сквозной самоблокировки всего измерительного канала, получение двух оценок погрешности измерительного канала, ожидание окончания периода фазового перехода реперного материала, вычисление коэффициентов поправочной функции и их запоминание, переход устройства в режим измерения,.вычисление скорректированного значения измерительного сигнала и его индикация, S

1 г

В процессе работы устрой(тва происходит измерение значений термо-ЭДС

Е (Т ) и E (Т ) перво "o ТЭП 1 при температурах Т1 и Т> соответствующих моментам фазовых переходных реперных материалов ° Далее определяют коэффициенты поправочной функции по фор..улам

E г(Т i) Е (Тz) Еv(Yp} Ег(Т )

У

Х

78511 6 прохождение нулево го кода, записанного в поле App, l регистра 28 через со.ответствукщую группу элементов И 26 и группу элементов И 27 на выходы

5 регистра 30 адреса ° Через промежуток времени, определяемый временем задержки элемента 19 задержки, в регистр 30 адреса будет переписан код, храняшийся в поле Адр. 2 регистра 28.

Через промежуток времени, определяемый временем задержки элемента 18 задержки, считанная из блока 29 памяти микрокоманд информация будет занесена в регистр 28 микрокоманд.

На соответствующих выходах поля микрокоманд регистра 28 появятся сигналы синхронизации. При запуске блоков, время выпол.:ения операций в ко2О торых постоянно, на первом выходе поля микрокоманд регистра 28 будет присутствовать потенциал логической .единицы, При запуске блоков, время выполнения операций в которых изме25 няется, ответные сигналы (готовность результата устройств АЦП 15 и блока 14 вычислений) поступают на соответствующие входы элемента ИЛИ 20.

При поступлении такого сигнала на

30 один из входов этого элемента при помощи элементов 18 и 19 задержки осуществляется выборка из блока 29 памяти микрокоманд следующего управляющего слова, 35

Для анализа выполнения условий используются сигналы опроса условий, формируемые на выходах поля условий. регистра 28 микрокоманд. Для осуществления условного перехода. в поле

4О Адр. 2 указывается адрес перехода ° .

При выполнении условия на выходе второго элемента ИЛИ 21 появляется единичный сигнал, разрешающий прохождение адреса, указанного в поле адреса Адр,2, через сооветствующую группу элементов И 25 и группу элементов ИЛИ 27 на входы регистра 30 адреса, Первый 16 и второй 17 триггеры служат для формирования условий

50. выполнения этапов определения фазовых переходов и устанавливается в единичное состояние при сигналах, Ъ включающих на табло индикацию инфорll мации "Фазовый переход Tl" и Фазо55 вый переход Т2".

К

С—

Е „(Т ) -E,(T, ) (2) где К=Еи(Т )-Е H(I();

Г p(T ) и Е н(Т,) — номинальные значения термо-ЭДС ТЭП 1 при температурах Т и .Т(°

Затем измеряют значение термо-ЭДС

Е <(T ) .ТЭП 1, соответствующее температуре объекта и определяют скорректированное значение термо-ЭДС ТЭП 1 по формуле

E ск(Т) Еи (Т) С+А, (3) и по полученному значению Е (Т) определяют температуру Т объекта измерения.

Блок 10 синхронизации представля— ет собой блок микропрограммного управления и работает следующим образом. Сигналы, определяющие очередность работы узлов и блоков, входящих в устройство, формируются на соответствующих выходах поля микрокоманд регистра 28 микрокоманд. Сигналы, по которым осуществляется onрос выполнения условий, вырабатываются на соответствуюших выходах его поля условий, В его поле адреса хранится адрес, по которому осуществляется переход при выполнении опрашиваемого условия. В тех случаях когда разрешается работа блоков и узлов., не вырабатывающих сигнал готовности, на первом выходе поля микрокоманд регистра 28 микрокоманд присутствует сигнал единичного уровня, поступающий на первый вход первого элемента ИЛИ

20, на остальные входы которого поступают сигналы готовности от анало.го-цифрового преобразователя 5 и блока 14 вычислений, При включении питания формирователь 23 формирует импульс начальной установки, переводящий в нулевое состояние первый lб и второй 17 триггеры и регистр 28 микрокоманд. На выходе элемента НЕ 22 будет сформирован импульс, соответствующий уровню логической единицы, что обеспечит

Регистр 28 микрокоманд представляет собой стандартный регистр, разр}щность которого определяется чисl 578511 лом подключенных к шине управления управляемых устройств. С выхода элементе 18 задержки на регистр 28 подается сигнал, разрешающий в определенные периоды времени запись в ре5 гистр информации, поступающей на информационные входы, Разрядность регистра при необходимости может наращиваться. 10

Регистр 30 адреса имеет два входа.

Выход элемента 19 задержки соединен с входом (управляющим ) разрешения записи, а выход элемента ИЛИ 27 связан с информационным входом регистра, на который .подается код адреса, Регистр

30 устанавливается в нулевое состояние следующим образом, После того, как формирователем 23 будет сформиро-, ван импульс начальной установки, этот 20 импульс поступит на установочный вход регистра 28 микрокоманд и установит его в нулевое состояние. Записанный в поле Адр.1 этого регистра нулевой код через логические элементы И 26 и 25

ИЛИ 27 поступит на информационный вход регистра 30 адреса и устанонит его в исходное, т,е. нулевое состояние, После этого спустя время задержки элемента 19 задержки в регистр 30 адреса будет записана информация, хранимая н поле Адр.2 регистра 28 микрокоманд, Блок 14 вычисления работает следующим образом. В регистры 31 и 32 в. соответствующие моменты времени по сигналам с блока 10 синхронизации, поступающим с выходов шины управления, заносится информация, поступающая на первый вход блока 14, — коды 40

E<(T ) и Е <(T>), Во втором 42 и тре.тьем 43 перемножителях осуществляется вычисление соответственно значений Е11(Т ) E1,(Т ) и Е 1(Т ) Е я(Т1).

В первом сумматоре 37 осуществляет- 45 ся вычисление Е, (Т )-Еи(Т ), Во вто.ром сумматоре 38 осуществляется вычисление константы К, Значение кон" станты заносится в регистр 33. В третьем сумматоре 39 осуществуляется вычисление величины

Е „(Т,) Е „(Т ) -Е„(Т ) Е „(Т, ) (4)

В первом 44 и втором 45 блоках деления чисел вычисляются сооветственно коэффициенты С и А, 55

По сигналам "Запись", поступающим от блока 10 синхронизации значения вычисленных коэффициентов С и А заносятся в четвертый 34 и пятый 35 регистры, В режиме измерения значения коэффициентов А и С используются в четвертом сумматоре 40 и первом перемножителе 41 для вычисления скор-. ректированной функции Е (Т),Полученный результат по сигналу "Запись" с выхода шины управления заносится в шестой регистр 36, после чего на выходе элемента 46 задержки появляется сигнал "Готов, свидетельствующий о готовности. результата измерения температур.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее дна идентичных термоэлектрических преобразователя, первые выводы которых соединены между собой, а рабочий спай первого термоэлектрического преобразователя размещен в герметизированной полости измерительного зонда, заполненного двумя различными реперными материалами с известными. температурами фазовых переходов, два постоянных запоминающих устройства, блок индикации, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока вычислений, выход готовности результата измерений которого соединен с первым входом блока синхронизации, аналого-цифровой преббраэователь, входы которого соединены с первым и вторым ныводами первого термоэлектрического преобразонателя, информационный выход подключен к первому входу блока вычислений, а выход готовности результата измерения соединен с вторым входом блока синхронизации, выходы которого через шину управления соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, постоянных. запоминающих устройств, блока вычисления и блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, .что, ° с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, н него введены дифференциальный усилитель и пороговый блок, выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации, а вход подключен к выходу дифференциального усилителя, входы кото- . рого соединены с вторыми выводами первого и второго термоэлектрических преобразователей, при этом второй и третий входы блока вычислений соединены с выходами первого и нторого постоянных запоминающих устройств, 15785)l (Рог. Z

2 ° Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вычисления содержит шесть регистров, четыре сумматора, три перемножителя, два блока деления и элемент задержки, выход которого соединен с выхо. дом готовности результата измерения блока вычислений, первый вход которого соединен с входом первого пере- 0 .множителя и информационными входами первого и второго регистров, информационные выходы которых подключены к первым входам первого и второго перемножителей соответственно, соединенными с входами первого сумматора, вторые входы второго и третьего перемножителей подключены к второму и третьему входам блока вычислений, соединенными с входами второго сумма- gg тора, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, к выходу которого подключены пер,вые входы первого и второго блоков деления, вторые входы которых соединены соответственно с выходами третьего и первого сумматоров, а выходы подключены соответственно, .к информационным входам четвертого и пятого регистров, выходы которых соединены соответственно с вторым входом четвертого сумматора и вторым входом первого перемножителя, к выходу которого подключен первый вход четвертого сумматора, выход которого соединен с информационным. входом шестого регистра, вход управления которого соединен с входом элемента задержки, а выход подключен к информационному выходу блока вычислений, при этом входы третьего сумматора соединены с выходами второго и третьего перемножителей, а управляющие входы scex регистров, сумматоров, перемножителей и блоков деления соединены с управляющим входом блока вычислений.

157851 1

Nuz.З йЬ а айра Овна

l5785l I па лереика

-код

Е(т)Е, 7;)

Разр. леренн.

М-код

Ен(Ц Ftr(Tz) акр. соииа ра J7-trod и(Ю-Ejr ) Т,) ра,рсоииапюраз-код

Ь(т) Ftr(i)-Ен(Ц Еи(7 )

РоЧ. Mt tкод коЯ Щ Д

РоЛ ЕД 45taboo troçðð. С

Запись а Рг)4

-кад4 зались 6 Рею

-коос юобы b(em ере.год 7;

Да

Запуск цпв

-кооЕк т,) апОсб бРг Л .код Еи Т) o gbtu Аа ео гоа

et

moйыпеаел д

7г

Да

3anqctrApt71

-кокЕ» т,) 4опооы Ао гренд т

t(em

Зались Юрг,7г

-кодF<(Я лМь До

sebo Tã

mob rb Аа

nepevdтг

hem

em члуое псе

-ко Е(т апуск ЛЦЛ )S

-код Ед(т)

Разр. переин

-кодЕ (г) С юпеице пзуц

-код Е (Tg) РО РЕШ СУЯиаmotto Л-код: канал.к

Ргюр.соимаmo 10-код

6ю С A=Err

Золось о Ре Л

-код М

onucb Рг,7Б

-код Есл/) ) ии аког(и

Егк(Т) 60 1(ФОЕ ч

Составитель В. Куликов

Редактор А, Ренин. Техред Л.Олийнык Корректор plв Кучерявая

Заказ I907 Тираж 508 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Рауюская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101