Устройство для определения температуры жидкого металла в конвертере

 

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность определения температуры жидкого металла в конвертере путем уменьшения погрешностей, вызванных нестабильностью параметров элементов, входящих в состав устройства. Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя (ТП) 1 поступает через коммутатор 2,к входу которого подключен источник 3 опорных напряжений, и согласующий блок 4 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7, соединенного с микропроцессорным блоком 9 управления. Компенсация температуры свободных концов ТП осуществляется с помощью измерителя 5 температуры свободных концов ТП, подключаемого коммутатором 6 к второму входу АЦП 7. Проверка цепей ТП осуществляется блоком 8. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ АЛЛИН „.1)5 G 01 K 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

40 ИЗОБРЕТЕНИЯУ, И О7ИРЫТИЯМ

4РИ П НТ СССР (21) 4608325/24-10 (22) 23.11.88 (46) 23.10.90. Бюп. ¹ 39 (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Черметавтоматика" (72) Т.С. Намазбаев, Я.В. Медведев, В.И. Богомяков, Ю.Э. Шандер и Ю.А. Романов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1064159, кл. С; 01 К 7/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1167448, кл. С 01 К 7/02, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕРЕ (57) Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повы„„SU„„1601531 А1

2 сить точность определения температуры жидкого металла в конвертере путем уменьшения погрешностей, вызванных нестабильностью параметров элементов, входящих в состав устройства. Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя (ТП) 1 поступает через коммутатор 2, к входу которого подключен источник 3 опорных напряжений, и согласующий блок 4 на вход аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 7, соединенного с микропроцессорным блоком 9 управления. Компенсация температуры свободных концов ТП осуществляется с помощью измерителя 5 температуры свободных концов ТП, подключаемого коммутатором 6 к второму входу АЦП 7. Проверка цепей ТП осуществляется блоком 8. 5 ил.

1601531 (X(t) -X(t-1) при (X(t) -X(t-1) /-

P sign C X(t) -X(t-1) 1 при (X(t) -X(t-1) /) >

Изобретение относится к темпераГурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры, и может быть использовано в черной

И цветной металлургии, химической промышленности при циклическом измерении температуры и химических свойств металлов и сплавов.

Целью изобретения является повы1шение точности определения темпера туры путем уменьшения погрешностей, 1вызванных нестабильностью параметров

1элементов, входящих в состав устрой1ств. 15

На фиг. 1 изображена блок-схема

:устройства; на фиг. 2 — внутренняя .структура коммутатора, источника опорных напряжений и блока проверк1.

;цепи термопреобразователя; на фиг. 3 — внутренняя структура анало ;го-цифрового преобразователя с фильт- ;ром низкой частоты; на фиг. 4 - внут ренняя структура микропроцессорного блока управления; на фиг. 5 — внутренняя структура блока цифровой ин дикации.

Устройство (фиг. 1) содержит тер. моэлектрический преобразователь 1, коммутатор 2, источник 3 опорных напряжений, согласующий блок 4, измеритель 5 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, второй коммутатор 6, аналогоцифровой преобразователь 7 с фильтгде Х() — выходной код фильтра низкой частоты в определенный момент t дискретного времени; ..

: X(t) — входной код фильтра низкой частоты; .0, P — настроечные коэффициенты (bL выбирается экспериментально из диапазона

0-1; . P — примерно равным максимальной величине скорости изменения полезного сигнала) .

Микропроцессорный блок 9 управления (фиг. 4) содержит кварцевый резонатор 35, резистор 36, конденсатор

37, однокристальную микроЭВМ 38 типа KN181633E48, де пифратор 39, р егистр 40 адреса, 11адиально параллельром низкой частоты, блок 8 проверки цепи термоэлектрического преобразоватсля, микропроцессорный блок 9 управления и блок 10 цифровой индикации, 1(оммутатор 2 (фиг. 2) содержит три транзисторных ключа 11-13, в базовую цепь которых включены ограничивающие резисторы 14-16, а в коллекторную цепь — герконовые реле 17-19.

Источник 3 опорных напряжений (фиг. 2), может быть выполнен, например, на. операционном усилителе 20, стабилитроне 21 и резисторах 22-26 по стандартной схеме.

В качестве согласующего блока 4 может быть использован любой серийный усилитель с необходимым коэффициентом усиления, обеспечивающий усиление сигнала с термоэлектрического преобразователя 1. Блок 8 проверки цепи термопреобразователя 1 (фиг. 2) содержит источник 27 зондирующего напряжения, оптопару 28 и ре» зисторы 29 и 30 °

Аналого-цифровой преобразователь

7 (АЦП) с фильтром низкой частоты может быть выполнен, например, на основе однокристальной микроЭВМ типа

КМ1813ВЕ1, включающей цифровой процессор 31, дифференциальный усилитель 32 с резисторами 33 и 34.

Фильтр низкой частоты, реализованный в ЦПОС 31, описывается выражением ный интерфейс 41, оперативно-запоминающее устройство 42, радиально последовательный интерфейс 43, делитель

44, блок 45 гальванической развязки.

Устройство работает следующим образом.

После включения электропитания в микропроцессорном блоке 9 управления начинает выполняться программа инициализации, которая приводит устройство в исходное состояние.

В исходном состоянии транзисторные ключи 11-13 закрыты. Перед замером температуры жидкой стали на жезл через разъем вставляется сменный блок термоэлектрического преобразователя

1. При наличии цепи и готовности термоэлектрического преобразователя к измерению через нормально замкнутые

5 16015 контакты герконового реле 13 подается напряжение от источника 27 зондирующего напряжения на вход оптопары 28, что приводит к появлению сигнала низкого уровня в коллекторной цепи оптопары, которьп" поступает на второй вход микропроцессорного блока 9 управления. Если в течение Qt = 2 с. ( (величина )I« t, определяется опытным путем) сиг к()л ке меняется, что свидетельствует о наличии надежного контакта термопреобразователя 1 с измерительной цепью, то устройство переходит к выполнению процедуры автоматической калибровки, в противном случае устройство остается в исходном состоянии °

Процедура автоматической калибровки осуществляется следующим образом. 20

По сигналу с второго выхода микропроцессорного блока 9 управления открывается транзисторный ключ 12, что с приводит к размыканию нормально замкнутых контактов герконового реле 18 25 и подключению выходных цепей источника 3 опорных напряжений, с вь.хода которого подается напряжение «J1 (величина U< определяется опытным путем, исходя из диапазона выходных напряжений термопреобразователя г, применяемого для измерения температуры хагдкого металла) в течение г — 0,8 с ка вход согласующего блока 4 (величина $ t определяется опытным путем), затем транзисторный ключ 12

35 закрывается, что приводит к размыканию выходной пепи U1 источника 3 опорных напряжений, далее по сигналу с второго выхода микропроцессорного блока 9 управления открывается транзисторный ключ 13, что приводит к размыканию нормально замкнутых контактов герконового реле 19 и подключению выходных цепей источника 3

45 бпорных напряжений, с выхода которого подается нагряжение Бг (величина U определяется опытным путем, исходя из диапазона выходных напряжений термопреобразователя 1, причем U выбирается в начале диапазона, а в конце диапазона выходных напряжений термопреобразователя 1) в течение

gt > = 0,8 с на вход согласующего блока 4 (величика gt > определяется опытным путем), затеи транзисторный ключ

13 закрывается, что приводит к размыканию выходной цепи U источника 3 опорных напряжений и подключению вь«31 б хода термопреобразователя 1 к входу .orласующего блока 4. Далее в микропроцессорном олоке 9 управления рассчитывается коэффициент усиления и

"-еличина смещения нулевого уровня согласующего блока 4 по следующим зависимостям." (2) - -- (Ug — Б0а) /(U(» U,) 3

U = (()д+ 5 — k(U, + U )1/1, (3) где k — коэффициент усиления;

U — величина выходного напряжеQ « ния согласующего блока при подгсчючении к его входу первого источника опорного на пряж ения:

Ч„. — величина выходного напряжения согласующего блока при подключснии к его входу второго источника опорного напряженияя; — величина смещения нулевого уровня согласующего блока на его выходе;, U — величина напряжения первого ( источника опорного напряжения;

U — величина напряжения второго

2 источника опорного напряжения, Далее по сигналу с второго выхода микропроцессорного блока 9 управления траггзисторкь««". ключ 13 закрывается, что приводит к размыканию выходной цепи

Ug источника 3 опорных напряжений, подключению выхода термоэлектрическогоо пр еобра зователя 1 к входу согласующего блока 4. По сигналу с четвертого выхода микропроцессорного блока 9 управления второй коммутатор

6 коммутирует выход термопреобразователя 5 с вторым входом АЦП 7 с фильтром низкой частоты. Вторым входом

АЦП. 7 является вход 10 ЦПОС 3 ) . На вход 10 ЦПОС 31 поступает сигнал от термот(реобразователя 5, пропорггиональный температуре окружающей среды, что позволяет учесть влияние термоЭДС свободных концов термоэлектрического треобразоватепя 1. При погружении термопреобразователя 1 в металл сигнал термоЭДС, характеризуюгпий температуру жидкого металла, усиливается в согласующем блоке 4 и поступает на вход АЦП 7 с фильтром низкой частоты, где подвергается аналого-цифровому преобразованию и цифровой фильтрации " помощью ЦПОС 31

1601531 (фиг. 3) с шестнадцатиразрядной точнос тью по зависимости. Результаты преобразования передаются в микропроцессорный блок 9 управления по5 тетрадно с первого, двадцать шестого, двадцать седьмого и двадцать восьмого выходов ЦПОС 31. Передача данных сйнхронизируется сигналами с двадцать первого выхода ЦПОС 31, поступающими в микропроцессорный блок 9 управления..

Дифференциацильный усилитель 32 с резисторами 33 и 34 (фиг. 3) позволяет получить шестнадцатиразрядную точность, так как аналого-цифровой преобразователь ЦПОС 31 восьмиразрядный. При первом преобразовании получаются старшие восемь разрядов кода, 1 соответствующий коду аналоговый сигНал появляется на втором выходе

ЦПОС 31. На дифференциальном усилителе 34 этот сигнал вычитается из. ходного сигнала, масштабируется на

2 и полученный сигнал поступает на 25

1ринадцатый вход ЦПОС 31, где после

Его аналого-цифрового преобразования получаются младшие восемь разрядов.

Величина выходного сигнала U термоэлектрического преобразователя 1 вы- 3О числяется в блоке 9 по формуле

Пе ®с о) где U — значение сиггала на выходе с огл ас ующег о бл ока 4 .

Для определения наличия стацио1нарного участка на термограмме, соответствующего температуре жидкого металла, в микропроцессорном блоке управления 9 осуществляется среднее 40 значение х, (t) двух кодов на соседних

1 отсчетах

X(t) + Х(-1) ср 2 а также сравнивается значение кодов 45

X(t) и X(t-1). Если эти коды равны, I то вычисляется величина Х, (t-1)

1 и средневзвешенное значение

I ?

Х () ХсЕ.(С) + Xce.(t 1)

1 1 1 — X(t) + - X(t-1) + — X(t-2) °

4 2 4 равное значению температуры измеряемой среды.

Далее в соответствии с номинальной статической характеристикой термопреобра зоват еля 1 определяется температура металла в градусах Пельсия, которая затем передается в ЭВМ верхнего уровня и отображается на индикаторе блока 10 цифровой индикации.

Передача информации о температуре металла в ЭВМ верхнего уровня (не показана) осуществляется однокристальной микроЭВМ 38 (фиг. 4) с помощью счетчика радиально последовательного интерфейса 43 и блока 45 гальванической развязки, введенного дпя повышения помехоустойчивости и электрической защиты устройства. Вывод информации на блок 10 цифровой индикации осуществляется с помощью однокристальной микроЭВМ 38, радиально параллельного интерфейса 41, кроме того., с помощью этого интерфейса осуществляется управление коммутатором 2, прием кодов иэ АЦП 7.

Регистр 40.адреса и дешифратор

39 необходимы для связи с однокристальной микроЭВМ 38, радиально параллельным интерфейсом 41, оперативно-запоминающим устройством 42 и радиально последовательным интерфейсом 43. По окончании выдачи результата на блок 10 цифровой индикации и ЭВМ верхнего уровня микропроцессорный блок 9 управления переходит в исходное состояние и приступает к анализу наличия в цепи термопреобразователя 1.

Индикация результатов замеров осуществляется с помощью блока 10 цифровой индикации, который содержит семисегментный дешифратор 46, семисегментные индикаторы 47-62, транзисторнь;е ключи 63-78 и дешифратор

79 адреса.

Через радиально параллельный интерфейс 41 микропроцессорного блока

9 управления (фиг. 4 и 5) на семисегментный дешифратор 46 поступает двоичный код числа, преобразуется им в семисегментный код, который поступает на индикаторы 47.-62, в свою очередь на дешифратор 79 из микропроцессорного блока 9 управления поступает четырехразрядный адрес знакоместа, на котором должно быть индицировано данное число. На одном из выходов дешифратора появляется сигнал низкого уровня, что приводит к срабатыванию соответствующего ключа и подаче питающего напряжения на адресуемый индикатор. На индикаторе загорается вывоцимое число, че9 16 рез некоторое время на дешифратор 79 поступает адрес очередного знакоместа, а на дешифратор 46 — второй код соответствующего числа. Таким образом, осуществляется сканирование на индикаторе. Полный цикл сканирования всех индикаторов проходит за 0,1 с, затем сканирование повторяется. Из-за инерционности зрения сканирование не заметно и оператор на индикаторе блока 10 цифровой индикации все индикаторы видит светящимися одновременно.

Запуск очередного цикла сканирования осуществляется по прерыванию от таймера, расположенного в однокристальной микроЭВМ 38.

Для автоматического введения поправок по учету термо-ЭДС,свободных концов термоэлектрического преобразователя используют следующий метод .

С помощью измерителя 5 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, -включающего термопреобразователь сопротивления с источником тока, перед замером температуры металла измеряется температура окружающей среды, где находятся свободные концы термоэлектрического преобразователя. В соответствии с номинальной статической характеристикой преобразователя, применяемого для измерения температуры жидкого метал.ла термопреобразователя, определяется величина термо-ЭДС, соответствующая температуре окружающей среды. В процессе замера температуры металла к полученной величине термо-ЭДС, соответствующей температуре металла, суммируется величина термо-ЭДС, соответствующая температуре окружающей среды. При изменении температуры свободных концов определяется новое значение термо-ЭДС, которое суммируется с о знач ени ем т ермо-ЭДС, пол уче Иной при измерении. Результирующее значение термо-ЭДС масштабируется в градусах Цельсия °

Определение температуры металла в соответствии с номинальной статической характеристикой осуществляется по методу кусочно-линейной аппроксимации.

При использовании данного метода номинальная статическая характеристика термопреобразователя представляется в виде таблиц .в ПЗУ микроконтроллера, Точность аппроксимации зависит от количества точек в этой

01531 таблице и шага дискретизации. В промежутках между точками значение температуры определяется по формуле где t — температура жидкого ме)(г er талла, С;

10 Е(д) — величина термо-ЭДС ближайшего к Е(х) меньшего значения из таблицы;

E(i+1) — величина термо-ЭДС ближайшего к Е(х) большего значения из таблицы;

Е(х) — величина термо-ЭДС термопреобразователя в момент замера температуры жидкого металла;

20 — шаг дискретизации.

Таким образом, для определения температуры жидкого металла не требуется значительных программных и временных затрат, а точность аппроксимации зависит от величины Ь . Задаваясь допустимой погрешностью аппроксимации f, можно методом подбора определить необходимые значения для номинальных статических хара30 ктеристик преобразования термопреобразователя.

Формула из обр ет ения

35 УстРОйстВО Для Определения температуры жидкого металла в конвертере, содержащее термоэлектрический преобразователь, блок цифровой индикации, согласующий блок, выход которого сое40 динен с входом аналого-цифрового преобразоватсля с фильтром низкой частоты, q т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения температуры, в него введе45 ны два коммутатОРа, измеритель температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, блок проверки цепи термоэлектрического преобразователя, микропроцессорный блок упраВления и истОчник Опорных напряжений, выход которого соединен с пер-. вым входом первого коммутатора, второй вход которого соединен с термоэлектрическим преобразователем, третий

Вход подключен к ВтОРОму Выходу ми кропроцессорного блока управления, первый выход соединен с входом согласующего блока, а второй выход подключен к входу блока проверки цепи тер5 . E(i + 1)-E(i) 1

= е(з.) + — — — . е(х)-E(i)) ° мет Ь

1б 01531 гЪ

7- 4 о а 7

М7 Р- у Рб/ХО

Pnme 9

Моэлектрического преобразователя, выход которого соединен с вторым входом микропроцессорного блока управ 1ения, первый выход которого соединен с блоком цифровой индикации„ третий выход и первый вход соединены

I ф вторым входом и выходом цифроаналогового преобразователя соответственно, а четвертый выход подключен к первому входу второго коммутатора, первый вход которого соединен с из5 мерителем температуры свободных концов т ермоэл ектрич еского пр еобр аз ователя, а выход подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя.

1601531

1б01531

1601531

Составитель В. Куликов

Техред H,Äèäûê

Корр ект ор М. Ма ксимишинеп

Редактор И. Шулла

Заказ 3267 Тираж 511 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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