Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точность измерения путем уменьшения ошибки измерения, вызванной инерционностью термопары. Электрический сигнал с выхода преобразователя 2, пропорциональный температуре термопары 1, поступает на вход автоматической системы регулирования, состоящей из сумматоров 3,7 и интерграторов 4-6. На выходах интеграторов 6,4, 5 формируются сигналы, пропорциональные выходному сигналу преобразователя 2, второй и первой производным выходного сигнала преобразователя 2. Эти сигналы суммируются с соответствующими коэффициентами сумматором 7, в результате на его выходе формируется скорректированный сигнал, пропорциональный температуре термопары . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° О

ЪФ зом. (21) 4724688/ l0 (22) 31.07.89 (46) 30,10,91, Бюл. М 40 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (72) Н,В, Жиляков, И.M. Борисов, В.г. Дрючин и И.А. Коцемир (53) 536.53(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 781605, кл. G 01 К 7/00, 1978.

Каганов В.Ю. и др. Автоматизация управления металлургическими процессами.

М.: Металлургия, 1974, с. 306 — 307, 316, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к температурным измерениям и позволяет повысить точИзобретение относится к температурным измерениям, Целью изобретения является повышение точности измерения путем компенсации инерционных свойств устройства для измерения температуры.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство для измерения температуры содержит термопару 1, преобразователь 2, формирующий на выходе напряжение, пропорциональное температуре термопары 1, первый сумматор 3, первый интегратор 4, второй интегратор 5, третий интегратор 6 и второй сумматор 7.

Устройство работает следующим обра„„ЯЦ „„1688129 А1 ность измерения путем уменьшения ошибки измерения, вызванной инерционностью термопары. Электрический сигнал с выхода преобразователя 2, пропорциональный температуре термопары 1, поступает на вход автоматической системы регулирования, состоящей из сумматоров 3, 7 и интерграторов

4-6. На выходах интеграторов 6, 4, 5 формируются сигналы, пропорциональные выходному сигналу преобразователя 2, второй и первой производным выходного сигнала преобразователя 2. Эти сигналы суммируются с соответствующими коэффициентами сумматором 7, в результате на его выходе формируется скорректированный сигнал, пропорциональный температуре термопары. 1 ил, Термопара 1 воспринимает текущее . значение температуры x(t), и на выходе преобразователя 2 формируется электрический сигнал y(t), который иэ-за инерционных свойств термопары 1 и преобразователя 2 не будет соответствовать истинному значению температуры x(t). В зависимости от конкретных свойств защитной арматуры передаточная функция w12 (р) термопары 1 совместно с преобразователем 2 определяется выражением

W 1,2

К (1)

Т1 Т2 р2+(Т1+Т2) р+1 где постоянные времени Tt и Т2 характеризуют инерционность процесса измерения температур, К вЂ” коэффициент усиления. l688i29

Следовательно, выходная величина преобразователя 2 определяется как

2 5

Т1 Тг р +(Т1 +Тг) р+1

Из выражения (2) следует, что выходная переменная у(с) преобразователя 2 отличается от входной переменной x(t) на величину

w 12 (р), которая определяет отличие мгно10 венных значений истинной температуры x(t) от результата измерения y(t), полученного на выходе преобразователя 2, Это различие будет тем больше, чем большие значения имеют постоянные времени Т1, Т2. При T1 =

=Тг =- 0 процесс измерения температуры будет безынерционным и результат измерения температуры y(t) пропорционален исГинному значению температуры x(t), т.е.

y(t) == кх (t), (3)

Однако, поскольку постоянные времени

ТI, Тг не равны нулю, условие (4) не выполняется.

Для выполнения условия (4) при TI, T2 не равных нулю, электрический сигнал у поступает с выхода преобразователя 2 на вход заМкнутой автоматической системы регулирования (A3P), образованной первым суМматором 3 и интеграторами 4, 5. 6, имеющими передаточные функции

К4 К5 К6 4(Р) = — 5(Р) = 5(Р) р p р

35 где К4, К5, Кб — коэффициенты передачи интеграторов.

При этом на входе интегратора б формируется сигнал уо, на входе интегратора 5— уо, На выходе первого сумматора 3 форми-, руется управляющее воздействие

О=С1У-С1Уо-С2У2 СЗУо, (4) где СI, с2, С3 — коэффициенты.

Эта замкнутая система является следящей и предназначена для обеспечения высокой точности слежения ее выходной пвременной эа входным сигналом у, т,е. для обеспечения приблизительного равенства уо(т)= у(1)

Коэффициенты с1, сг, сз следует выбирать из условия большего быстродействия системы 3 — 6, Они устанавливают по соответствующим входам первого сумматора 3.

Значение коэффициентов с1, сг и сз может быть определено следук>щим образом.

Поведение системы 3 — 6 может быть описано дифференциальным уравнением

Уо+К5К6К7(сЗУ+сгУо+С1Уо)=0 (5)

При заданном виде переходного процесса, например апериодическом, и желаемом времени регулирования, при котором переходной процесс в системе должен закончиться во много раэ быстрее, чем процесс у(1), можно найти из (5) коэффициенты с1, с2, Сз:

04 С 34 С 3

C1—

К5 Кб К7 К5 К6 К7 К5 К6 К7

; С2 = Сэ =. (6) где аь выбирается из условия обеспечения заданной длительности переходного процесса.

С выходов интеграторов 4, 5, б сигналы уо, уо,уо сигналы поступают на входы второго сумматора 7, Коэффициенты передачи по каждому входу сумматора 7 устанавливаются таким образом, чтобы сигнал г на выходе сумматора 7 был равен величине

TI T2 . Т1+Тг 1

Z = — — уо+ — уо+ — уо

К К К (7)

Если в следящей системе выполнено условие уо (с) =- y(t), то учитывая его в выражении (7), можно найти, что передаточная функция, соответствующая уравнению (7), имеет вид — » +Б 1 Ш.Е

z1 p)—

К

Подставляя выражение (2) в выражение (8), можно найти, что z(p) =- х(р) и, следовательно, z(t) = x(t), т.е. на выходе второго сумматора 8 вычисляется истинное значение измеряемой температуры х.

Очевидно, условие z(t) = x(t) идеально выполнено быть не может из-за инерционности следящей системы, определяемой коэффициентами с1, с2, с3. Однако, поскольку эти коэффициенты выбираются из условия большого быстродействия следящей системы, погрешность z(t) — x(t) может быть сведена к малому значению.

Значение коэффициентов ТI, Т2, К в выражении (7) для каждой конкретной термопары определяется экспериментально по ее переходной функции.

Все элементы устройства могут быть реализованы на операционных усилителях по стандартным схемам.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры. содержащее термопару и преобразователь, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные первый сумматор, три интегратора и второй сумматор, причем выходы интеграторов одновременно подключены к входам первого и второго сумматоров, а выход преобразователя соединен с входом первого сумматора.

1688129

z(t) Составитель В. Куликов .Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши

Редактор М, Циткина

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

Заказ 3703 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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