Устройство для измерения средней температуры

 

Использование: измерительная техника , измерение температурных полей. Сущность изобретения: устройство содержит п термопреобразователей 1, п аналого-цифровых преобразователей 2, реверсивный счетчикЗ, преобразователь 4 код-последовательнрсть импульсов, генератор 5; счетчик 6, п элементов И 7, п формирователей 8 импульсов; afleMeHtN ИЛИ 9,12, регистр 10, выходную шину 1-1, распределитель 13 импульсов , делитель 14 частоты, п шин сигналов рэзрёок :1ия 15si .. 15sn- 1 ил

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л 6 01 К 3/02

ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

CCP

CP) с

НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4

О

V (л (21) (22) (46) . (71) и нст (72) (56)

Мб

954155/10

7.06.Р1

7.02;93, Бюл. М 5 енин градский электромеханический тут им. В.И.Ульянова (Ленина} .В.Петров и A.Áàøàðüÿð вторское свидетельство СССР

8332, кл. G 01 К 3/02, 1977. вторское свидетельство СССР

3546, кл. G 01 КЗ/02, 1971. вторское свидетельство СССР

08626, кл. 6 01 К 3/02, 1981. вторское свидетельство СССР

60985, кл. G 01 К 3/02, 1988, „„Я „„1793275 А1, 2

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Использование: измерительная техника, измерение температурных полей. Сущность изобретения: устройство содержит и термойреобразователей 1, и аналого-цифровых преобразователей 2, реверсивный счетчик 3, преобразователь 4 код — последовательность импульсов; генератор 5; счетчик 6, и элементов И 7, и формирователей 8 импульсов, элементы ИЛИ 9, 12, регистр 10, выходную шину 1-1, распределитель 13 импульсов, делитель 14 частоты, и шин сигналов раэреш.; ия 15з1,..., 15з„. 1 ил..3

1793275

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при измерении температурных полей, Известно устройство для измерения среднеинтегрального значения температуры среды, содержащее измеритель и термо- метр сопротивления из последовательно включенных четырех терморезисторов, начальное сопротивление каждого из которых пропорционально значению весовой функции на контролируемом им участке и обратно пропорционально величине температурного коэффициента сопротивления его мате рйала.

Недостатками устройства являются

15 низкая точность измерения, обусловленная используемыми аналоговыми элементами, и качество усреднения, связанное с усреднением лишь по малому числу терморезисторов, Kpoi4e того, данное устройство

20 характеризует низкая надежность, поскольку выход из строя любого термореэистора приводит к катастрофическому отказу всего устройства.

Известно устройство для автоматического измерения средней температуры сре- 25 ды, -содержащее и датчиков температуры, коммутатор, преобразователь аналог — код. делитель, счетчик и использующее метод начета число-импульсных эквивалентов сигналов датчиков, прямо пропорциональных 30 величине температуры и обратно пропорци-. ональных их числу.

Недостатками известного устройства являются возможность усреднения лишь по количеству датчиков без учета их исправно- 35 сти и низкая надежность, поскольку выход из строя любого датчика приводит к нештатным ситуациям, приводящим к искажению результата измерения.

Известно устройство для измерения 40 средйей температуры, содержащее термопреобразователи, коммутатор, аналогоцифровой преобразователь, три счетчика, преобразователь код — последовательность импульсов, регистр, мультиплексор, генера- 45 тор, элемент И, использующее преобразование сигналов датчиков, опрашиваемых последовательно, с дал ьйейшим усреднени.ем по их количеству и с учетом числа неисправных датчиков. . 50

Недостатками устройства являются невысокая точность измерения средней температуры и низкая помехоустойчивость, что обусловлено получением среднего лишь по количеству датчиков без определения сред- 55 йего по времени, Наиболее близким по технической сущности к техническому решению является устройство, предназначенное для измерения температурных полей путем преобразования сигналов датчиков опрашиваемых последовательно с дальнейшим усреднейием как по их количеству, так и по времени. Устройство содержит и термопреобразователей, аналого-цифровой преобразователь, реверсивный счетчик, преобразователь код — поснедОвательность импульсов, генератор, выход которого подключен к входу счет чика, первый и второй элементы ряда конъюнкторов, Термопреобразователи под ключены к информационным входам коммутатора, выход которогочерез аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к суммирую цему входу реверсивного счетчика, выход которого подключен к кодовому входу преобразователя код — последовательность импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, а частотнйй вход подключен к второму выходу генератора, В ыход счетчика объедийен с управляющим входом коммутатора и мультиплексора, выход которого объединен с вторым входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика.

Недостатком прототипа является невысокая точность, обусловленная малым временем считывания информации в каждом канале в течение обращения к каждому термопреобразователю в цикле сканирования датчиков. Кроме того, из-за неравномерности потоков импульсов в цепях прямой и обратной связи код среднего, формируемый реверсивным счетчиком в режиме динамического равновесия, характеризуется пульсацией части его младших разрядов, снижающей информативность и соответственно точность результата.

Целью изобретения является повышение точности измерения средней температурыы.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения средней температуры, содержащее и термопреобразователей. первый аналого-цифровой преобразователь, реверсивный счетчик, преобразователь код — поСледовательность импульсов, генератор, подключенный к входу счетчика, выходную шину, шины сигналов разрешения и два элемента И, введены и-1 аналого-цифровых преобразователей, и формирователей импульсов, два элемента ИЛИ, регистр, делитель частоты, и-2 элементов И и распределитель импульсов, стробирующий вход которого соединен с выходом генератора, а другой вход — с кодовым выходом счетчика, связанного выходом переполнения через делитель частоты с управляющим входом регистра, 5 1793275 6 информационный вход которого подключен порциональные температуре и проходящие к выходу реверсивного счетчика, а выход — на первые входы и формирователей 8, вток выходной:шине и кодовому входу преоб- рые входы которых подключены к выходам азователя код — последовательность им- элементов И 7. В случае неисправности чаульсов, связанного частотным входом с 5 сти датчиков соответствующие сигналы

ыходом элемента ИЛИ, а выходом с вычи- Я ...Я принимают низкий уровень (исправающим входом реверсивного счетчика, со- ным датчикам соответствует высокий уродиненного суммирующим входом c вень сигнала) и блокируют прохождение

ыходом другого элемента.ИЛИ, выход каж- импульсов распределителя 13 импульсов на ого из и термопреобразователей подсоеди- 10 вйход соответствующих элементов И 7 и на ен к входу соответствующего формйрователя вторые входы и формирователей 8 соответмпульсов через соответствующий аналого- ственно. Последние осуществляют синхронизаифровой преобразователь, другйе входы цйю выходных импульсов аналого-цифрового ормирователей импульсов объединены преобразователя 2 по фазам pi ... р;выход- ежду собой и с выходами элементов И, 15 ных импульсов элементов И 7, при этом чавязанных с входами элемента ИЛИ, при стотасинхронизацийимпульсов на выходах том выходы формирователей импульсов элементов И 7 вйбирается равной максиодключены к входам другого элемента мальной частота Fx, формируемой анаЛИ, выходы распределителя импульсов лого-цифровыми преобразователями 2. оединены с входами элемента ИЛИ через 20 Такйм образом, при исправности и дат оответствующие элементы И, подключен- - чиков термопреобразователей, что соответые другими входами к шинам сигналов раз- ствует высокому уровню сигналов S>...S на ешенйя. ..... выходах формирователей 8, вырабатывают-.

Сущностьтехнического решения состоит ся и синхронизир ованных по фазам созданииточного"устройствадля измерения 25 р1... р, последовательностей несовпадаюредней температуры с использованием ме- . щих импульсов, средние частоты которых ода одйовременного считывания информа- равны Fq...Fn соатветственно. Очевидно, что ивных сигналов .со всех каналов с их элементИЛИ12выполняетфункциючастотоследующим преобразоваййем в частоту и ного сумматора и на суммирующий вход реуммированием при дальнейшем их несчете 30 версивного счетчика 3 поступают сигналы прямой цепи следящей частотно-импульс- "со средней частотой, равной сумме частот ой системы посредством организацйи отри- сйгналов, снимаемых с выходов формироваательной обратной связи с ее фиксацией в . телей 8. Код счетчика 3 переписывается в онце периода обращения к датчикам-C уче- регйстр 10 сигналом; формируемым делите ом предыдущих измерейий и блокировкой 35 лем 14 частоты, поступающим с периодом Т епей прямой и обратной связи в моменты, = 2 К/Fo, где К вЂ” разрядность счетчика 3. оответствующие фазам опроса неисправ- регистра 10 и преобразователя 4 код — поых датчиков, .:,:следовательность . импульсов. Благодаря

На чертеже показана схема предлагае-:. этому преобразователь 4 код — последоваого устройства..: . - 40 тельность импульсов, находящийся в цепи

Устройство содержит и термопреобра- отрицательной обратной связи и вйполненователей 1, и аналого-цифровых преобра- ный, например, в видедвоичногоумножитеователей 2, реверсивный счетчик 3, ля частоты, начинает вырабатывать сигналы реобразователь 4 код — последователь-" под воздействием кода регистра и суммарость импульсов, генератор 5, выход кото- 45 ной частоты сигналов с выходов элементов ого подкл ючен к входу счетчика 6. и И Z, формируемой на выходе элемента ИЛИ лементов И 7, и формирователей 8 импуль- 9, причем средняя частота импульсов, поов, элемент ИЛИ 9, регистр 10, выход кото- сгупающих прй этом на вмчйтающий еход ого подключен к выходной шйне !1, . реверсивногосчетчика 3,стремится ксредлемент ИЛИ 12, распределитель 13 им-.50 нейчастотеимпульсовнаегосуммируЮщем ульсов, делитель !4 частогы, шины входе. БлокированиеМгналов прямой иобf5s> ... 15з„сигналов разрешения.: ратной связи йри обращении к неисправУстройство работает следующим обра- иым терьапреобразователям реализуется ом. . : - путем исключанйя учэстйя в их формироваАналого-цифровые преобразователи 2 65 нии соответствующихфазйрующих импульреобразуют информативный сигнал каж- сов синхронизацйй, йфоизво@я, таким ого из и термопреобразователей 1 в сигма- . образом, усреднени6 ао количеству датчиы с частотами Fg (l = 1,..., п, где n — число ков температуры, Изменение сигнала любо ключенных термопреобразователей), про- го из термопреобразователей 1, равно как и !

1793275 выход его из строя, приводит к изменению средней частоты последовательности импульсов на суммирующем входе реверсивного счетчика 3 и благодаря отрицательной обратной связи формированию компенсирующей средней частоты последовательности импульсов на его вычитающем входе, что, в свою очередь, приводит к. устайовлению в регистре 10 в режиме динамического равновесия кода среднего как по количеству исправных термопреобразователей, так и по времени за период Т.

В основу работы устройства положен итерационный принцип усреднения импульсных последовательностей с использованием частотно-импульсной следящей системы. 8 качестве схемы сравнения, вырабатывающей сигнал рассогласования, используется реверсивный счетчик 3, с помощью которого осуществляется суммирование и вычитание частоты и интегрирование полученной разности. Условием динамического равновесия устройства: является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей реверсивного счетчика 3 в течение периода усреднения Т, -т.е. равенство средних значений частот импульсных последовательностей, поступающих на суммирующие и вычитающие входы счетчика 3, состояние которого фиксируется регистром 10, формирующим код среднего сигналов термопреобразователей 1, При нулевом начальном состоянии кодов реверсивного счетчика 3 и регистра 10 на суммирующий вход счетчика 3 в течение первого периода Т поступает

Д1 Т 2 F xs $! = Та MMBQIII COB, l =1 где Sl - 1 или 0 при исправном или неисправном I-м термонреобразователе соответ.. ственно.

Код А1 по окончании периода Т с помощью выходного сигнала делителя 14 частоты переписывается в регистр 10, т.е. в

:регистре 10 получается код числа

Nz1 и Та

Генератор 5 формирует последовательность импульсов с частотой F<, проходящую на счетный вход счетчика 6, имеющего ri состояний. Код последнего в свою очередь управляет работой распределителя 13 импульсов. на выходах которого формируются несовпадающие во времени фазирующие импульсы pi уЪ с частотой Ра/n, равной максимальной частоте на выходе аналогоцифровых преобразователей.

На частотный вход преобразователя 4 код — последовательность импульсов поступает суммарная частота с выходов элементов И 7, поскольку поступление на вход

5 элемента ИЛИ 9 импульсных последовательностей, сигналы каждой из.которых фазированы не совпадающими импульсами фаз ф1 ... ф„, позволяет этому элементу выполнить функцию частотного сумматора. Таким обра10 зом, среднее значение частоты на выходе элемента ИЛИ 9 определяется выражением

n F а =$ — Ь

l=1 и

"5 или, учитывая соотношение частот

Fо и

Гхмакс, выражением

F (2 = g F хмакс Sl = IF хмакс °

20 1=1где! — количество исправных термопреобразователей.

ОТЛИЧНОЕ От НуЛя ЗНаЧЕНИЕ Када Nzi pE25 гистра 10 инициирует формирование преобразователем 4 в течение следующего периода Т

-Т- 12 „„ IF хмакс

2 2 к к импульсов, поступающих на вычитающий вход реверсивного счетчика 3, где Mzl — зна35 чение кода регистра 10, зафиксированное в первом периоде Т, Очевидно, что по окончании второго периода Т код регистра 10 получает приращение

40 Д2 — Т Т ак N21—

=Та -Т хмакс

IF

Та—

1 хмакс

45 =Та (1 — Т) =Та (1 — I ), хмакс

iF

2"

50 и код регистра 10 получает значение

Nz2=Nz1+ Ь2 = Та+Та(1-I) =Та(1+(1-I)}=

-Та (2 1).

Аналогично в конце третьего периода Т код регистра 10 получает приращение

IF хмакс

ЬЗ =Та — Т Nz2

=Та — Т """ Та (2 — ) =

IF хмакс

1793275

Так как максимальное значение i = n; то последнее неравенство всегда выполняется.

Динамическое равновесие реверсивко- 5 го счетчика 3 характеризуется равенством количества импульсов, приходящих на суммирующий и вычитающий входы счетчика 3 за период Т, и дальнейшей фиксацией кода результата в регистре 10; Очевидно, что при

10 этом средние частоты на входах счетчика 3. равны, т.е.

Т. (1 — <) ит ни

l = Та (1-1) хмакс и х! 1= к

15 l =1 . 2

2К Flx Я(Fxl Sl

20

Mг

l=1

I F хмакс где p = 2 KlFxMBKc — коэффициент пропорци25., ональности, Таким образом, на выходе регистра 10 сформирован код средйего как по количест" . ву исправных датчиков температуры, так и по времени. Усреднение температуры за од30 но и то же время Т требует от устройствапрототипа в отличие от настоящего устройства промежуток времени считывания информации с каждого из л датчиков, определяемый Т/и, что снижает информа35 тивность в и раз каждого канала, а соответственно и точйость. Кроме того, отсутствие пульсации части младших разрядов результата на выходе регистра в режиме динами .. ческого равновесия из-за неравномерности

40 импульсных потоков во входных цепях р версивного счетчика также повышает точность измерения средней температуры. о и 2

2к . о

11 — — 1 <1, i л или отс

-1<1 — — < 1

-2 « —.— О, I

A ил ил

0 « — 2.

1 и 45

Устройство для измерения средней темпе )атуры, содержащее и термопреобразо1ватв- 50 ле, первый аналого-цифровой преобразователь, pe ерсивный счетчик, преобразователь кодпо ледовательность импульсов, генератор, по ключенный к входу счетчика, выходную ш ну, и шин сигналов разрешения и два эле- 55 ме та И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це ью повышения точности, в него введены и- аналого-цйфровых преобразователей, и ф рмирователей импульсов, два элемента

ИЛИ, регистр, делитель частоты, п-2 эле;. ! ! Т (1 — "" " Т (2 — 1)(=

= Т, {1 — I (2 — ))= Ta (1 — 21 + I ) =

ыражение для I-го приращения значеода регистра 10 принимает вид ак как! Н I< 1, то очевидно, что код

° ° .регистра 10 получает ряд сходящихся к ну., лю приращений. окажем условие сходимости ряда npul ра ений кода регистра 10: (1-I I< 1 или 1 IF c Т <1

2 и, подставляя значение Т и Fxmaxc, йолучим (, Формула изобретения где Й вЂ” значение кода регистра 10, Отсюда в установившемся режиме ментов И и распределитель импульсов, стробирующий вход которого соединен с выходом генератора, а другой вход — с кодо вым выходом счетчика, связанного выходом переполнения через делитель частоты с управляющим входом регистра, информационный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход — к выходной шине и кодовому входу преобразователя код — последовательность импульсов, связанного частотным входом с выходом элемента ИЛИ, а выходом — с вычитающим входом реверсивного счетчика, соединенного суммирующим входом с выходом дру1793275

Составитель С.Ильчук

Техред М.Моргентал Корректор Л,Лукач

Редактор

Заказ 497 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 гого элемента ИЛИ, выход каждого из п термопреобраэователей подсоединен к входу соответствующего формирователя импульсов через соответствующий аналого-цифровой преобразователь. другие входы формирователей импульсов обьединены между собой и с выходами элементов И, связанных с входами элемента ИЛИ, при этом выходы формирователей импульсов подключены к входам другого элемента ИЛИ, выходы распределителя импульсов соединены с входами эле5 мента ИЛИ через соответствующие элементы И, подключенные другими входами к шинам сигналов разрешения.