Устройство автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

Союз Советскиа

Социапистическиа

Республик (ii>939964 (61) Дополнмтельмое к авт. свид-ву

,5l)M. Кл. (22)Заявлено 26,12.80 (21} 3225321/18-10 с врнсоеднненнем заявки М (23)Приоритет

С 01 К 7/02

9еудлретабеЫ1 кемнтет

CCCP до делам лзоеретений н открытий

Опубликовано 30.06.82. бюллетень 1та 24

Дата опублмковамня описания 30. 06.82 (53) УДК 536. .532(088.8) В,Л. Кожевников, С.П. Брылев, С.А. Хиря, Щ,Е.. Лазебников, А.Ф. Атрошенко и А.Т. Варнавский

1 - :

1 т (72) Авторы изобретения

Днепропетровский ордена Трудового Красного .Знамени горный институт им. Артема (V1) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ

ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ТЕРИОПАР

Устройство относится к электроизмерительной технике и предназначено для автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар при приемосдаточных испытаниях

S в соответствии с требованиями ГОСТ

6616-74.

Контроль динамических свойств термопар согласно требований ГОСТ осуществляется путем ручкой обработки осциллограмм, на которых записываются их переходные характеристики. Такой контроль, особенно в условиях серийного производства, требует больших. затрат труда и в ряде случаев не обеспечивает требуемой точности. !

Известны устройства для измерения постоянной времени термодатчиков, в . основу работы которых положен метод фиксирования значений выходного на- . пряжения термопары в ряд моментов времени на ее переходной характеристике и автоматической обработки этих результатов по алгоритмам, задаваемым схемной реализацией измеритель" ной аппаратуры 111, 3,2 ) и 1 3).

Однако этим решениям присущ общий недостаток - они основаны на том, что термопара представляет собой динамическое апериодическое звено пер-. вого порядка. В действительности термопары, особенно те, которые имеют чехол, сваренный с чувствительным элементом, в условиях испытаний, предусматриваемых ГОСТ с достаточной точностью описываются лишь апериодическим звеном не ниже третьего порядка. Поэтому использование для целей автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар известных решений приводит к значительным методическим погреш" ностям °

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании к предлагаемому является устройство для измерения показателя тепловой инерции термопар, 9964 4

Э 93 содержащее переключатель рода работы. нагреватель, измерительный усилитель, ключ переключателя каналов сигнала термопары, запоминающий элемент установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, масштабный усилитель, трехполюсный аналоговый ключ, резистивный делитель напряжения, схему сравнения, триггер, одновибратор и цифровой регистратор.

В процессе измерения запоминающий элемент фиксирует установившееся значение выходного напряжения термопары а масштабный усилитель и резистивный делитель формируют опорные на пряжения Е,, = 1,272Ео и Š— — l 1Å,I1) .

Для экспоненциальной переходной характеристики апериодического звена первого порядка постоянная времени Т может быть определена как

Т =

Е4 — 1

Еп

Ео (2)

Е

Ео где t< и t> — моменты времени, в которые на переходной характеристике термопары фиксируются значения напряжений Е! и .Е, С учетом (1) уравнение (2) преобразуется к виду

Т = 1 — и (3)

Интервал времени измеряется и выдается цифровым регистратором как величина показателя тепловой инерции термопары (4).

Однако устройству в полной мере присуща методическая погрешность аппроксимации экспонентной реальной переходной характеристики термопары.

Цель изобретения †. повышение точности контроля величины показателя тепловой инерции термопар, Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее измерительный усилитель, вход которого соединен с испытуемой термопарой, а вы" ход через ключ переключателя каналов сигнала термопары с запоминающим элементом установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, резистивный делитель напряжения, введены блок порогового запуска, блок выделения начала регулярного режима, блок автоматики, запоминающие элементы промежуточных значений сигнала термопары с ключами сброса, вычитающие .элементы, компараторы, два двухпозиционных и два трехпозиционных логических элемента И и элементы

55 сигнализации, при этом входы всех запоминающих элементов связаны через ключи переключателя каналов с выходом измерительного усилителя, вхо" ды "минус" вычитающих элементов соединены с выходом первого запоминающего элемента промежуточных значений сигнала термопары, в точке начала регулярного режима входы "Плюс"с выходами остальных запоминающих элементов промежуточных значений сигнала термопары, выход последнего вычитающего элемента соединен с резистивным делителем напряжения, а выходы остальных вычитающих элементов соединены с первыми входами компараторов, опорные входы которых присоединяются к выходу резистивного делителя напряжения, выходы, "Больwe" или "Равно" компараторов соединены соответственно с первыми входами первого двухпозиционного и трехпорционных логических элементов, И, а выходы "Меньше" подключены к вторым входам трехпозиционных и к первому входу второго двухпозиционного логических элементов И, входы блоков порогового запуска и выделения начала регулярного режима соединены с выходом измерительного усилителя, выход блока порогового запуска связан с первым входом управления нПодготовка" блока автоматики, выход блока выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления "Пуск" блока автоматики, первый выход которого подкпючен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов, второй и последующие выходы блока автоматики соединены с входами управления ключей переключателя каналов, последний выход блока автоматики подключен также к вторым входам двухпозиционных и третьим входам трехпозиционных логических элементов И, выходы логических элементов подключены к элементам сигнализации, а блок автоматики снабжен третьим входом управления от внешнего сигнала

"Сброс".

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — графические переходные характеристики термопар.

Устройство содержит испытываемую термопару 1, измерительный усилитель 2, блок 3 порогового запуска, блок 4 выделения начала регулярного пары Uq.

5 9399 режима, блок 5 автоматики, ключи. 610 переключателя каналов сигнала термопары, запоминающие элементы 1115 с ключами сброса, вычитающие элементы 16-19, резистивный делитель

20 напряжения, компараторы 21-23, двухвходовые 24 и 25 и трехвходовые

26 и 27 логические элементы И и элементы сигнализации 28-31.

На фиг. 2 обозначены: а, б, в - 1о переходные характеристики термопар с номинальным, меньшим и большим показателем тепловой инерции; г точка перегиба переходной характеристики (начало регулярного режима); д — ollopHBR точка характеристики;

tä - момент наступления регулярного режима; t, t,..., t„ — интервалы задания допусков "1", П "1", "Брак", групп испытываемых термопар; U; пороговый сигнал запуска устройства;

Uo - значение сигнала в точке пере. гиба; 0> - установившийся уровень сигнала термопары; 0 0,1,...,U Ф 4 ,значения сигнала термопары в моменты д времени t +t„, t +t,...,t +С

Испытываемая термопара 1 через измерительный усилитель 2 присоединена к входам ключей 6- 10 переключателя каналов, блока 3 порогового запуска и блока 4 выделейия начала регулярного режима, выполненного, например, в виде дифференцирующего звена. Выход ключа 6 соединен с входом элемента 11 запоминания сигнала Ua, выпал- 35 ненного, как и элементы 12-15, например, в виде интегратора, выходы ключей 7-10 - с входами элементов 12-15 запоминания сигналов 0вtU, 0о +

+ 0,..., U„. Выход элемента 11 подсоединен ко входам "Минус", а выходы элементов 12-15 присоединены соответственно к входам "Плюс" элементов вычитания 16- 19. К выходу элемента 19 подключен резистивный делитель 20 напряжения, выходы же элементов 16- 18 соединены с первыми входами компараторов 21-23, вторые (опорные) входы которых присоединены к выходу делителя 20. Выходы "Больше" или "Равно" компараторов 21-23 соединены соответственно с первыми входами логических элементов И 2426, выходы "Меньше" подключены соответственно к вторым входам элемен15 тов 25 и 27 и к первому входу элемента 25. Выход блока 3 порогового запуска связан с первым входом управления "Подготовка" блока авто64 6 матики 5, выход блока 4 выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления "Пуск" блока 5, первый выход которого подключен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов 11- 15, второй и последующие выходы блока 5 соединены с входами управления ключей

6- 10, последний выход блока 5 подключен также к вторым входам элементов

24 и 25 и к третьим входам элементов 26 и 27.

Выходы логических элементов И 2427 подключены к элементам сигнализации 28-31, а блок 5 имеет третий вход управления от внешнего сигнала

"Сброс".

Устройство работает следующим образом.

Если термопара подготовлена к испытаниям согласно ГОСТ (находится при нормальной температуре), то сигнал на выходе усилителя 2 минимальный, U < U блок 3 не возбужден, и в этих условиях подача команды

"Сброс" приводит блок автоматики 5 в исходное положение, в котором кратковременный импульс на выходе 1 замыкает ключи сброса элементов 11- 15 запоминания, подготавливая последние к работе. Далее термопара вносится в кипящую воду (на ее вход подается скачкообразное воздействие), и когда блок 4 фиксирует момент наступления регулярного теплового режима, блок автоматики по выходу II открывает ключ 6 и блок 11 запоминает уровень сигнала U

Интервалы времени 1,й,....t

2. 1 через которые появляются ймпульсы на выходах ll, Ifl,..., I + 1 блока 5 устанавливаются конкретными значениями допусков на величину показателя тепловой инерции для каждой из I групп, на которые разделяются годные термопары.

Итак, в заданные моменты времени

t +t,...,to+t отпираются ключи

7 9 Ie каместае примера рассмотрено устройство контроля для I = 3) и в элементах запоминания 12-14 фиксируются значения уровней сигналов термопары 0„+01,...,0 +U Затем с достаточной для наступления установившегося теплового режима термопары, блок 5 по выходу "1+2" отпирает ключ 10 и элемент l5 запоминает установившееся значение сигнала термо

7 9399

Тогда на выходах элементов вычитания 16- 19 образуются уровни напряжения U,U>,...,U,;,U>-Оо, последнее преобразуется реэистивным делителем 20 к уровню 0,63 (U>-U ), который согласно требований ГОСТ является опорным. Посредством компараторов 21-23 напряжения О1,О,...,Ц сравниваются с опорным, комбийации дискретных сигналов с выходом компа" щ раторов поступают на логические элементы И 24-27, которые выполняют роль дешифратора. В зависимости от соотношений уравнений сигналов, зафиксированных запоминающими элементами и по разрешающему сигналу, поступающему на дешифратор с выхода 1-2" блока 5 срабатывает один иэ логических элементов и соответствующий элемент индикации. 20

Если испытаниям подвергается термопара, имеющая переходную характеристику а,(фиг.2) то соотношение сигналов, поступающих на компараторы, имеют вид U, U < 0,63(U>- U, ) U . д

Компараторы 21 и 22 выдают сигналы по выходам "Меньше", компаратор 23 - "Больше", срабатывают логический элемент И 26 и элемент 30 сигнализации третьей допусковой груп- @ пы (ранее принятого 1-3), Так как интервалы времени t, и . ....t< ннееиизэммеенннныы,то очевидно, что термопары с меньшей величиной показателя тепловой инерции и большей

35 крутизной нарастания переходной характеристики (например, кривая сГ фиг. 2) будут относиться устройством в младшие допусковые группы, а с большей величиной показателя тепло- @„ вой инреции (кривая 6 ) - в старшие.

Наконец если О с 0,63(Оу -Оа) все компараторы выдают сигналы "Меньше", срабатывают последний двухвходовый элемент И и элемент сигнализации

"Брак".

Таким образом, алгоритм функционирования предлагаемого устройства отвечает. требованиям, предьявляемым

ГОСТ 6616-74 к контролю величины показателя тепловой инерции в процессе приемосдаточных испытаний термопар.

Испытания макета устройства автоматического допускового контроля пока али, что применение его позволяет

S повысить точность контроля в 22,5 раза по сравнению с результатами ручной обработки осциллограмм переходных характеристик термопар; затраты

8 времени на проведение контроля при этом снижаются в 5- IÎ раэ (в зависимости от квалификации оператора при существующем методе контроля).

Формула изобретения

Устройство автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар, содержащее измерительный усилитель, вход которого соединен с испытуемой термопарой, а выход через ключ переключателя каналов сигнала термопары с запоминающим элементом установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, ре-. зистивный делитель напряжения, о т " л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, введены блок порогового запуска, блок выделения начала регулярного режима, блок автоматики, запоминающие элементы промежуточных значений сигнала термопары с ключами сброса, вычитающие элементы, компараторы, два двухпозиционных и два трехпозиционных логических элемента И и элементы сигнализации, при этом входы всех запоминающих элементов связаны через ключи переключателя каналов с выходом измерительного усилителя, входы "Минус" вычитающих элементов соединены с выходом первого запоминающего элемента промежуточных значений сигнала термопары, в точке начала регулярного режима входы "Плюс"с выходами остальных запоминающих элементов промежуточных значений сигнала термопары, выход последнего вычитающего элемента соединен с резистивным делителем напряжения, а выходы остальных вычитающих элементов соединены с первыми входами компараторов, опорные входы которых присоединены к выходу резистивного делителя напряжения, выходы "Больше" или "Равно" компараторов соединены соответственно с первыми входами первого двухпоэиционного и трехпоэиционных логических элементов И, а выходы "Иеньше" подключены к вторым входам трехпозиционных и к первому входу второго двухпозиционного логических элементов И, входы блоков порогового запуска и выделения начала регулярного режима соединены с выходом измерительного усилителя, выход блока порогового запуска связан,. с первым входом управления "Подготовка" блока автоматики, выход блока выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления "Пуск" блока автоматики, первый выход которого подключен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов, второй и последующие выходы блока автоматики соединены с входами управления ключей переключателя каналов, последний выход блока автоматики подключен также к вторым входам двухпоэиционных и третьим входам. трехпоэиционных логических элементов И, выходы ло39964 10, гических элементо подключены к элементам сигнализации, а блок автоматики снабжен третьим входом управления от внешнего сигнала "Сброс".

S Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

H 300783, кл. G 01 К 7/14, 1971.

2. Авторское свидетельство CCCP

ip М 624123, кл. G 01 К 15/00, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 669227, кл. G 01 K 15/00, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

N 655912, кл. G 01 K 15/00, 1979

is (прототип). й

939964

Заказ 4654/61

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Горшкова

Редактор Е. Лушникова Техред:Т.Фанта Корректор М. Шароши