RU2568972C1 - Device to determine dynamic characteristics of temperature detector - Google Patents

Device to determine dynamic characteristics of temperature detector Download PDF

Info

Publication number
RU2568972C1
RU2568972C1 RU2014130290/28A RU2014130290A RU2568972C1 RU 2568972 C1 RU2568972 C1 RU 2568972C1 RU 2014130290/28 A RU2014130290/28 A RU 2014130290/28A RU 2014130290 A RU2014130290 A RU 2014130290A RU 2568972 C1 RU2568972 C1 RU 2568972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
temperature sensor
temperature
unit
output
Prior art date
Application number
RU2014130290/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Альфир Фаридович Сабитов
Ильнара Альфировна Сабитова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority to RU2014130290/28A priority Critical patent/RU2568972C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2568972C1 publication Critical patent/RU2568972C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: device comprises serially connected a unit (1) of formation of stepped impact of temperature at a temperature detector with temperature and signal outputs, a temperature detector (2), a measuring converter (3), a subtracting unit (4), a unit (5) of signal conversion from a temperature detector into an attenuating pulse signal and a spectrum analyser (6). The second input of the subtracting unit (4) is connected to a controlled source (7) of a permanent signal level. The signal output of the unit (1) of formation of stepped impact of temperature at the temperature detector is connected to the second input of the unit (5) of signal conversion from the temperature detector into the attenuating pulse signal.
EFFECT: increased accuracy of determination of dynamic characteristics of a temperature detector due to production of amplitude spectrum of a signal generated in a device and related to sought characteristics.
9 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам и устройствам для испытания или калибровки средств измерения температуры (термодатчиков), преимущественно датчиков температур газовых и воздушных потоков.The invention relates to instrumentation, in particular to methods and devices for testing or calibrating temperature measuring devices (temperature sensors), mainly temperature sensors for gas and air flows.

Известно устройство (авторское свидетельство СССР 1012049, МПК G01K 15/00, опубл. 15.04.1983, Бюл. №14) - [1] для измерения коэффициентов передаточной функции термопреобразователя, содержащее блок памяти, где запоминается напряжение, пропорциональное сигналу с термопреобразователя до его перенесения в среду с меньшей температурой, резистивный делитель, на выходе которого устанавливается напряжение с 50% и 90% уровнем от зафиксированного в блоке памяти напряжения, двух блоков сравнения, состоящих их нуль-органов, логических элементов, генераторов и счетчиков импульсов, измеряющих интервалы времени t90 и t50 от начала переходного процесса до достижения выходного сигнала термопреобразователя соответственно его 50% и 90% от начального уровня и три дополнительных блоки памяти с блоками цифрового отсчета, с записанными по предварительно рассчитанной таблице коэффициентами (постоянными времени) передаточной функции второго порядка в зависимости от значений t90, t50 и t90/t50.A device is known (USSR author's certificate 1012049, IPC G01K 15/00, publ. 04/15/1983, Bull. No. 14) - [1] for measuring the transfer function of a thermal converter, containing a memory block where the voltage is proportional to the signal from the thermal converter to its transferring to a medium with a lower temperature, a resistive divider, the output of which is set to a voltage with a 50% and 90% level from the voltage recorded in the memory block, two comparison units, consisting of their zero-organs, logic elements, generators and counters s pulses measuring the time intervals t 90 and t 50 from the beginning of the transient until the thermocouple output signal, respectively, its 50% and 90% of the initial level, and three additional memory blocks with the blocks of digital reference with recorded at previously calculated coefficients table (time constants ) second-order transfer function depending on the values of t 90 , t 50 and t 90 / t 50 .

Однако известное устройство не позволяет определять параметры динамических характеристик термопреобразователя, если его переходный процесс требуется описать суммой более двух экспоненциальных составляющих для повышения точности определения динамических характеристик.However, the known device does not allow to determine the dynamic characteristics of the thermocouple, if its transient is required to be described by the sum of more than two exponential components to increase the accuracy of determining the dynamic characteristics.

Известно также устройство (авторское свидетельство СССР 1024750, МПК G01K 15/00, опубл. 23.06.1982, Бюл. №23) - [2] для определения динамических характеристик измерительных преобразователей неэлектрического параметра, преимущественно температуры, содержащее блок формирования воздействующего параметра, температурные выходы которого связаны с входами формирователя сигнала воздействующего параметра и исследуемого измерительного преобразователя, выходы последних соединены с блоком записи, двухканальный усилитель, расположенный между блоком записи и вычислительным блоком, два компаратора, входы первого из которых соединены с одним из выходов вычислительного блока и одним из выходов блока памяти, а входы второго компаратора соединены со вторыми выходами вычислительного блока и блока памяти и с выходами двух блоков выделения сигналов, входы которых соединены с выходами первого компаратора, и блок индикации, соединенный с выходом второго компаратора.A device is also known (USSR author's certificate 1024750, IPC G01K 15/00, publ. 06/23/1982, Bull. No. 23) - [2] for determining the dynamic characteristics of measuring transducers of a non-electric parameter, mainly temperature, containing a block for the formation of the acting parameter, temperature outputs which are connected to the inputs of the signal shaper of the acting parameter and the investigated measuring transducer, the outputs of the latter are connected to the recording unit, a two-channel amplifier located between the recording unit and a computing unit, two comparators, the inputs of the first of which are connected to one of the outputs of the computing unit and one of the outputs of the memory unit, and the inputs of the second comparator are connected to the second outputs of the computing unit and the memory unit and to the outputs of two signal extraction units, the inputs of which are connected to the outputs the first comparator, and an indication unit connected to the output of the second comparator.

Формирователь сигнала воздействующего параметра в известном устройстве предназначен для создания сигнала в виде импульса и выполняет функцию сигнального выхода блока формирования воздействующего параметра, с которого сигнализируется о начале воздействия скачка температуры на измерительный преобразователь.The signal generator of the acting parameter in the known device is designed to create a signal in the form of a pulse and performs the function of the signal output of the block forming the acting parameter, which signals the beginning of the impact of a temperature jump on the measuring transducer.

Принцип работы известного устройства заключается в формировании по программе из переходной характеристики исследуемого измерительного преобразователя вычислительным блоком сигналов, отражающих его амплитудно-частотную и фазово-частотную характеристики, затем сравнении этих характеристик с набором нормированных амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик, последовательно поступающих из блока памяти, и выделении с помощью блоков выделения сигналов тех нормированных амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик, которые имеют наименьшее отклонение от амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристики исследуемого измерительного преобразователя. Если допустимые отклонения амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристики исследуемого измерительного преобразователя, которые хранятся в блоке памяти, не превышают нормированных значений, то эти характеристики в виде сигналов поступают в блок регистрации через второй компаратор,The principle of operation of the known device consists in generating, according to the program, from the transient response of the measuring transducer under study by a computing unit of signals reflecting its amplitude-frequency and phase-frequency characteristics, then comparing these characteristics with a set of normalized amplitude-frequency and phase-frequency characteristics sequentially coming from the block memory, and allocation using the blocks of selection of signals of those normalized amplitude-frequency and phase-frequency characteristics which have the smallest deviation from the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the investigated measuring transducer. If the permissible deviations of the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the studied measuring transducer, which are stored in the memory unit, do not exceed normalized values, then these characteristics in the form of signals are transmitted to the registration unit through the second comparator,

Однако известное устройство также не позволяет определять параметры динамических характеристик термопреобразователя, если его переходный процесс требуется описать суммой более двух экспоненциальных составляющих для повышения точности определения динамических характеристик.However, the known device also does not allow to determine the dynamic characteristics of the thermal converter, if its transient is required to be described by the sum of more than two exponential components to increase the accuracy of determining the dynamic characteristics.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности определения динамических характеристик термодатчика за счет определения параметров трех или более экспоненциальных составляющих, обеспечивающих повышение точности описания переходного процесса.The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the accuracy of determining the dynamic characteristics of a thermal sensor by determining the parameters of three or more exponential components, which increase the accuracy of the description of the transient process.

Такой технический результат достигается тем, что в устройстве для определения динамических характеристик термодатчиков, содержащем последовательно соединенные блок формирования ступенчатого воздействия температуры на теродатчик, термодатчик и измерительный преобразователь, новым является то, что устройство дополнительно содержит последовательно соединенные вычитающий блок, блок преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал и анализатор спектра, при этом выход измерительного преобразователя подключен к первому входу вычитающего блока, второй вход которого подключен к регулируемому источнику сигнала постоянного уровня, сигнальный выход блока формирования ступенчатого воздействия температуры на термодатчик подключен ко второму входу блока преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал, а выходом устройства является выход анализатора спектра с сигналом в виде амплитудного спектра | S ( j ω ) |

Figure 00000001
, определяющим искомые динамические характеристики термодатчика согласно формулеThis technical result is achieved in that in a device for determining the dynamic characteristics of temperature sensors containing a series-connected unit for forming a step-like effect of temperature on a temperature sensor, a temperature sensor and a measuring transducer, it is new that the device further comprises a series-connected subtracting unit, a signal conversion unit from a temperature sensor to a damped pulse signal and a spectrum analyzer, while the output of the measuring transducer is connected to the first input of the subtracting unit, the second input of which is connected to an adjustable source of a constant level signal, the signal output of the unit for forming a step-wise influence of temperature on the temperature sensor is connected to the second input of the signal conversion unit from the temperature sensor to a damped pulse signal, and the output of the device is the output of the spectrum analyzer with a signal in the form amplitude spectrum | S ( j ω ) |
Figure 00000001
determining the desired dynamic characteristics of the temperature sensor according to the formula

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где | S ( j ω ) |

Figure 00000003
- амплитудный спектр сформированного сигнала;Where | S ( j ω ) |
Figure 00000003
- amplitude spectrum of the generated signal;

n - требуемое число экспоненциальных составляющих в переходном процессе (порядок переходного процесса термодатчика);n is the required number of exponential components in the transient process (the order of the transient process of the temperature sensor);

τ - время переходного процесса, начиная с момента размещения термодатчика в среде с меньшей температурой, c;τ is the time of the transition process, starting from the moment the temperature sensor is placed in an environment with a lower temperature, s;

Uн - значение сигнала с термодатчика в момент размещения термодатчика в среде с меньшей температурой;U n - the value of the signal from the temperature sensor at the time of placement of the temperature sensor in an environment with a lower temperature;

Uк - конечное значение сигнала с термодатчика;U to - the final value of the signal from the temperature sensor;

Ci - параметр (весовой коэффициент) в i-ой экспоненциальной составляющей переходного процесса;C i - parameter (weight coefficient) in the i-th exponential component of the transition process;

Ti - параметр (постоянная времени) в i-ой экспоненциальной составляющей переходного процесса, c;T i - parameter (time constant) in the i-th exponential component of the transition process, c;

ω - угловая скорость (частота), c-1.ω is the angular velocity (frequency), c -1 .

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-3.The invention is illustrated in FIG. 1-3.

Фиг. 1 - блок-схема устройства, где:FIG. 1 is a block diagram of a device where:

1 - блок формирования ступенчатого воздействия температуры на термодатчик с температурным и сигнальным выходами;1 - block forming a stepwise effect of temperature on the temperature sensor with temperature and signal outputs;

2 - термодатчик;2 - temperature sensor;

3 - измерительный преобразователь;3 - measuring transducer;

4 - вычитающий блок с двумя входами и одним выходом;4 - subtraction unit with two inputs and one output;

5 - блок преобразования сигнала с темодатчика в затухающий импульсный сигнал;5 - a block for converting a signal from a temperature sensor into a damped pulse signal;

6 - анализатор спектра;6 - spectrum analyzer;

7 - регулируемый источник сигнала постоянного уровня.7 - adjustable source of constant level signal.

Фиг. 2 - диаграммы работы устройства, где:FIG. 2 - diagrams of the operation of the device, where:

фиг. 2, а - сигнал с температурного выхода устройства;FIG. 2, a - signal from the temperature output of the device;

фиг. 2, б - сигнал с выхода термодатчика 2;FIG. 2, b - signal from the output of the temperature sensor 2;

фиг. 2, в - сигнал с выхода измерительного преобразователя 3;FIG. 2, c - signal from the output of the measuring transducer 3;

фиг. 2, г - сигнал с выхода вычитающего блока 4;FIG. 2, g - signal from the output of the subtracting block 4;

фиг. 2, д - сигнал с выхода блока 5 преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал;FIG. 2, d - the signal from the output of block 5 converting the signal from the temperature sensor into a damped pulse signal;

фиг. 2, е - сигнал с выхода анализатора 6 спектра.FIG. 2, e - signal from the output of the spectrum analyzer 6.

Фиг. 3 - пример схемы на базе реле, реализующей формирование сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал, где:FIG. 3 is an example of a relay-based circuit that implements the formation of a signal from a temperature sensor into a damped pulse signal, where:

фиг. 3, а - положение контактов реле при τ<0;FIG. 3a - position of relay contacts at τ <0;

фиг. 3, б - положение контактов реле при τ≥0.FIG. 3, b - the position of the relay contacts at τ≥0.

Устройство содержит последовательно соединенные блок 1 формирования ступенчатого воздействия температуры на термодатчик с температурным и сигнальным выходами, термодатчик 2, измерительный преобразователь 3, вычитающий блок 4 с двумя входами и одним выходом; блок 5 преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал с двумя входами и одним выходом и анализатор 6 спектра, при этом второй вход вычитающего блока 4 подключен к регулируемому источнику 7 сигнала постоянного уровня, а сигнальный выход блока 1 подключен ко второму входу блока 5 преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал.The device comprises a series-connected unit 1 for forming a step-wise influence of temperature on a temperature sensor with temperature and signal outputs, a temperature sensor 2, a measuring transducer 3, a subtracting unit 4 with two inputs and one output; block 5 converting the signal from the temperature sensor into a damped pulse signal with two inputs and one output and spectrum analyzer 6, while the second input of the subtracting block 4 is connected to an adjustable source 7 of a constant level signal, and the signal output of block 1 is connected to the second input of the signal converting block 5 from a temperature sensor to a damped pulse signal.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

До момента формирования ступенчатого воздействия температуры на термодатчик 2 вход анализатора 6 спектра отключен от выхода блока 5 преобразования сигнала и при этом на вход анализатора спектра поступает сигнал s(τ) нулевого уровня, т.е. s(τ)=0 при τ<0 (фиг. 2, д). В момент времени τ=0 формирования ступенчатого воздействия температуры t(τ) на термодатчик 2 от начального уровня tн до меньшего уровня tк (фиг. 2, а) по сигналу с сигнального выхода блока 1 блок 5 подключает выход вычитающего блока 4 к входу анализатора 6 спектра. Анализатор 6 спектра анализирует сигнал s(τ), представляющий собой затухающий импульсный сигнал (фиг. 2, д) видаUntil the formation of a step-wise influence of temperature on the temperature sensor 2, the input of the spectrum analyzer 6 is disconnected from the output of the signal converting unit 5 and at the same time, the signal s (τ) of the zero level is input to the spectrum analyzer s (τ) = 0 for τ <0 (Fig. 2e). At the time instant τ = 0 of the formation of a step-by-step influence of temperature t (τ) on the temperature sensor 2 from the initial level t n to a lower level t to (Fig. 2, a), on a signal from the signal output of block 1, block 5 connects the output of the subtracting block 4 to the input spectrum analyzer 6. The spectrum analyzer 6 analyzes the signal s (τ), which is a damped pulse signal (Fig. 2, e) of the form

Figure 00000004
Figure 00000004

Результатом анализа является амплитудный спектр | S ( j ω ) |

Figure 00000005
сигнала s(τ), характеризующий совокупность амплитуд гармонических составляющих, образующих сигнал s(τ), в зависимости от частоты ωThe result of the analysis is the amplitude spectrum | S ( j ω ) |
Figure 00000005
signal s (τ), which characterizes the set of amplitudes of the harmonic components that form the signal s (τ), depending on the frequency ω

Figure 00000006
Figure 00000006

Формирование сигнала s(τ) производится следующим образом.The signal s (τ) is generated as follows.

В результате ступенчатого воздействия температуры t(τ) на термодатчик 2 его выходной сигнал y(τ), представляющий собой переходную характеристику термодатчика, меняется во времени от уровня yн до уровня yк (фиг. 2, б) по законуAs a result of the stepwise influence of temperature t (τ) on the temperature sensor 2, its output signal y (τ), which is a transient response of the temperature sensor, varies in time from the level y n to the level y k (Fig. 2, b) according to the law

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Измерительный преобразователь 3 преобразует выходной сигнал y(τ) термодатчика 2 в пропорциональный сигналу y(τ) унифицированный электрический сигнал U(τ), меняющейся от уровня Uн до уровня Uк (фиг. 2, в), вида

Figure 00000008
,The measuring transducer 3 converts the output signal y (τ) of the temperature sensor 2 into a proportional signal y (τ), a unified electrical signal U (τ), varying from the level U n to the level U к (Fig. 2, c), of the form
Figure 00000008
,

и через свой выход подает это сигнал на первый вход вычитающего блока 4. На второй вход блока 4 поступает сигнал с предварительно установленным уровнем Uк от регулируемого источника 7 сигналов. На выходе вычитающего блока 4, при этом создается сигнал Us(τ) (фиг. 2, г), равныйand through its output this signal is supplied to the first input of the subtracting unit 4. A signal with a pre-set level U k from an adjustable source 7 of signals is supplied to the second input of the unit 4. At the output of the subtracting block 4, a signal U s (τ) is created (Fig. 2d), equal to

Figure 00000009
Figure 00000009

Далее с помощью блока 5 формируется сигнал s(τ) из сигнала Us(τ), удовлетворяющий выражению (1).Then, using block 5, a signal s (τ) is formed from the signal U s (τ) satisfying expression (1).

Устройство может быть создано из известных и существующих в технике блоков.The device can be created from known and existing in the art blocks.

Если испытуемым термодатчиком 2 являются датчик температур газовых или воздушных потоков, то в качестве блока 1 формирования ступенчатого воздействия температуры может быть использована аэродинамическая труба, описанная в книге Петунина А.Н. Измерение параметров газового потока: приборы для измерения давления, температуры и скорости. - М.: Машиностроение, 1974 - [3, с. 211, рис. 3.32] или установка УВ-010, представленная в ОСТ 1 00418-81 «Метод и средства определения динамических характеристик датчиков температур газовых потоков» - [4, приложение 1]. Данные установки реализуют ступенчатое воздействие температуры на термодатчик от начального уровня tн до конечного уровня tк, причем tн>tк. В указанных установках испытуемые термодатчики перемещаются в рабочие части аэродинамических труб посредством пневмоцилиндров, которые управляются с помощью электропневмоклапанов через кнопки (однополюсные выключатели). Указанные кнопки предназначены для подачи напряжения на электромагниты электропневмоклапанов. При применении кнопок в виде двухполюсных выключателей второй полюс может быть использован для одновременной подачи сигнала на блок 5, т.е. выполнить функцию сигнального выхода с блока 1.If the temperature sensor 2 being tested is a temperature sensor for gas or air flows, then a wind tunnel, described in the book by A.N. Petunin, can be used as a block 1 for forming a stepwise effect of temperature. Measurement of gas flow parameters: instruments for measuring pressure, temperature and speed. - M.: Mechanical Engineering, 1974 - [3, p. 211, fig. 3.32] or the UV-010 installation, presented in OST 1 00418-81 “Method and means for determining the dynamic characteristics of gas flow temperature sensors” - [4, Appendix 1]. These installations realize the stepwise effect of temperature on the temperature sensor from the initial level t n to the final level t k , and t n > t k . In these installations, the tested temperature sensors are moved to the working parts of the wind tunnels by means of pneumatic cylinders, which are controlled by electro-pneumatic valves via buttons (single-pole switches). These buttons are designed to supply voltage to the electromagnetics electromagnetics electromagnets. When using buttons in the form of bipolar switches, the second pole can be used to simultaneously supply a signal to block 5, i.e. perform the function of the signal output from block 1.

Измерительный преобразователь 3 выбирается из числа унифицированных преобразователей в зависимости от типа испытуемого термодатчика и требуемого вида выходного сигнала U(τ). Примерами подобных преобразователей является универсальный нормирующий преобразователь ОВЕН НПТ1 и нормирующий преобразователь сигналов термопар НПСИ-ТП с токовым аналоговым выходом по каталогам www.souz-pribor.ru - [5].The measuring transducer 3 is selected from among the unified transducers depending on the type of the tested temperature sensor and the required type of output signal U (τ). Examples of such converters are the universal normalizing converter Aries NPT1 and the normalizing signal converter NPSI-TP thermocouples with current analog output from the catalogs www.souz-pribor.ru - [5].

Вычитающий блок 4 может быть выполнен на базе известных схем или регулирующих устройств автоматики, подробно освещенных в книге Ялышев А.У., Разоренов О.И. Многофункциональные аналоговые регулирующие устройства автоматики. - М.: Машиностроение, 1981 - [6, с. 158]. На фиг. 3 вычитающий блок 4 реализован по схеме дифференциального (встречного) включения двух источников напряжения. При этом напряжение на выходе блока 4 определяется выражениемThe subtracting unit 4 can be performed on the basis of well-known circuits or control devices of automation, which are described in detail in the book by A.Yu. Yalyshev and O. Razorenov Multifunctional analog control devices for automation. - M.: Mechanical Engineering, 1981 - [6, p. 158]. In FIG. 3 subtracting unit 4 is implemented according to the differential (oncoming) circuit of the inclusion of two voltage sources. In this case, the voltage at the output of block 4 is determined by the expression

Us(τ)=U(τ)-Uк.U s (τ) = U (τ) -U to .

Блок 5 преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал может быть реализовано на базе электромагнитного реле (фиг. 3). До момента формирования ступенчатого воздействия температуры на термодатчик контакты К1 и К2 электромагнитного реле К замкнуты, а контакты К1 и К3 - разомкнуты (фиг. 3, а). При этом вход анализатора 6 спектра накоротко замкнут, что обеспечивает нулевой входной сигнал s(τ) на его входе. В момент времени τ=0, когда формируется ступенчатое воздействие температуры на термодатчик, срабатывает реле К по сигналу с сигнального выхода блока 1. При этом контакты К1 и К3 замыкаются, а контакты К1 и К2 - размыкаются и на вход анализатора 6 спектра начинает поступать сигнал Us(τ) с выхода вычитающего блока 4 (фиг. 3, б). При использовании в качестве блока 1 аэродинамических труб, описанных в [3, с. 211, рис. 3.32; 4, приложение 1], напряжение на обмотки реле К блока 5 (фиг. 3) в момент времени τ=0 может быть подано через дополнительный полюс выключателя, который подает напряжение на электромагниты электропневмоклапанов.Block 5 converting the signal from the temperature sensor into a damped pulse signal can be implemented on the basis of an electromagnetic relay (Fig. 3). Until the formation of a stepwise effect of temperature on the temperature sensor, the contacts K1 and K2 of the electromagnetic relay K are closed, and the contacts K1 and K3 are open (Fig. 3, a). In this case, the input of the spectrum analyzer 6 is short-circuited, which provides a zero input signal s (τ) at its input. At time moment τ = 0, when a step-like effect of temperature on the temperature sensor is formed, relay K is activated by a signal from the signal output of unit 1. In this case, contacts K1 and K3 are closed, and contacts K1 and K2 are opened and a signal starts to enter the spectrum analyzer 6 U s (τ) from the output of the subtracting block 4 (Fig. 3, b). When used as a block 1 wind tunnels described in [3, p. 211, fig. 3.32; 4, Appendix 1], the voltage across the relay coil K of block 5 (Fig. 3) at time τ = 0 can be supplied through an additional pole of the switch, which supplies voltage to the electromagnetically solenoid valves.

Анализатор 6 спектра относится к лабораторному электрорадиоизмерительному оборудованию и выбираются по ожидаемому диапазону частот. Представителями подобных анализаторов являются приборы серии АКС, АКИП, GSP, NS, LSA и др. в каталогах ООО «Союз-прибор» [5] и ЗАО «ПриСТ» www.prist.ru - [7].The spectrum analyzer 6 refers to laboratory electro-radio measuring equipment and is selected according to the expected frequency range. Representatives of such analyzers are devices of the AKS, AKIP, GSP, NS, LSA, etc. series in the catalogs of Soyuz-pribor LLC [5] and PRIST CJSC www.prist.ru - [7].

Регулируемый источник 7 постоянного уровня также может быть выполнен на базе лабораторного электрорадиоизмерительного оборудования. Представителями подобных регулируемых источников питания являются приборы серии ATH, PS, РР, GP и др. в каталогах ООО «Союз-прибор» [5] и ЗАО «ПриСТ» [7].An adjustable source 7 of a constant level can also be performed on the basis of laboratory electro-radio-measuring equipment. Representatives of such regulated power sources are devices of the ATH, PS, PP, GP series and others in the catalogs of Soyuz-pribor LLC [5] and PriST CJSC [7].

Обоснование достижения технического результата.The rationale for achieving a technical result.

Как следует из книги Ярышева Н.А. Теоретические основы измерения нестационарных температур. - Л.: Энергия, 1967 - [8, с. 136], переходный процесс охлаждения термодатчиков в среде с постоянной температурой в общем случае может быть описан суммой из бесконечного числа экспоненциальных составляющих видаAs follows from the book Yarysheva N.A. Theoretical foundations of measuring non-stationary temperatures. - L .: Energy, 1967 - [8, p. 136], the transition process of cooling temperature sensors in a medium with a constant temperature in the general case can be described by the sum of an infinite number of exponential components of the form

Figure 00000010
Figure 00000010

где U(τ) - преобразованный выходной сигнал с термодатчика;where U (τ) is the converted output signal from the temperature sensor;

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

На практике число n экспоненциальных составляющих в (3) ограничивают, в зависимости от требований к точности описания переходного процесса. Самой низкой по точности описания соответствует n=1, т.е. описание одной экспонентой. Более точно переходный процесс может быть описан суммой двух экспоненциальных составляющих. Каждое последующее увеличение числа экспоненциальных составляющих в (3) позволяет увеличить точность описания переходного термодатчика, обеспечивающих повышение точности определения его динамических характеристик.In practice, the number n of exponential components in (3) is limited, depending on the requirements for the accuracy of the description of the transient process. The lowest description accuracy corresponds to n = 1, i.e. description by one exponent. More precisely, the transient can be described by the sum of two exponential components. Each subsequent increase in the number of exponential components in (3) makes it possible to increase the accuracy of the description of the transitional temperature sensor, providing an increase in the accuracy of determining its dynamic characteristics.

В книге Грановский В.А. Динамические измерения: Основы метрологического обеспечения. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1984 - [9, рис. 3.12] представлена диаграмма отклика пленочного термоприемника и его моделей 1-го, 2-го и 3-его порядков на ступенчатый испытательный сигнал и дана оценка точности аппроксимации. Из [9, табл. 3.7] видно, что каждое последующее увеличение порядка n модели увеличивает точность описания переходного процесса термоприемника. Так, например, максимальный модуль разности откликов моделей и термоприемника для n=1 составляет 19 усл. ед., для n=2-3,4 усл. ед., а для n=3-3 усл. ед.In the book, Granovsky V.A. Dynamic measurements: Fundamentals of metrological support. - L.: Power Publishing House. Leningra. Department, 1984 - [9, Fig. 3.12] presents a diagram of the response of a film thermal receiver and its 1st, 2nd, and 3rd orders of magnitude to a step test signal and estimates the accuracy of the approximation. From [9, tab. 3.7] it is seen that each subsequent increase in the order of n of the model increases the accuracy of the description of the transient process of the thermal receiver. So, for example, the maximum modulus of the difference between the responses of the models and the thermal receiver for n = 1 is 19 srvc. units, for n = 2-3.4 srvc. units, and for n = 3-3 conv. units

Как известно, если сигнал задан в виде непериодической функции времени, удовлетворяющей условиям Дирихле и абсолютно интегрируемой в бесконечных пределах по времени, то эта функция имеет свой спектр S(jω), который иногда называют комплексной спектральной плотностью, спектральной плотностью или спектральной характеристикой сигнала.As is known, if a signal is given as a non-periodic function of time that satisfies the Dirichlet conditions and is absolutely integrable within infinite time limits, then this function has its own spectrum S (jω), which is sometimes called the complex spectral density, spectral density, or spectral characteristic of the signal.

Сигнал вида (3) не удовлетворяет названным условиям, так как при τ<0 преобразованный выходной сигнал термодатчика U(τ)=Uн, а при τ→+∞ преобразованный выходной сигнал U(τ)→Uк. Для возможности получения амплитудного спектра | S ( j ω ) |

Figure 00000012
, связанного с параметрами Ci и Ti затухающего переходного процесса термодатчика, сигнал вида (3) предлагается в заявляемом устройстве преобразовать. Для этого, до размещения термодатчика в среде с меньшей температурой устанавливают конечное значение сигнала Uк с термодатчика, соответствующее окончанию переходного процесса, и на это значение настраивают уровень сигнала с источника 7 сигнала постоянного уровня. Затем измеряют значение сигнала Uн с термодатчика в момент его размещения в среде с меньшей температурой и формируют сигнал s(τ)=U(τ)-Uк с помощью блоков 4, 5 и 7, являющийся разностью между выходным U(τ) и конечным Uк значениями сигнала с термодатчика, начиная с момента размещения термодатчика в среде с меньшей температурой до окончания переходного процесса. С помощью анализатора 6 спектра определяют амплитудный спектр | S ( j ω ) |
Figure 00000013
сформированного сигнала, который имеет аналитический вид (2).A signal of the form (3) does not satisfy the aforementioned conditions, since at τ <0 the converted output signal of the temperature sensor is U (τ) = U н , and at τ → + ∞ the converted output signal is U (τ) → U к . For the possibility of obtaining the amplitude spectrum | S ( j ω ) |
Figure 00000012
associated with the parameters C i and T i of the damping transient of the temperature sensor, a signal of the form (3) is proposed to be converted in the inventive device. For this, before placing the temperature sensor in an environment with a lower temperature, the final value of the signal U k from the temperature sensor is set, which corresponds to the end of the transient, and the signal level from the source 7 of the constant level signal is adjusted to this value. Then measure the value of the signal U n from the temperature sensor at the time of its placement in a medium with a lower temperature and form the signal s (τ) = U (τ) -U k using blocks 4, 5 and 7, which is the difference between the output U (τ) and final U to the values of the signal from the temperature sensor, starting from the moment the temperature sensor is placed in an environment with a lower temperature until the end of the transient process. Using the spectrum analyzer 6, the amplitude spectrum is determined | S ( j ω ) |
Figure 00000013
the generated signal, which has an analytical form (2).

По определенному из сформированного сигнала амплитудному спектру | S ( j ω ) |

Figure 00000013
вычисляют параметры Ci и Ti затухающего переходного процесса термодатчика требуемого порядка n согласно формуле (2), используя различные известные математические методы.According to the amplitude spectrum determined from the generated signal | S ( j ω ) |
Figure 00000013
calculate the parameters C i and T i of the damping transient of the temperature sensor of the required order n according to formula (2) using various known mathematical methods.

Конечное значение Uк сигнала с термодатчика может быть заранее установлено либо расчетным путем, либо путем непосредственного измерения сигнала с термодатчика, предварительного размещенного в среде с меньшей температурой.The final value U k of the signal from the temperature sensor can be pre-set either by calculation or by directly measuring the signal from the temperature sensor, previously placed in a medium with a lower temperature.

Для вычисления параметров затухающего переходного процесса термодатчика согласно формуле (2) целесообразно использовать методы регрессионного анализа, которые обеспечивают приближение аналитических выражений соответствующих амплитудных спектров к их экспериментальным спектрам с наименьшей среднеквадратичной погрешностью.To calculate the parameters of the decaying transient process of the temperature sensor according to formula (2), it is advisable to use regression analysis methods that ensure that the analytical expressions of the corresponding amplitude spectra are closer to their experimental spectra with the smallest standard error.

Параметры затухающего переходного процесса термодатчика могут быть вычислены также путем прямого решения системы уравнений, составленной из соответствующих аналитических выражений амплитудного спектра. Например, для n=3 необходимо решить систему относительно шести искомых параметров C1, C2, C3, T1, T2 и T3, состоящую из шести уравнений видаThe parameters of the decaying transient of the temperature sensor can also be calculated by directly solving the system of equations composed of the corresponding analytical expressions of the amplitude spectrum. For example, for n = 3, it is necessary to solve the system with respect to the six desired parameters C 1 , C 2 , C 3 , T 1 , T 2 and T 3 , consisting of six equations of the form

Figure 00000014
,
Figure 00000014
,

где ωk - частоты, выбранные в диапазоне частот определенного амплитудного спектра (k=1, 2, …, 6);where ω k are the frequencies selected in the frequency range of a certain amplitude spectrum (k = 1, 2, ..., 6);

| S ( j ω k ) |

Figure 00000015
- значения определенного амплитудного спектра на частотах ωk. | S ( j ω k ) |
Figure 00000015
- values of a certain amplitude spectrum at frequencies ω k .

Доказательство связи сигнала вида (1) с выражением (2) следующее.The proof of the connection of a signal of the form (1) with expression (2) is as follows.

Как известно, амплитудный спектр какого-либо непериодического сигнала f(τ), удовлетворяющему условиям Дирихле, имеет видAs is known, the amplitude spectrum of some non-periodic signal f (τ) satisfying the Dirichlet conditions has the form

Figure 00000016
Figure 00000016

Для сформированного в предлагаемом способе сигнала s(τ) выражение (4) принимает видFor the signal s (τ) formed in the proposed method, expression (4) takes the form

Figure 00000017
.
Figure 00000017
.

Предложенное устройство позволит при несложном техническом решении получить искомые динамические характеристики термодатчиков с высокой точностью, за счет определения параметров трех или более экспоненциальных составляющих. Включенный в состав устройства анализатор спектра к тому же упростит последующую процедуру обработки амплитудного спектра | S ( j ω ) |

Figure 00000018
, поскольку современные анализаторы спектра. имеют разнообразные встроенные возможности обработки спектрограмм, а также в них предусмотрено управление от персональных компьютеров и по сети Ethernet.The proposed device will allow for a simple technical solution to obtain the desired dynamic characteristics of temperature sensors with high accuracy, by determining the parameters of three or more exponential components. The spectrum analyzer included in the device will also simplify the subsequent procedure for processing the amplitude spectrum | S ( j ω ) |
Figure 00000018
because modern spectrum analyzers. They have various built-in processing capabilities for spectrograms, and they also provide control from personal computers and via Ethernet.

Claims (1)

Устройство для определения динамических характеристик термодатчиков, содержащее последовательно соединенные блок формирования ступенчатого воздействия температуры на термодатчик и измерительный преобразователь, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит последовательно соединенные вычитающий блок, блок преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал и анализатор спектра, при этом выход измерительного преобразователя подключен к первому входу вычитающего блока, второй вход которого подключен к регулируемому источнику сигнала постоянного уровня, второй выход блока формирования ступенчатого воздействия температуры на термодатчик подключен ко второму входу блока преобразования сигнала с термодатчика в затухающий импульсный сигнал, а выходом устройства является выход анализатора спектра с сигналом в виде амплитудного спектра |S(jω)|, определяющим искомые динамические характеристики термодатчика согласно формуле
Figure 00000019
,
где |S(jω)| - амплитудный спектр сформированного сигнала;
n - требуемое число экспоненциальных составляющих в переходном процессе (порядок переходного процесса термодатчика);
τ - время переходного процесса, начиная с момента размещения термодатчика в среде с меньшей температурой, c;
Uн - значение сигнала с термодатчика в момент размещения термодатчика в среде с меньшей температурой;
Uк - конечное значение сигнала с термодатчика;
Ci - параметр (весовой коэффициент) в i-ой экспоненциальной составляющей переходного процесса;
Ti - параметр (постоянная времени) в i-ой экспоненциальной составляющей переходного процесса, с;
ω - угловая скорость (частота), с-1.
A device for determining the dynamic characteristics of temperature sensors, comprising a series-connected unit for the formation of a step-like effect of temperature on the temperature sensor and a measuring transducer, characterized in that it further comprises a series-connected subtracting unit, a unit for converting a signal from a temperature sensor into a damped pulse signal and a spectrum analyzer, while the measurement output the converter is connected to the first input of the subtracting unit, the second input of which is connected to the regulation to a constant-level signal source, the second output of the step-by-step temperature forming unit for the temperature sensor is connected to the second input of the signal conversion unit from the temperature sensor to a damped pulse signal, and the output of the device is the output of the spectrum analyzer with a signal in the form of the amplitude spectrum | S (jω) | the desired dynamic characteristics of the temperature sensor according to the formula
Figure 00000019
,
where | S (jω) | - amplitude spectrum of the generated signal;
n is the required number of exponential components in the transient process (the order of the transient process of the temperature sensor);
τ is the time of the transition process, starting from the moment the temperature sensor is placed in an environment with a lower temperature, s;
U n - the value of the signal from the temperature sensor at the time of placement of the temperature sensor in an environment with a lower temperature;
U to - the final value of the signal from the temperature sensor;
C i - parameter (weight coefficient) in the i-th exponential component of the transition process;
T i - parameter (time constant) in the i-th exponential component of the transition process, s;
ω is the angular velocity (frequency), s -1 .
RU2014130290/28A 2014-07-22 2014-07-22 Device to determine dynamic characteristics of temperature detector RU2568972C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130290/28A RU2568972C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Device to determine dynamic characteristics of temperature detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014130290/28A RU2568972C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Device to determine dynamic characteristics of temperature detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2568972C1 true RU2568972C1 (en) 2015-11-20

Family

ID=54598253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014130290/28A RU2568972C1 (en) 2014-07-22 2014-07-22 Device to determine dynamic characteristics of temperature detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2568972C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901851A1 (en) * 1980-02-15 1982-01-30 Институт Технической Теплофизики Ан Укрсср Method of determination of thermal converter thermal lag index
SU1024750A1 (en) * 1982-03-19 1983-06-23 Предприятие П/Я В-2504 Non-electric parameter transducer dynamic characteristic determination device
SU1048336A1 (en) * 1982-05-24 1983-10-15 Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Thermoconverter thermal lag index determination method
SU1287197A1 (en) * 1985-06-05 1987-01-30 Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола Method of determining parameters of damping transient process
SU1323868A1 (en) * 1985-10-08 1987-07-15 Омский политехнический институт Method of determining thermal converter thermal lag index
SU1394068A1 (en) * 1986-03-20 1988-05-07 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Device for measuring thermal lag factor of temperature-sensitive elements
US7901130B2 (en) * 2004-11-15 2011-03-08 Palo Alto Research Center Incorporated Method and apparatus for calibrating a thermistor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU901851A1 (en) * 1980-02-15 1982-01-30 Институт Технической Теплофизики Ан Укрсср Method of determination of thermal converter thermal lag index
SU1024750A1 (en) * 1982-03-19 1983-06-23 Предприятие П/Я В-2504 Non-electric parameter transducer dynamic characteristic determination device
SU1048336A1 (en) * 1982-05-24 1983-10-15 Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Thermoconverter thermal lag index determination method
SU1287197A1 (en) * 1985-06-05 1987-01-30 Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола Method of determining parameters of damping transient process
SU1323868A1 (en) * 1985-10-08 1987-07-15 Омский политехнический институт Method of determining thermal converter thermal lag index
SU1394068A1 (en) * 1986-03-20 1988-05-07 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Device for measuring thermal lag factor of temperature-sensitive elements
US7901130B2 (en) * 2004-11-15 2011-03-08 Palo Alto Research Center Incorporated Method and apparatus for calibrating a thermistor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100561162C (en) A kind of virtual oscillating table detection signal processing method and equipment thereof
DeSilva et al. Novel gas turbine exhaust temperature measurement system
CN106645942B (en) Low-cost high-precision embedded signal acquisition and analysis system and method
Schiavi et al. Calibration of digital 3-axis MEMS accelerometers: A double-blind «multi-bilateral» comparison
CN104569886B (en) Signal detection apparatus calibration method based on time and frequency parameter reference instrument mode
CN106199389A (en) A kind of efficiently lock-in amplifier performance testing device and method
CN104502875B (en) Signal detection apparatus calibration method based on time and frequency parameter standard signal source mode
CN102789192B (en) A kind of feedback control system and frequency response measurement apparatus and method thereof
De Capua et al. Measurement station performance optimization for testing of high efficiency variable speed drives
RU2568972C1 (en) Device to determine dynamic characteristics of temperature detector
CN103308928B (en) Pseudo-range precision measurement system of satellite navigation signal simulator
Volkers et al. The influence of source impedance on charge amplifiers
CN105222973B (en) Field calibration method for vibration signal order tracking technique
RU2568973C1 (en) Method to determine parameters of attenuating transition process of temperature detector
Dudzik et al. Optimal dynamic error formula for charge output accelerometer obtained by the neural network
CN110967660A (en) Method and system for detecting current transformer
CN103308930B (en) Pseudo-range precision measurement method of satellite navigation signal simulator
CN205808546U (en) A kind of dead room free found field automated calibration system
CN116155143A (en) Method and device for acquiring motor parameters
CN204925379U (en) Digital electric energy meter pulse signal&#39;s integrated test system
RU2546983C2 (en) Method for determining dynamic errors of micromechanical inertial sensors and inertial measurement modules on their basis
RU2568993C1 (en) Testing of ultrasound wind gages and compact devices to this end
CN106768282B (en) On-site calibration system for magneto-electric sensor
CN105093165B (en) A kind of integrated test facility of digitalized electrical energy meter pulse signal
Zachovalová et al. Development of the digital sampling power measuring standard for the Energy monitors calibration

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170723