RU2624410C1 - Method of measuring high temperature of inhomogeneous medium - Google Patents
Method of measuring high temperature of inhomogeneous medium Download PDFInfo
- Publication number
- RU2624410C1 RU2624410C1 RU2016127934A RU2016127934A RU2624410C1 RU 2624410 C1 RU2624410 C1 RU 2624410C1 RU 2016127934 A RU2016127934 A RU 2016127934A RU 2016127934 A RU2016127934 A RU 2016127934A RU 2624410 C1 RU2624410 C1 RU 2624410C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- frequency
- measuring
- generator
- wires
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/32—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal
Abstract
Description
Изобретение относится к термометрии, а именно к способам измерения высокой температуры участков среды с неоднородным температурным полем, и может быть использовано в многоточечных измерительно-информационных системах при тепловых испытаниях конструкций для исследования температурных полей, в газодинамике и при построении систем автоматического регулирования высокотемпературными технологическими процессами.The invention relates to thermometry, and in particular to methods of measuring the high temperature of medium sections with an inhomogeneous temperature field, and can be used in multipoint measurement and information systems for thermal testing of structures for studying temperature fields, in gas dynamics and in the construction of automatic control systems for high-temperature technological processes.
Известен способ измерения температуры термопарами, измерительная информационная система для его осуществления и температурный переходник (патент РФ №2475712, опубл. 20.02.2013, G01K7/02, G01K 7/16. Бюл. №5), заключающийся в том, что рабочий конец термопар размещают в измеряемой зоне, а свободные концы выводят из измеряемой зоны и подключают к измерительному оборудованию, располагают в районе свободных концов термопар терморезистор, измеряют электрическое напряжение термопар, измеряют электрическое сопротивление терморезистора, определяют температуру терморезистора по его температурной характеристике и по результату измерения его сопротивления определяют электрическое напряжение свободных концов термопар по соответствующей их типу температурной характеристике и температуре терморезистора, суммируют результат измерения электрического напряжения термопар с их электрическим напряжением свободных концов, определяют температуру рабочего конца термопар по соответствующей их типу температурной характеристике и результату соответствующего суммирования.A known method of measuring temperature with thermocouples, a measuring information system for its implementation and a temperature adapter (RF patent No. 2475712, publ. 02.20.2013, G01K7 / 02, G01K 7/16. Bull. No. 5), which consists in the fact that the working end of the thermocouples placed in the measured zone, and the free ends out of the measured zone and connected to the measuring equipment, placed in the region of the free ends of the thermocouples thermistor, measure the voltage of the thermocouples, measure the electrical resistance of the thermistor, determine the temperature the thermistor according to its temperature characteristic and the result of measuring its resistance, determine the voltage of the thermocouple free ends according to their temperature characteristic and the temperature of the thermistor, summarize the result of measuring the voltage of thermocouples with their voltage of the free ends, determine the temperature of the working end of the thermocouples according to their temperature type the characteristic and the result of the corresponding summation.
Недостатками аналога являются использование множества соединительных дорогих компенсационных проводов от термопар до программируемого измерителя, низкая помехоустойчивость, большое количество преобразований и сложность схемы, что снижает надежность.The disadvantages of the analogue are the use of many expensive connecting compensation wires from thermocouples to a programmable meter, low noise immunity, a large number of conversions and the complexity of the circuit, which reduces reliability.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ измерения средней температуры неоднородной среды и устройство для его осуществления (патент РФ №2495390, опубл. 10.10.2013, K3/02, G01K 7/32. Бюл. №28), реализующий измерение частоты генератора, зависящей от параметров терморезисторов, которые располагают равномерно по объему исследуемого поля и соединяют с внешними конденсаторами фазирующей RC-цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, соединенный через преобразователь частота-код и микроконтроллер, программу которого снабжают градуировочной характеристикой зависимости частоты от контролируемой температуры, после обработки которым результат подают в канал регулирования или на индикатор температуры.The closest in technical essence and the achieved result is a method of measuring the average temperature of a heterogeneous medium and a device for its implementation (RF patent No. 2495390, publ. 10.10.2013, K3 / 02, G01K 7/32. Bull. No. 28) that implements a frequency measurement generator, depending on the parameters of the thermistors, which are evenly distributed over the volume of the studied field and connected to the external capacitors of the phasing RC circuit, forming together with the amplifier a generator connected through a frequency-code converter and a microcontroller, the program to They provide a calibration characteristic of the dependence of the frequency on the controlled temperature, after which the result is fed to the control channel or to the temperature indicator.
Основным существенным недостатком прототипа является ограничение по температуре используемых конденсаторов фазирующей цепочки вблизи зоны измерения высоких температур, что вынуждает их вынос за ее пределы, влекущее значительное увеличение длины соединительных проводов.The main significant disadvantage of the prototype is the temperature limit of the used capacitors of the phasing chain near the zone of measurement of high temperatures, which forces their removal beyond its limits, which entails a significant increase in the length of the connecting wires.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение измерения высокой температуры среды с неоднородным температурным полем, что обеспечит высокую надежность.The task of the invention is to simplify the measurement of the high temperature of a medium with an inhomogeneous temperature field, which will provide high reliability.
Указанная задача решается осуществлением способа измерения высокой температуры неоднородной среды путем измерения частоты генератора, зависящей от параметров терморезисторов, отличающегося тем, что терморезисторы располагают равномерно по объекту исследуемого поля и соединяют с внешними индуктивностями, изготовленными из высокотемпературных проводов, аналогичных проводам, из которых изготовлены соединительные линии, фазирующей RL-цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, соединенный через функциональный преобразователь частота-код с индикатором температуры; при этом частота генератора преобразуется функциональным преобразователем частота-код в единицы измеряемой температуры и индицируется на индикаторе.This problem is solved by implementing a method for measuring the high temperature of an inhomogeneous medium by measuring the frequency of the generator, depending on the parameters of the thermistors, characterized in that the thermistors are arranged uniformly over the object of the field under study and connected to external inductors made of high-temperature wires similar to the wires from which the connecting lines are made phasing RL-chain, forming together with the amplifier a generator connected through a functional converter spruce frequency code with temperature indicator; at the same time, the generator frequency is converted by the frequency-code functional converter into units of the measured temperature and is displayed on the indicator.
На Фиг. 1 представлен преобразователь цепной структуры, на Фиг. 2 представлена принципиальная схема фазирующей цепочки, на Фиг. 3 представлена схема измерения с использованием терморезисторов в качестве элементов фазирующей цепочки RL-генератора.In FIG. 1 shows a converter of a circuit structure, FIG. 2 is a schematic diagram of a phasing chain; FIG. 3 shows a measurement circuit using thermistors as elements of a phasing chain of an RL generator.
Традиционные методы исследования не позволяют получать аналитические выражения, связывающие температуру среды с частотой генерации, зависящей от одновременного индивидуального изменения параметров нескольких терморезисторов, и тем самым решить актуальную проблему. Использование метода функций преобразования (ФП) позволило устранить этот пробел (см. Гулин А.И. Диагностика измерительных преобразователей и устройств связи с неоднородной цепной структурой // Контроль. Диагностика. 2010. №11. С. 69-72).Traditional research methods do not allow obtaining analytical expressions relating the temperature of the medium to the generation frequency, which depends on the simultaneous individual change of the parameters of several thermistors, and thereby solve the actual problem. Using the method of transformation functions (FP) allowed us to eliminate this gap (see Gulin A.I. Diagnostics of measuring transducers and communication devices with an inhomogeneous chain structure // Control. Diagnostics. 2010. No. 11. P. 69-72).
ФП Kn преобразователя цепной структуры (Фиг. 1) (формально, обратная величина традиционного коэффициента передачи, являющаяся отношением входной активной величины U0 к выходной Un) описывается выражением (формулы Гулина А.И. см. Sukhinets Zh., Gulin A. Analysis of converters with heterogeneous three-pole chain structure // Proceedings of IEEE East-West Design&Test Symposium (EWDTS 2013), 27-30 September 2013, Rostov-on-Don, Russia, 2013 - P. 283-286) при четном числе плеч nFP K n of the converter of the chain structure (Fig. 1) (formally, the reciprocal of the traditional transfer coefficient, which is the ratio of the input active quantity U 0 to the output U n ) is described by the expression (A. Gulin formulas, see Sukhinets Zh., Gulin A. Analysis of converters with heterogeneous three-pole chain structure // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS 2013), September 27-30, 2013, Rostov-on-Don, Russia, 2013 - P. 283-286) with an even number shoulder n
где i=2b-1;where i = 2b-1;
b=1, 2, 3,…, 0,5nb = 1, 2, 3, ..., 0.5n
Рекомендуемая электрическая схема RL-фазирующей цепочки (ФЦ) представлена на Фиг. 2. Необходимые минимальные числа терморезисторов для создания ФЦ и индуктивностей должно быть не менее трех (см. Гулин А.И. Проектирование многозвенных RC-генераторов // Изв. вузов «Приборостроение» 2012. Т. 15. №1 (41). С. 14-118). При больших площадях контролируемой среды число терморезисторов увеличивают до необходимого количества, располагая равномерно по всему пространству.The recommended circuit diagram of the RL phasing chain (FC) is shown in FIG. 2. The required minimum number of thermistors for creating FCs and inductances should be at least three (see Gulin A.I. Design of multi-link RC generators // Izv. . 14-118). With large areas of the controlled environment, the number of thermistors is increased to the required number, spreading uniformly throughout the space.
Рассмотрим в качестве примера шестиплечую цепную трехполюсную структуру, для которой выражение ФП согласно (1) будетLet us consider, as an example, a six-arm chain three-pole structure for which the expression of the phase transition according to (1) will be
Для ФЦ (Фиг. 2), когда Z1=Z3=Z5=jωL, a Y2=Y4=Y6=1/R, ФП будет равна For FC (Fig. 2), when Z 1 = Z 3 = Z 5 = jωL, and Y 2 = Y 4 = Y 6 = 1 / R, the FP will be equal to
В составляющих действительной и мнимой части ФП имеет видIn the components of the real and imaginary parts, the phase transition has the form
Условием возникновения колебаний при использовании ФЦ являетсяThe condition for oscillations when using FC is
где КАП - ФП активного преобразователя (усилителя);where K AP - AF active converter (amplifier);
КФЦ - ФП фазирующей цепочки.K FC - FP phasing chain.
Т.к. ФП усилителя является вещественной, то для выполнения условия (4) необходимо, чтобы ФП ЦС КФЦ на частоте самовозбуждения была тоже вещественной. При этом обе ФП могут иметь одновременно либо положительные, либо отрицательные значения, т.е. ФЦ в зависимости от вида активного преобразователя должна осуществлять сдвиг фазы на четное или нечетное число πi радиан, где i=1, 2, 3 … - натуральный ряд чисел.Because OP amplifier is real, then the condition (4) requires that FP CA K FC on self-excitation frequency was too real. In this case, both phase transitions can simultaneously have either positive or negative values, i.e. FC, depending on the type of active converter, must carry out a phase shift by an even or odd number πi radians, where i = 1, 2, 3 ... is a natural series of numbers.
Рассмотрим вопрос определения частоты квазирезонанса у шестиплечей ФЦ (Фиг. 2), составленной из RL элементов и осуществляющей поворот фазы на 180°, которая наиболее часто используется при построении генераторов на однокаскадных усилителях. Частота квазирезонанса определяется из мнимой части ФП фазирующего четырехполюсника при обращении ее в ноль, т.е.Consider the question of determining the frequency of quasiresonance in a six-arm FC (Fig. 2), composed of RL elements and performing a phase rotation of 180 °, which is most often used in the construction of generators on single-stage amplifiers. The frequency of quasi-resonance is determined from the imaginary part of the phase transition phasing quadripole when it vanishes, i.e.
Приравняв к нулю мнимую часть ФП (условие квазирезонанса) выражения (3), получим формулу для искомой частоты ω0 шестиплечей ФЦEquating the imaginary part of the phase transition (quasi-resonance condition) of expression (3) to zero, we obtain the formula for the desired frequency ω 0 of the six-arm FC
, ,
откуда where from
Определим действительную часть ФП ReK6 на частоте квазирезонанса ω0 из выражения (3)We determine the real part of the phase transition ReK 6 at the frequency of quasi-resonance ω 0 from expression (3)
, ,
подставив в которое значение частоты квазирезонанса из (6), получимsubstituting into which the value of the frequency of quasi-resonance from (6), we obtain
Это значит, что ФЦ ослабляет уровень сигнала в 29 раза, а знак минус подтверждает поворот фазы на 180°. Следовательно, КАП - ФП активного преобразователя (коэффициент усиления) должна превышать более чем в 29 раз.This means that the FC weakens the signal level by 29 times, and the minus sign confirms the phase rotation by 180 °. Therefore, K AP - AF of the active transducer (gain) should exceed more than 29 times.
Расчеты по вычислению частот квазирезонансов для произвольного количества термодатчиков n/2 сводятся, как оказалось, к определению коэффициента kn выраженияCalculations for calculating the frequencies of quasi-resonances for an arbitrary number of temperature sensors n / 2 are reduced, as it turned out, to determining the coefficient k n of the expression
. .
В результате аналитического анализа впервые получена формула, определяющая коэффициент kn для ФЦ из любого количества термодатчиков из уравнений видаAs a result of the analytical analysis, a formula was first obtained that determines the coefficient k n for the FC from any number of temperature sensors from equations of the form
где р=0,25n - 1 - для четных 0,5n;where p = 0.25n - 1 - for even 0.5n;
р=0,25(n+2) - 1 - для нечетных 0,5n.p = 0.25 (n + 2) - 1 - for odd 0.5n.
Например, для десятиплечей (пятизвенной) ФЦ уравнение (7) имеет вид 15k-28k3+k5=0, решение которого дает следующие значения k:For example, for ten-arm (five-link) FC equation (7) has the form 15k-28k 3 + k 5 = 0, the solution of which gives the following values of k:
k1,2=±23/32; k3,4=±167/32; k5=0.k 1,2 = ± 23/32; k 3.4 = ± 167/32; k 5 = 0.
Из всех вещественных положительных корней уравнения (7) необходимо использовать наименьшее значение k=23/32 (для шестиплечей трехзвенной ФЦ оно равно ), так как использование других значений, удовлетворяющих (7), приведет к сдвигу фаз на 2π радиан и более.Of all real positive roots of equation (7), it is necessary to use the smallest value k = 23/32 (for six-arm three-link FC it is ), since the use of other values satisfying (7) will lead to a phase shift of 2π radians or more.
Для расчета более сложных ФЦ можно воспользоваться программой (см. Гулин А.И., Сухинец Ж.А. и др. Расчет частоты квазирезонанса и коэффициента передачи многозвенных RC- структур // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611147/ 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003).To calculate more complex FCs, you can use the program (see Gulin A.I., Sukhinets Zh.A. et al. Calculation of the frequency of quasi-resonance and transmission coefficient of multi-link RC structures // Certificate of official registration of a computer program No. 2003611147 / 05.16.2003 Rospatent. Moscow. 2003).
Необходимо отметить, что ФП Kn ФЦ на частотах квазирезонанса с увеличением числа плеч n от шести до бесконечности уменьшается и стремится от K6= -29 до Kn= -11,6, т.е. It should be noted that the phase transition K n FC at the frequencies of quasi-resonance decreases with increasing number of arms n from six to infinity and tends from K 6 = -29 to K n = -11.6, i.e.
В таблице приведены значения коэффициентов kn и значений ReKn для ФЦ с различным числом плеч n.The table shows the values of the coefficients k n and the values of ReK n for the FC with a different number of arms n.
Измерение высокой температуры неоднородной среды на объекте 1 осуществляется следующим образом. Однотипные терморезисторы 2 (датчики температуры) равномерно размещают по контролируемой среде, соединяют с внешними индуктивностями, изготовленными из высокотемпературных проводов, аналогичных проводам, из которых изготовлены соединительные линии, для образования фазирующей цепочки 3, которая совместно с усилителем 4 образует задающий генератор 5, соединенный через функциональный преобразователь 6 частота-код с цифровым индикатором 7. При изменениях температуры контролируемой среды на объекте меняются значения сопротивлений терморезисторов, образующих фазирующую цепочку 3 генератора 5. В соответствии с величинами этих сопротивлений устанавливается частота генератора 5, которая преобразуется функциональным преобразователем 6 частота-код в единицы измеряемой температуры и индицируется на индикаторе 7.The measurement of the high temperature of an inhomogeneous medium at
Итак, заявляемое изобретение позволяет непрерывно измерять высокую температуру неоднородной среды с использованием двухпроводной линии связи и однотипных стандартных терморезисторов (датчиков температуры), что обеспечивает высокую помехоустойчивость, т.к. информативный параметр имеет частотный характер, надежность и экономичность способа из-за малого количества используемых недорогих комплектующих.So, the claimed invention allows you to continuously measure the high temperature of a heterogeneous medium using a two-wire communication line and the same type of standard thermistors (temperature sensors), which provides high noise immunity, because the informative parameter has a frequency nature, reliability and efficiency of the method due to the small number of inexpensive components used.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127934A RU2624410C1 (en) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Method of measuring high temperature of inhomogeneous medium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127934A RU2624410C1 (en) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Method of measuring high temperature of inhomogeneous medium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2624410C1 true RU2624410C1 (en) | 2017-07-03 |
Family
ID=59312700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016127934A RU2624410C1 (en) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Method of measuring high temperature of inhomogeneous medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2624410C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1571427A1 (en) * | 1987-12-04 | 1990-06-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Digital thermometer |
CN102998024A (en) * | 2012-11-26 | 2013-03-27 | 上海电力学院 | Novel temperature measuring method based on resistor-inductor (RL) circuit zero-input response |
CN103017928A (en) * | 2012-12-04 | 2013-04-03 | 杭州成功超声电源技术有限公司 | Ultrasonic power supply temperature detection circuit |
RU2495390C1 (en) * | 2012-04-12 | 2013-10-10 | Артур Игоревич Гулин | Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation |
-
2016
- 2016-07-11 RU RU2016127934A patent/RU2624410C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1571427A1 (en) * | 1987-12-04 | 1990-06-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Digital thermometer |
RU2495390C1 (en) * | 2012-04-12 | 2013-10-10 | Артур Игоревич Гулин | Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation |
CN102998024A (en) * | 2012-11-26 | 2013-03-27 | 上海电力学院 | Novel temperature measuring method based on resistor-inductor (RL) circuit zero-input response |
CN103017928A (en) * | 2012-12-04 | 2013-04-03 | 杭州成功超声电源技术有限公司 | Ultrasonic power supply temperature detection circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107064628B (en) | High Precise Frequency Measurement System and method | |
CN105588667B (en) | A kind of high-accuracy compensation by thermistor calibrating installation | |
Nenova et al. | Linearization circuit of the thermistor connection | |
Engen | Calibration of an arbitrary six-port junction for measurement of active and passive circuit parameters | |
CN104515907B (en) | A kind of scattering parameter test system and its implementation | |
JP2014103671A (en) | Calibration method of rf signal source and amplitude flatness and phase linearity calibration unit | |
CN106104234B (en) | Method and apparatus for calculating the junction temperature of RF power MOSFET | |
Ushakov et al. | Passive fractional-order components based on resistive-capacitive circuits with distributed parameters | |
RU2495390C1 (en) | Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation | |
KR101375363B1 (en) | Apparatus for measuring temperature using thermistor | |
RU2624410C1 (en) | Method of measuring high temperature of inhomogeneous medium | |
CN110567606B (en) | Noise thermometer and method for measuring temperature | |
Roj | Neural network based real-time correction of transducer dynamic errors | |
Kochan et al. | Ad-hoc temperature measurements using a thermistor | |
Palaparthy et al. | Soil moisture measurement system for DPHP sensor and in situ applications | |
RU2664897C1 (en) | Method of temperature sensor thermal time constant measuring | |
Sukhinets et al. | Frequency method of measurement of average high temperature in inhomogeneous media | |
RU2549255C1 (en) | Digital temperature meter | |
RU2642475C2 (en) | Zero radiometer | |
Jun et al. | Metrological software test for studying the method of thermocouple error determination during operation | |
Sen et al. | An arbitrary power-law device based on operational transconductance amplifiers | |
Wei et al. | Signal processing method with cold junction compensation for thermocouple | |
Korovkin et al. | Identifying the equivalent circuit parameters of quadripoles from measurements at the boundaries of their tandem connection | |
Sukhinets et al. | Frequency technique for mass and strain measurements | |
Narayana et al. | Design of linearized thermistor connection circuit using modified 555 timer |