Од
со со
ратора, и формировлтепь, вкод которого подключен к выходу Коней преобразовани аналого-цифровогчэ преобразовател , а вь:ход - к управл ющим входам ключей и KotvfflapaTOpa, причем пр мые выходы вентильных элементов подключены к входу первого фильтра, инверсные выходы - к входу второго фильтра, а выход компаратора т- к входу блока управлени .
Изобретение относитс к термометрии S. именно к цифровым уст1Х)йствам дл и мерени температуры с автоматическим калиброванием измерительного . Известно устройство дл измерени температуры, содержащее температуры , встроенный калибратор, показыв ющий прибор С1 3В этсм тройстве первич 1ый преобра зователь температуры св зан с встроенным калибратором в виде некоторого количества материала с известной темпера турой штавлени . В момент фазового периода материала калибратора показыва1оший прибор фиксирует площадку с посто иной температурой, по которой можно судтггь о погрешности всей измерительной системы. Таким образсм, это устройство позво л ет провести проверку первичного преобразовател на месте эксплуатации, однако его функционироваш1е в режиме проверки измерительного канала требуетучасти оператора. Так как ско1)ость движени диаграммы измерительного прибора при контроле тех нологических процессов обычно невелика (.„„ или 0,ОЗ град/мин), то дл полу четга на диаграмме четко различимой площадки необходимо, чтобы врем фазового перехода материала калибратора составл ло несколько минут. Это увеличивает массу калибратора,, ухудшает динамические характеристики первичного преобразовател температуры и снижает точность последующих измерений за счет возрастани динамической погрешности. Известно таьсже устройство дл измерени температуры, содержащее измерительный прибор, термоэлектрический термометр и блок коррекции погрешности выходы которых подключены к входам сумматора, калибратор, снабженный нагревателем , источник питани нагревател , блок сравнени , источник стандартного сигнала и ксммутатор , К входам коммутатора подсоедине№г выходы блока управлени и сумматора, а выходы KC V}мутатЪра включены на вход измерительного прибора и блока сравнени , подключенного вторым входом к выходу иоточника стандартного сигнала и выходс л - к входу блока коррекции, причем выход термоэлектрического термометра соединен также с выходом блока управлени , второй выход которого соединен с управл ющим входсм источника питани нагревател калибратора. Это устройство обеспечивает не только поверку первичного преобразовател на месте эксплуатации, но и автоматическую коррекцию погрешности измерительного канала, что увеличивает точность измерени . Достигнутое расширение фугасциональных возможностей устройства и св занное с этим увеличение-. точности в значительной степени обусловлено наличием в его составе элементов, обеспечивающих автоматическую идентификацию момента фазового перехода материала калибратора и определени , таким образом, момента нача/ш калибровани t2. Однако в реальных калибраторах за счет процессов внутреннего теплообмена скорость изменени температуры перед плавлением реперного материала уменьщаетс постепенно, и при весьма малых ее значени х (в пределах несколько дес тых градуса в минуту) температура гор чего спа калибруемого термоэлектрического преобразовател все еще заметно {в пределах ) отличаетс от температуры фазового перехода. Поэтому точность калибровани в значительной степени определ етс порогом чувствительности схемы идентификации момента фазового перехода. В рассматриваемом устройстве момент начала калибровани определ етс вход щим в блок управлени дифференциатором выходного сигнала термоэлектрического преобразовател . Учитыва малые значени производной выходного сигнала реального термеэлектрического преобразовател в момент начала калибровани даже при применении дифференциаторов на са.мых со&ременных операционных усилител х, точность идентификации фазового перехода в этом устройстве будет недостаточна, что, в свою о ередь, снижает точность измерени в целом, Известно также устройство дл измерени температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, аналогоцифровой преобразователь двухтактного интегрировани , блок коррекции, логичес кий элемент И, генератор стробов, и элементы схемы управлени . В режиме поиска площадки за счет коммутации блоков АЦП он начинает работать в режиме Врем импульсного преобразовани . В момент равенства усиленного выходного датчика мгновенному значеншо опорного пилообразного напр жени запускаетс последовательность счетных импульсов, период следовани которых равен периоду опорного пилообразного напр жени , а фаза зависит от величинь выходного сигнала датчика. Если через указанное число периодов выходной сигнал термоэлектрического преобразовател не изменилс , моменты поступлени счетного импульса и очеред ного импульса сравнени на вход логи- . ческого элемента И совпадают, что учитываетс счетчиком совпадений з . Разрешающа способность определени мсмента начала калибровани будет зависеть от емкости счетчика совпадений и порога чувствительности аналого-цифр вого преобразовател , однако потенциально высока точность этого устройств не достигаетс при практической реализации его из-за недостаточно высокой помехозащищенности схемы в реальных услови х эксплуатации. Наиболее близким к предлагаемому п технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл измерени температуры с автоматическим калиброванием измерительного канала, с держащее термоэлектрический термометр с калибратором и блок коррекции, подключенные к входам первого сумматора, измерительный прибор, например аналого цифровой преобразователь, соединенный блоком коррекции, блок управлени , вход которого соединен с выходом термоэлек трического термометра, а выходы - с управл ющим входом измерительного при бора и блоком эталонного напр жени , второй сумматор, входы которого соединены с выходом первого cyN-iMaTopa и блоком эталонного напр жени , а выход соединен с измерительным прибором L43. В известном устройстве идентификаци мсмёнта фазового перехода калибратора осуществл етс с помощью вход щего в блок управлени дифференциатора выходного сигпала термоэлектрического преобразовател . Поэтому точность калибровани и последующего измерени недостаточна . Целью изобретени вл етс повыще- ние точности измерени . Поставленна цель достигаетс тем, что в цифровое устройство дл измерени температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь с калибратором и блок коррекции, подключенные к входам первого сумматора, аналого-цифровой преобразователь, соединенный одним из выходов с входом блока коррекции, блок управлени , один из выходов которого соединен с управл ющим входом аналогоцифрового преобразовател , а другой - с входом блока эталонного напр жени , второй сумматор, входы которого соединены с выходом первого сумматора и блоком эталонного напр жени , а выход соединен с входом аналого-цифрового преобразовател , введены компаратор, подключенные к каждому разр ду выходного кода аналого-цифрового преобразовател цепи, состо щие из последовательно соединенных ключей, диффере1щирующих звеньев и вентильных элементов, два фильтра низкой частоты, подключенные к пр мому и инверсному входам компаратора , и формирювате ь, вход которого подключен к выходу Конец преобразовани аналого-цифрового преобразовател , а выход - к управл ющим входам ключей и ксж пара тора, причем пр мые выходы вент иль {ВЫ X элементов подключены к входу первого фильтра, инверсные выходы к входу второго фильтра, а выход компаратора - к входу блока управлени . На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит термоэлектрический преобразователь с встроенным калибратором 1 и блок 2 коррекции, подключенные к входам первого сумматора 3,аналого-цифровой преобразователь ЦГЙ4, соединенный с блоком 2 коррекции, блок 5 управлени , соединен гый с управл ющим входом аналого-цифрового преобразовател и блоком 6 эталонного напр жени , второй сумматор 7, входы которого
соединены с выходом первого сумматора и блоком эталонного напр жени . Выход сумматора 7 соединен с входом аналого цифрового преобразовател , к клеммам каждого разр да выходного кода KOioporo подключены цепи, состо щие из последо вательно включенных ключей 8, дифферен пирующих звеньев 9, вентильн1 1Х элементов 10 и фильтров 11 и 12 низкой час тоты{ФН14подключенныхкпр мому иинверс ному входу компаратора 13. В устройстве имеетс также формиро ватель 14, вход которого подключен к выходу Конец преобразовани аналогоцифрового преобразовател , а выход - к управл ющим входам ключей 8 и компара тора 13, причем пр мые входы вентильных элементов 1О подключены к входу первого фильтра 11, а инверсные выходы подключены к входу второго фильтра 12 выход компаратора 13 подключен к входу блока 5 управлени . В устройстве принципиально отсутствует дифференцирэвание выходного сигнала термоэлектрического преобразовател . Устройство работает следующим об разом . В Калибрование оператор . переводит объект измерени в состо ние посто нного нагрева или охлаждени . Аналого-цифровой преобразователь 4 работает в режиме внешнего запуска от блока 5 управлени с периодом запуска L (10-15 с). Выходной Шлпульс Конец преобразовани через формирователь 14 открывает ключи 8. Выходной код АЦП-(сонетаHtffi нулей и единиц на выходном разъеме) зар жает (если в разр де I) или разр жает (если в разр де О) конденсаторы диффернциру- ющих ЗБеньев 9 При этом па выходе дифференцирующих звеньев формируютс импульсы, которые через вентиль 1О зар жают (с той или иной пол рностью) конденсаторы фильтров низкой частоты ( ФНЧ) 11 и 12. Это создает раз ность потенциалов на входе компаратора 13, с выхода которогх) на вход блока 5 упраВ лени поступает сигшл запрета калибровани и очередным импульсом вновь запускаетс АЦП 4, Если его выходной код за врем t измешетс , возможны следующие комбинации изменени разр до выходного кода: нуль мен етс на единицу , единица мен етс на нуль. Если в какса1-«либо кз разр дов низкое напр женке логического нул замен етс на высокое напр жение логической едиHHia i , происходит зар д емкости сх)от
ветствующего дифферендирующегю апемевта 9, на его выходе формируетс положительный элемент, который через пр мой выход соответствующего вентильного элемента зар жает конденсатор фшштра шкзкой частоты 11, создава положительный потендиал на первом (неинвертирующем ) входе компаратора 13. При замене нулей на единишы одновременно в нескольких разр дах выходного кода АЦП зар д конденсатора ФНЧ 11 осуществл етс от того вентил , у которого в силу всегда имеющегос разброса параметров динамическое сопротивление минимально. Если в каком-либо из разр дов логическа единица заменилась на нуль, то происходит разр д конденсатора дифференцирующего элемента 9, а через инвертирующий выход вентильного элемента 1О зар жаетс конденсатор второго ФНЧ, создава отрицательный потенциал на втором (инвертирующем) входе ксыпаратора 13, Аналогично рассмотренному процесс одновременного перехода логических единиц в логические нули не измен ет результата по сравнению с изменением единицы i.ffl нуль в одном разр де. Если же одновременно в одних разр дах замен ютс на нули, а в других разр дах - нули на единицы, то за счет различной пол рности выходных напр жений ФНЧ разность потенциалов на входе компаратора 13 удваиваетс . Таким образом, любое изменение выходного кода АЦП за врем между двум измерени ми вызывает по вление сигнала Запрет калибровани на выходе компаратора 13. В момент фазового перехода материала калибратора температура в зоне чувствительного элемента термоэлектрического преобразовател в течение нескольких дес тков секунд остаетс посто нной , и выходной код АИП не мен етс . При очередном такте измерени сигнал блокировки калибровани на вход блока 5 управлени не поступает, и на вход вторюго сумматора 7 с блока 6 эталонногчз напр жени навстречу измер емому сигналу поступает соответствующий температуре фазового перехода калибратора сигнал стандартной ЗДС, Если эти сигналы не равны, что свн детельстйует о наличии погрешности в канале измерени , на вход блока 2 ко(рекции с выхода А1Ш поступает сигнал управлени , и на входе сумматора 3 формируетс линейно нарастающее Hanpsiжение соответствующей пол рности. 710 Рост напр жени на выходе блока 2 коррекции продолжаетс до момента ра . венства выходного сигнала сумматора 7 стандартшэй ЭДС блока 6 эталонного напр жени , что фиксируетс АЦП. Рост выходного напр жени блока 2 коррекции прекращаетс , а его значение фиксируетс элементами пам ти, вход щими в состав этопэ блока. rto сигналу с блока управлени блок 6 эталонного напр жени отключаетс от входа сумматора 7, и процесс калиброва- ни заканчиваетс . В режиме Измерени выходное напр жение блока коррекции посто нно суммируетс сумматором 3 с вэ мер емым сигналом, чем обеспечиваетс автоматическое введение поправки на погрешность измерительного канала. Термоэлектрический преобразователь с встроенным калибратором может быть реализовав на основе стандартного преобразовател , например ТХА-О515, путем расположени в его запгатной арматуре колпачка вз нержавеющей стали, заполненного чистым металлом или сшшвом с точно известной температурой плавлени (свинец, сурьма, медь-алюминиева эвтектика, серебро и т.д.). Гор чий спай преобразовател располагаетс в массе этого металла дл обеспечени надлежащего теплового контакта. Все блоки устройства могут быть реализован,: на стандартных электронных компонентах. Отсутствие в предложенном устройстве дифференциатора выходного сигнала термоэлектрического преобразсжател позвол ет исключить и присущие ему по378 грешйостн в определении момента фаэового перехода калибратора. В предложенном устройстве выдел етс момент взмененн любого вз разр дов выходного кода АЦП за врем между двум тактами взмер&нв . Таким образом, чувствительность схемы индентификацин определ етс разрешающей способностью АЦП, котора в системах намерени температуры может быть очень высокой иэ-за малой величины выходного сигнала первичного преобразовател , Поэтс 1у момент начала калибровани определ етс весьма точно, что обеспечивает повышение точности вз- мерени в цепом. Схема обладает высоким уровнем защиты от , так как изменение сигна- ла определ етс после АЦП, обладающего высокой помехозащищенностью. В пред- . «)женной схеме регулируетс порог чувствительности идентификации за счет подбора при анализе числа разр дов выходного кода, что необходимо при идентификации фазовых переходов технически чистых металлов, когда температурна площадка может иметь некоторый наклон. Устройство может найти широкое применение в системах точного измерени температуры технологических процессов, например, в составе комплексов технических средств дл АСУ ТП. Общее повышение точности температурного контрол при внедренкн предложенного устройства ссодает технико-экономический эффект за счет снижени брака и повышени технических характеристик выпускаемой продукции.