SU1236330A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  температуры с автоматической калибровкой измерительного канала и может быть использовано в различных област х промьш- ленности дл  измерени  и контрол  температуры в технологических процессах, требующих точного измерени  темпера- туры. Цель изобретени  - повышение точности измерени  температуры и улучшение эксплуатационных характеристик устройства. Устройство содерmm LZJ I н «tBeM BMBBB M    шт г а н     Л ф1/г.1

Description

жит измерительные зонды, (ИЗ) 1 и 2 с термоэлектрическими преобразовател ми 3 и 4, рабочие спаи которых размещены в конструктивно объединенных с ИЗ 1 и 2 наконечниках 5 и 6, заполненных реперными материалами 7 и 8 кристаллической структуры с известными температурами фазового перехода , аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 вычислени  и управлени , включающий в себ  микропроцесf

Изобретение относитс  к области измерени  температуры, а именно к устройствам дл  измерени  температуры с автоматической калибровкой измерительного канала, и может быть использовано в различных област х промьшшенности дл  измерени  и контрол  температуры в технологических процессах, требующих измерени  температуры .

Цель изобретени  - повьшение точности измерени  температуры и упуч- шение эксплуатационных характеристик устройства за счет исключени  ошибок , вызванных неточностью калибровки .

На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства; на фиг, 2 - графики , иллюстрирующие принцип работы устройства.

Устройство содержит два измерительных зонда 1 и 2 с термоэлектрическими преобразовател ми 3 и 4, рабочие спаи которых размещены в конструктивно объединенных с зондами 1 и 2 наконечниках 5 и 6, заполненных различными реперными материгша- ми 7 и 8 кристаллической структуры с известнымц и различными температурами фазового перехода, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, ешок 10 вычислени  и управлени , содефжа- щий микропроцессор 11, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 12, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13 и порт 14 ввода дифференциальный усилитель 15, компараторы 16-19, регулируемые источники опорных напр жений 20-23, дифференциатор 24, логические элементы И 25 и 26,

36330

сор 11, запоминающие устройства 12 и 13, порт 14 ввода, дифференциальный усилитель 15, компараторы 16- 19, источники 20-23 опорных напр же ний дифференциатор 24, элементы И 25 и 26, блок 28 индикации и коммутатор 27. Введение новых элементов и образование новых св зей между элементами устройства позвол ет исключить ошибки, вызванные неточностью калибровки, 2 ил.

коммутатор 27. Полости наконечников 5 и 6 конструктивно идентичных измерительных зондов 1 и 2 теплоизолированы друг от друга, термоэлектри- ческие преобразователи 3 и 4 имеют одну и ту же градуировку.

Блок вычислени  и управлени  может быть реализован, например, на базе микропроцессорного комплекта

К580 по стандартной схеме в соответствии с инструкцией по применению микропроцессорного комплекта.

Результат измерени  высвечиваетс  в блоке 28 индикации,

Порт 14 ввода необходим дл  передачи входных сигналов с выходов компараторов 16 и 17 на шину данных lsIикpoпpoцeccopнoй системы в моменты воздействи  на его управл ющие входы

сигналов, поступающих с микропроцес- сора Ир щине управлени ,

В ПЗУ 12 записаны программы вычислени  в режиме калибровки параметров характеристики преобразовани 

измерительного канала, а в режиме измерени  - результаты измерени , а также посто нные константы. ОЗУ 13 вьтолн ет функцию хранени  промежуточных результатов измерени  и, в

частности, получаемых в процессе

калибровани  коэффициентов, однозначно определ ющих корректирукщздо функцию .

Микропроцессор 11, ПЗУ 12, ОЗУ 13

и порт 14 ввода св заны между собой и с другими элементами устройства с помощью шины управлени , шины адреса и шины данных.

Коммутатор 27 реализует функцию

коммутации двух его входных сигналов

(термо-ЭДС первого и второго термоэлектрических преобразователей) с входом АЦП 9 в зависимости от сигнала , поступающего на его управл ющий вход с шины управлени  микропроцес- |рорной -системы.

АЦП 9 осуществл ет аналого-цифровое преобразование его входного аналогового сигнала, поступающего с термоэлектрических преобразовате- лей через коммутатор 27 по стробу, поступающему с шины управлени  мик- ропроцессорной системы.

Устройство работает следующим образом . .

В устройстве предусмотрены два режима: режим калиб1 овки измерительного канала и режим измерени  температуры , причем режим калибровки осуществл етс  при каждом выводе объекта измерени  на рабочий режим, при условии, что температура зоны объекта измерени , в которой расположены оба измерительных зонда, измен етс  со скоростью не ниже, чем определенна  дл  конкретного исполнени  устройства .

При этом должны быть пройдены температуры фазовых переходов (репер ные температуры) Т, и 1 (Т, « Tg) веществ (материалов) 7 и 8, заполн - кмцих наконечники 5 и 6 первого 1 и второго 2 измерительных зондов.

В режиме калибровки устройство работает следующим образом.

При достижении во врем  вьюОда объекта на режим любой из реперных температур, например Т,, изменение термо-ЭДС Е, (С) термоэлектрического преобразовател  3 на врем  фазового перехода вещества 7, заполн ющего наконечник 5, приостанавливаетс , а термо-ЭДС EjC J) второго термоэлектрического преобразовател  4 продолжает отслеживать изменение температу ры зоны объекта. При сравнении температуры зоны с реперной температурой Т на врем  фазового перехода материала 8, заполн ющего полость наконечника 6 измерительного зонда 2 замедл етс , а затем на некоторое врем  приостанавливаетс  изменение термо-ЭДС термопреобразовател  4 измерительного зонда 2 при непрерывном изменении термо-ЭДС Е (t) первого термопреобразоватеп  3 (фиг. 2а). В процессе вывода объекта на режим сигнал на выходе дифференциального

iS

20

25

j

(О

35

30

45

50

55

усилител  15 Ug К(Е , - Е) измен етс  (фи. 2б). На врем , когда Ер (Е, - Е) -е,, , с О - порог срабатывани  первого компаратора задаваемый источником 20 опорного напр жени , на выходе первого компаратора образуетс  единичный сигнал (фиг. 2в). Такой же сигнал формируетс  на вьГходе -второго компаратора 17 на промежутке времени, в течение которого Ер , где 2 О - порог срабатывани  второго компаратора (фиг. 2г). Выходной

сигнал U9 дифференциатора 24

(фиг. 2д) переводит третий 18 и четвертый 19 компараторы в единичное состо ние при условии, что соответственно и, - f, и Uq г (фиг. 2е,

ж). Выходы первого логического элемента И 25 наход тс  в единичном состо нии при условии, что в таком же состо нии одновременно наход ;5с  выходы первого 16 и.третьего 18 компараторов (фиг. 2и). Единичное состо ние второго логического элемента существует на интервале времени, когда совпадают единичные состо ни  выходов второго 17 и четвертого 19 компараторов (фиг. 2к). При по влении на третьем входе порта 14 ввода единичного сигнала выходной сигнал первого термоэлектрического преобразовател  3 через коммутатор 27 подаетс  на вход АЦП 9, образованный на нем цифровой эквивалент запоминаетс  в отдельном регистре ОЗУ 13. После по влени  единичного сигнала на четвертом входе блока вычислени  и управлени  и соответственно на порте ввода коммутатор 27 переключает вход АЦП 9 на выход второго термоэлектрического преобразовател  4, выходное напр жение которого после преобразовани  в АЦП 9 в цифровой код записьтаетс  в другом регистре ОЗУ 13. Сразу же после этого в микропроцессоре 11 реализуетс  записанна  в ПЗУ 12 программа аппроксимации зависимости коррекции ДЕц от значений термо-ЭДС обоих термопреобразователей шш аппроксимации характеристики преобразовани  измерительного канала. Результаты записьшаютс  в соответствующие регистры ОЗУ 13, а после окончани  реализации соответствующей программы устройство автома Л21чески переводитс  в рабочий режим.

Программа вычислени  коэффициентов линейной аппроксимации функтдаи коррекции (Е) реализуетс , когда рабочий диапазон измерени  температуры Т ;„, Т„ахЗ настолько ти- рок, что недопустима линейна  аппроксимаци  действительной функции преобразовани  Е f(T). В данном случае в микропроцессорной системе должна быть занесена программа вычисле- ни  функции Т fn oM noMb обратной по отношению к градуировочной характеристике Е „0 f под, (Т) термоэлектрических преобразователей.

Функци  коррекции дЕ (Е) аппрок- симируетс  выражением

iExop + Е,. (1) причем коэффициенты аппроксимации вычисл ютс  по измеренным в режиме градуировки значени м Е, и Ej с по- мощью формул

Е « ном EI - Eaj.. O i

---.-.- , ,f

«Of

кор

Ej - Е,

Е-1 МО м - Е

.,

таз.

(3)

Яе Е,„„ f,,« (Т,); Е.,„„„ Лно.4 вытекаи щх из соотношений Е„р(Е,)

Е)нйм

- Е

(Ei)

ир кор Е,

+ Ь|

S ном Е.

а (top + Ькор-

(4)

(5)

Результат измерени  в данном случае вычисл етс  по формуле

Т Г4„(Е + лЕ,,р). (6) В случае достаточно узкого рабо- чего диапазона измерени , когда допустима линейна  аппроксимаци  обратной функции преобразовани 

:-1

Т f (Е) а + ЬЕ,

(7)

коэффициенты аппроксимации а и b вы- числ ютс  по результатам измерений Еу - f(T,.), Е - f(T«).

В ПЗУ 12 блока вычислени  и управлени  в данном случае записана программа, реализующа  формулы

а « 5iIi-I-§-iIi.

а г- - , ь 2

. Тг - Т,

,

вытекающие из уравнений

г (Ё,) - а - ЬЕ, Т,; f- (Е) а + bEg Tg.

(8)

(9) (10)

С целью повышени  достоверности измерительной информации целесообразно разбиение диапазона измер емой температуры на две части TaiKHM образом , чтобы в каждом из поддиапазонов температура измер лась при поj Ю

15

20

5

0

5

0

5

мощи того термопреобразовател , ре- перный материал которого.плавитс  при температуре, лежащей в этом поддиапазоне .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  температуры , содержащее термоэлектрический преобразователь, рабочий спай которого размещен в полости измерительного зонда, заполненного реперным материалом с определенной температурой фазового перехода, а первый вывод подключен к входу коммутатора, выход которого подключен через аналого- цифровой преобразователь к входу блока вычислени  и управлени , сое,- диненного с блоком индикации и управл ющим входом коммутатора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  температуры и улучшени  эксплуатационных характеристик устройства за счет исключени  ошибок, вызванных неточностью калибровки, в него введены второй термоэлектрический преобразователь , идентичный первому,.рабочий спай которого размещен в полости измерительного зонда, заполненного реперным материалом с температурйй фазового перехода, отличной от температуры первого реперного материала, дифференциатор, четь1ре компаратора с источниками опорных напр жений, два логических элемента И и дифференциальный усилитель, входы которого соединены с первыми вывoдa и термоэлектрических цреобразователей и входами коммутатора, а выход подключен к первому и второму компараторам и через дифференциатор соединен с третьим и четвертым компараторами, выходы которых соответственно подключены к первьм входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго компараторов и подключены к первому и второму входам блока вычислени  и управлени , третий и четвертый входы которого соответственно соединены с выходами первого и второго элементов И, а. управл ющий выход соединен с управ-- л ющим входом аналого-цифрового преобразовател , при этом вторые выводы термоэлектрических преобразователей подключены к общей шине устройства.

   Ж

   ц

   Фиг. 2

   Редактор А.Козориз

   Составитель В.Куликов Техред Г.Гербер

   Заказ 3081/44

   Тираж 778

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфичес1сое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

   Корректор Е.Рошко

   Подписное