SU1239530A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Description

термопреобразователь 1, усилитель 2, регистратор 3, дифференциатор 4, формирователь импульсов 5, схемы совпадени  6 и 7, счетчик импульсов 8,регистр 9, триггер 10, программируемый источник тока 11 (ПИТ), генератор им пульсов 12 и блок управлени  13. Измерительный ток, значение которого задаетс  ПИТ 11, протекает через тер мопреобразователь 1, расположенный на объекте контрол . Вследствие разИзобретение относитс  к области температурных измерений и может найти применение в системах контрол  и регулировани  температуры поверхности твердых тел, пристенных слоев жидких и газообразных сред.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и быстродействи  устройства путем установки оптимального режима работы термопреобразовател .

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства;на фиг. 2 - временные диаграммы изменени  тока через термопреобразователь и выходного напр жени  усилител ; на фиг.З переходные характеристики дп  диф- ферен иального термоэлектрического преобразовател , терморезистора и термопрербразовател  в целом; на фиг. 4 - конструкци  термопреоб- разовател  и график распределени  температур в тепловой системе объект контр.ол  - термопреобразователь - окружающа  среда.

Устройство содержит термопреобразователь 1, усилитель 2 с регулируемым коэффициентом усилени , регистратор 3, дифференциатор 4, формирователь 5 импульсов, первую схему 6 сов падени , втррую схему 7 совпадени , счетчик 8 импульсов, регистр 9, триггер 10, программируемый источник 11 тока, генератор 12 импульсов, и блок 13 управлени .

Устройство работает следующим образом .

При включении питани  начинаетс  процесс настройки (адаптации устрой

ности температур между спа ми дифференциального термоэлектрического пре- образовател  1 возникает термо-ЭДС. Величина суммарного выходного сигнала зависит от теплового состо ни  термопреобразовател  1, его электрофизических параметров, значени  измерительного тока и начального сопротивлени  термопреобразовател  1, Устройство обладает свойством адаптации к контролируемому объекту. 4 ил. ства ). Блок 13 управлени  в момент времени t (фиг. 2) вьфабатьтает одиночные короткие импульсы, которые устанавливают на двоичных выходах счетчика 8 код, состо щий из одних нулей, а на выходе триггера 10 и,следовательно , на входе схемы 6 совпадени  - логическую единицу. Первый. импульс генератора 12 проходит через схему 6 совпадени  и устанавливает на выходе регистра 9 код, состо щий из одних единиц. Этому состо нию соответствует наибольший ток I In, протекающий через термопреобразователь 1, задаваемый программируемым источником 11 тока и соответствуипций ему коэффициент усилени  усилител  2. Величина коэффициента усилени  К и значение тока I через термопреоб- разователь св заны соотношением

К

к„ р 0„ )

где Ug - напр жение на выходе усилител  2,соответствующее максимальной контролируемой температуре в„;

R - сопротивление термопреобразовател  при О С; р - температурный коэффициент сопротивлени  терморезистора т ермопреобразовател .

Термопреобразователь 1 нагревает- с  током 1„ (фиг. 2а). В это врем  с инверсного выхода генератора 12 подаетс  логический нуль на вход схемы 7 совпадени , котора  закрыта и не пропускает импульсы с выхода формировател  5. Затем логический нуль по вл етс  на пр мом выходе генератора , 12, а единица - на инверсном. При этом на выходе триггера 10 устанавливаетс  логический нуль, а на входах регистра 9 - код, соотретствующий коду на вьпсодах счетчика 8. На первом такте он равен 00...О. При этом через термопреобразователь протекает наименьший ток I I и он начинает остывать. Выходной сигнал в виде на- пр жени  на выводах термопреобразовател  усиливаетс , затем дифференцируетс , и когда перва  производна  йен ет свой знак с минуса на плюс, в момент временив, (фиг. 2iS), формирователь 5 формирует импульс, который через схему 7 совпадени  поступает на счетчик 8. Схема 7 совпадени  находи-р с  в открытом состо нии, так как на ее вход с инверсного выхода генератора 12 подана Логическа  единцца. Импульс со. схемы 7 совпадени  подаетс  также на вход установки единицы триггера 10, что разрешает прохожде- ние импульса генератора 12 через схему 6 совпадени . Этот импульс снова устанавливает единицу на выходах регистра 9, к цикл с нагревом и охлаждением термопреобразовател  повтор етс  с той разницей, что при охлаждении устанавливаетс  значение измерительного тока. I и величина коэффициента усилени  К усилител  2 в соответствии с кодом на выходе регистра 9, соответствующим количеству импульсов , поступивших на счетчик 8. Как только напр жение на выходе дифференциатора 4 не будет измен ть своего знака во врем  охлаждени  термопреобразовател , триггер 10 закроет схему 6 совпадени  и на управл ющих входах программируемого источника 11 тока и усилител  2 установитс  посто нный код, соответствующий оптимальному току I 1д„,, через термопреоб- разрватель. На зтом заканчиваетс  процесс настройки и устройство переходит в рабочий режим, в котором обеспечиваетс  повьшение точности и быстродействи .

Действительно, измерительный ток I, значение которого задаетс  программируемым источником тока, протекает через термопреобразователь,55 расположенный на объекте контрол , имеющего температуру® . На терморезисторе при этом падает напр жение

; 0 5 0 5 д

0

5

(фиг. 3, крива  и ), равное + + .f-( 0,5ae.j), (фиг. 4$), а вследствие разности температур (Аб,) между спа ми дифференциального Термоэлектрического преобразовател  возникает термо-ЭДС (крива  I), равна  З Лб., 5  е S - чувствительность термоэлектрического преобразовател . Величина суммарного выходного сигнала (крива  III) зависит от теплового состо ни  термопреобразовател  (оно определ етс  параметрами 0 &Q ийб ,фиг.4&),его электрофизических параметров (Р , 3), значени  измерительного тока I и начального сопротивлени  терморезистора Ё.

Из изложенного вьше следует, что методическа  погрешность, условленна  теплоотводом по корпусу термопреобразовател  (лб, ) и термическим сопротивлением ( д0 ), может быть сведена к минимуму (нулю) при значении измерительного тока, равном

I S К„ (,+ 0,5)1.

Падение напр жени  на термопреобразователе при выполнении этого уело .ВИЯ равно +р0), т.е. однозначно и линейно св зано с температурой поверхности.

Таким образом, в зависимости от характера поверхности контролируемого объекта и условий эксплуатации устройства максимальное быстродействие и минимальна  погрешность предлагаемого устройства обеспечиваетс  при вполне определенном токе через термопреобразователь . Величина этого тока определ етс  автоматически, т.е. (устройство обладает свойством адаптации к контролируемому объекту.

Соответствие оптимального значени  измерительного тока, при котором рассматриваема  методическа  погрешность сводитс  к нулю, и момента времени , когда производна  сигнала с термопреобразовател  не измен ет знак, подтверждаетс  результатами моделировани  переходных процессов предлагаемого термопреобразовател  на ЭВМ и экспериментальном исследовании на макетном образце устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  температуры , содержащее термопреобразователь.

   усилитель, последовательно соединенные дифференциатор и формирователь импульсов, счетчик, управл ющий вход которого соединен с первьм выходом блока управлени , и регистратор, о т- личающеес  тем, что, с целью повьшени  точности измерени  и быстродействи  путем установки оптимального режима работы термойреоб- разовател , в него введены две схемь совпадени , генератор импульсов , программируемый источник тока, регистр и триггер, входа Установка единицы которого соответственно соединены с вторым выходом блока управлени  и счетным входом счетчика, выход подключен к первому входу первой схемы совпадени , второй вход которой соединен с пр мым выходом генератора импульсов, инверсный выход которого подключен к входу Установ 0

   ка нул  триггера и первому входу второй схемы совпадени , второй вход которой соединен с выходом формировател  импульсов, а выход подключен к счетному бходу счетчика ЕМКОДЫ которого подключены к входам регистра, установочный вход которого соединен с выходом первой схемы совпадени ,

   а выходы подключены к управл ющим входам программируемого источника тока и входам управлени  коэффициентом усилени  усилител , выход которого соединен с входами регистратора и днф{ференциатора , а вход подключен к термопреобразователю , соединенному с выходом источника тока, при этом термопреобразователь выполнен в внде да фференциального термоэлектрического преобразовател , общим электродом которого  вл етс  терморезистор .

   Jonm

   to

   Фиг.2

   Фмг.3

   Объект квнтрОАЯ

   Терморезис тор f ТепАоизоЛ тор L

   Теплоизол тор

   В изме/ / льмун схему

   TcMnepaffiyija Окружающего воздуха