SU1281921A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  температуры термоэлектрическими преобразовател ми с автоматической калибровкой измерительного канала. Цель изобретени  - повышение точности измерени  температуры . После первого прохождени  значений температуры объекта измерени  в регистрах 17 и 18 хран тс  коды поправок . После этого процесс калибровки заканчиваетс  и устройство переходит в режим измерени  с коррекцией. Код основного измерительного сигнала поступает на интерпол тор 19, функцией которого  вл етс  вычисление кода поправки дл  текущей температуры по известным значени м поправок дл  известных температур и известному текущему значению измерительного сигнала . Полученный на выходе интерпол тора 19 код поправки подаетс  на вход сумматора 16, на второй вход которого подаетс  код текущего измерительного сигнала, а на блок индикации - скорректированное значение кода с учетом поправок, компенсирующих собственные погрешности термоэлектрических преобразователей, соединительной линии, коммутаторов. Описана работа блока 20 синхронизации. 5 ил. i (Л

Description

23

ю

00

N)

Изобретение относитс  к температурным измерени м, а именно к устройствам дл  измерени  температуры термоэлектрическими преобразовател ми с автоматической калибровкой измери- тельного канала, и может найти применение в различных област х промышленности дл  измерени  и контрол  температуры в технологических процессах требующих точного измерени  темпера- туры.

Цель изобретени  - повьпиение точности измерени  температуры за счет сквозной калибровки всего измерительного канала и последзпощёй автоматической коррекции суммарной погрешности измерени .

На фиг. приведена структурна  t. схема устройства; на фиг.2 - графики по сн ю1цие работу устройства; на фиг.3 - один из вариантов блока синхронизации; на фиг.4 - схема интерпол тора; на фиг.5 - алгоритм работы устройства.

Устройство дл  измерени  температуры содержит два термоэлектрических преобразовател  1 и 2 с ,калибраторами , два компаратора 3 и 4, первый управл емый коммутатор (УК,) 5, первый . аналого-цифровой преобразователь (АЩ1() 6, блок 7 индикации, посто нное запоминающее устройство (ПЗУ) 8, второй управл емый коммутатор (УК) 9, второй аналого-цифровой преобразователь (ADJIj,) 10, три посто нных запоминающих устройства 11 - 13,три сумматора 14 - 16, два регистра 17 и 18, интерпол тор 19 и блок 20 синхронизации .

Рабочие спаи первого 1 и второго 2 термоэлектрических преобразователей помещены в герметизированные полости двух измерительных зондов 21 и 22 и электрически изолированы от стенок этих полостей, например, высокотемпературной керамикой,, полости заполнены двум  различньвди реперны- ми материалами 23 и 24 с известными температурами фазового перехода, ле- лсащими в пределах рабочего диапазона измерени  температуры.

. Блок 20 синхронизации выполн ет функцию управлени  и синхронизации работы всех блоков устройства и может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.З. Он содержит два элемента ИЛИ 25 и 26, элемент НЕ 27, формирователь 28 импульсов, три груп

5

0

5

пы элементов И 29-31, группу элементов ИЛИ 32, регистр 33 микрокоманд, блок 34 пам ти микрокоманд, регистр 35 адреса, два триггера 36 и 37, два элемента 38 и 39 задержки.

Устройство работает по алгоритму, схема которого приведена на фиг.З. При первичном включении устройства температура объекта измерени  предполагаетс  лежащей ниже нижней границы рабочего диапазЪна температуры устройства.

При повышении температуры объекта измерени  ее значение в некоторые

моменты

и с-а достигает, а затем

v-a jv 1 irii eic 1 ,

И превышает значени  температуры Т( и Т фазового перехода реперных материалов , содержащихс  в полост х калибраторов, в которых размещены рабочие спаи (PC) первого и второго термоэлектрических преобразователей. На промежутках времени 1;, и с - t.j, когда в массе реперного материала каждого из калибраторов протекают процессы фазового перехода, темпера-, тура рабочих спаев термоэлектрических преобразователей и, соответственно , термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей остаютс  посто нными. Благодар  этому на графике зависимости термо-ЭДС от времени дл  каждрго из термоэлектрических преобразовате- . лей (ТЭП) возникают площадки стабильности ,, соответствующие времени 5 протекани  фазовых переходов (фиг.2о().

Поскольк у первый и второй ТЭП соединены последовательно-встречно,, их разностна  термо-ЭДС

0

.ЕрС) .Е,() -

(I)

на промежутках о, -1),, и tj -,) отличаетс  от нулевой, причем импульсы Ер( & ) при изменении температуры в области Т/, и Tj имеют противополож- ные знаки (фиг.28), а в течение все- го остального времени разностна  ЭДС близка к нулю ввиду равенства температуры рабочих спаев обоих ТЭП.

. Это позвол ет использовать значение разностной ЭДС и ее знак дл  автоматической идентификации периодов протекани  процессов фазового перехода в реперных материалах. Разност- на  ЭДС поступает на вход АЦП 10, откуда ее код подаетс  на компаратор 3, где и сравниваетс  с значени ми кодов уставок Кр и Epj , причем Epg 0, Ер, 0.

3,

Моменты равенства Ер значени м кодов уставок определ ют моменты начала и конца фазовых переходов.

Возможны три случа : Ер г Ер ; Epj и Ер i Ер , каждому из которых соответствует определенное состо ние выходов компаратора. В первом случае единичный сигнал по вл етс  только на третьем выходе компаратора 3, во втором - на втором выходе и в третьем - на первом выходе .

Выходные сигналы компаратора 3 подаютс  на управл ющие входы управл емых коммутаторов 5 и 9. При подаче на первый вход коммутатора 5 нулевого сигнала, а на второй вход - единичного сигнала на его выходе по вл етс  сигнал при подаче нулевых сигналов сигнал на его выходе f сит от сигналов на третьем и четвертом управл ющих входах, а при подаче на первый вход единичного сигнала, а на второй вход нулевого сигнала на его выходе по вл етс  сигнал Ej.

Состо ни  коммутатора 5 в зависи- .мости от сигналов, поступающих на его третий и четвертый управл ющие входы, следующие.

При подаче нулевого сигнала на третий вход и единичного сигнала на четвертый вход на его выходе по вл етс  сигнал Eg, при подаче единичного сигнала на третий вход и нулевого сигнала на четвертый на его выходе сигнал Е,.

С выхода коммутатора 5 сигналы Е/, и Eg поступают на вход АЦП 10, где преобразуютс  в цифровой код, и далее через коммутатор 9 поступают в зависимости от сигналов на его управл ющих входах на один из сумматоров 14, 15 или 16.

Так, при наличии нулевых сигналов на первом и втором и единичного сигнала на третьем входах выход АЦП 10 подключаетс  к входу сумматора 14, при наличии единичного сигнала на втором входе - к входам компаратора 4 интерпол тора 19 и сумматора 16, а при наличии единичного сигнала на. третьем входе - к входу сумматора 15

Таким образом, в периоды протекани  фазовых переходов в реперных материалах калибраторов выходы соответствующих ТЭП подключаютс  через коммутаторы 5 и 9 и АЦП 10 к сумматорам 14 и 16, на вторые входы которых

подаютс  из ПЗУ 12 и 13 коды номинальных значений выходных сигналов E,HOM(TV ). ,) тех же ТЭП при тех же температурах Т и Т. При этом 5 на выходе сумматоров получаем код абсолютной погрешности а Е,(Т,) и лЕ(Т) первого и второго ТЭП при температурах Т, и Tj в соответствии с выражени ми

fO - ДЕ,(Т,) Е,(Т,) - Е,„„(Т,); , . UE,(T2) ) - Е.СТ)/ Полученные коды абсолютной погрешности дают оценку, суммарной погрешности ТЭП, соединительной линии,,обо- 15 их ко} 1мутаторов и АЦП. Поправки лЕп, (Т, ), b.Y.Cl) , представл ющие собой абсолютные погрешности, вз тые с обратным знаком

ЛЕ„, (Т,) - ЛЕ,(Т,); 0 йЕ„, (Т) - лЕ,,(Т), (3)

просуммированные с измерительным сигналом , обеспечивают коррекцию всех перечисленных вьщ1е составл ющих погрешности 5 ,Е„, (Т.) + Е,(Т,) Е,„,Т,);

ЬЕ„,(Т,) + ) Е,„,„(Т2). (4) Таким образом, после первого прохож- . дени  значений Т и Tj температурой объекта измерени  в регистрах 17 и 0 18 хран тс  коды поправок ДЕр, (Т() и U (Т). После этого процесс калибровки считаетс  .завершенным и устройство автоматически переходит в режим измерени  с коррекцией. Графики 5 зависимостей EiCl), Е,,( 5 ) приведены на фиг..2а.

Выполнение услови  Ер Ер Ерц означает, что ни в одном из реперных материалов не протекает процесс фазо- 0 вого перехода (график Е (-с) нафиг.28). При этом вход управл емого коммутатора 9 соединен с его третьим выходом и код измерительного сигнала поступает на компаратор 4, интерпол тор 19 5 и сумматор 16. Одновременно на входы компаратора 4 подаютс  значени  ко- Д°« Е„„„(Т,), Е,„„(Т) из ПЗУ 12 и 13. В результате сравнени  текущего кода измерительного сигнала Е(Т) с 0 указанными выше уставками в компараторе 3 формируетс  выходной сигнал, управл ющий переключением управл емого коммутатора 4 таким образом, что к входу АЦП 10 в режиме измерени  5 оказываетс  подключенным тот из ТЭП, который калиброван при температуре, наиболее близкой к текущей.

При этом, если Е() ,„о(Т,) + (l)l первом выходе компаратора 4 по вл етс  единичный, а на втором - нулевой сигналы. Если Е(Т) 1/2{Е,{Т,)4Е,.,),то на первом выходе компаратора 3 нулевой, а на втором выходе единичный сигна лы. Графики выходного напр жени  компараторов 3 и 4 приведены соответственно на фиг.2 Ь,г.а.е.

Код основного измерительного сигнала Е(Т). поступает далее на интерпол тор 19, функцией которого  вл етс  вычисление кода поправки ьЕ(Т) дл  текущей температуры Т по известным значени м поправок uE, (Т() и ЛЕ (Т) дл  температуры Т, и T,j и известному текущему значению Е(Т). Интерпол ци  в простейшем случае может быть линейной, что приемлемо дл  случаев, когда зависимость погреш12819216

функцию ЕЗ, (Т) Е(Т) +ЛЕ„(Т), вследствие чего на вход блока индикации подаетс  скорректированное значение кода с учетом поправок, ком- 5 пенсирующих собственные погрешности ТЭП, соединительной линии, коммутаторов , АЦП.

Блок синхронизации (фиг.З) работает следующим образом. 10 При включении питани  формирователь 28 импульса, вход которого подключен к источнику питани  устройства , вырабатывает импульс начальной установки, устанавливающий в нулевое 5 состо ние первый 36 и второй 37 триггеры и регистр 33 микрокоманд. На выходе элемента НЕ 27 по вл етс  сигнал единичного уровн , пропускающий нулевой код, хран щийс  в поле А.„о 1

ва, вырабатывает импульс начальной установки, устанавливающий в нулевое состо ние первый 36 и второй 37 триггеры и регистр 33 микрокоманд. На выходе элемента НЕ 27 по вл етс  сигнал единичного уровн , пропускающий нулевой код, хран щийс  в поле А.„о 1

ности измерени  от температуры Т близ-20 регистра 33 микрокоманд, через соотка к линейной.

В качестве интерпол тора может быть использовано любое вычислительное устройство или специализированный вычислитель, вьшолненный, например , по схеме, приведенной на фиг.4. Он содержит три регистра 40 - 42, три сумматора 43 - 45, два перемножител  46 и 47 и элемент 48 заДерж- ки. В первом регистре 40 хранитс  код, пропорциональный величины А 1

Т,- Т,

в третьем регистре 42 код , . Сигнал, поступающий на управл ющий вход интерпол тора, разре- щает его работу. В первом сумматоре

43осуществл етс  операци  нахождени  величины (Т,) - дЕ, (Т, ). На выходе пегремножител  46 формируетс  код С В-А, на выходе сумматора

44- код, пропорциональный величине (Т) - .ЬЕ „, (Т,) , на выходе перемножител  47 - код- В А В. Во втором сумматоре 45 осуществл етс  операци  нахождени  величины I и ) - ЬЕ„,(Т,)- Е(Т)-6Е,, (Т, ) /(Т,-Т,)uE ,, (Т,).

Результат вычислени  заноситс  сигналом, вырабатываемым элементом 48 задержки. Этот же сигнал свидетельствует об окончании работы интерпол тора 19. Полученный на выходе интерпол тора 19 код поправок дЕ,,(Т) дл  произвольной текущей температуры Т подаетс  на один из входов сумматора 16, на второй вход которого подаетс  код текущего измерительйого сигнала Е(Т). Сумматор 16 реализует

ветствующую группу элементов И 31 и группу элементов И 32 на входы регистра 35 адреса. Через промежуток времени, определ емый параметрами

второго элемента 24 задержки, в регистр 35 адреса заноситс  код, наход щийс  в поле регистра 33 микрокоманд . Через промежуток времени, определ емьй параметрами первого элемента 23 задержки, считанна  из блока 34 пам ти микрокоманд 34 информаци  заноситс  в регистр 33 микрокоманд . Сигналы синхронизации по вл ютс  на соответствующих выходах пол 

микрокоманд регистра 33 микрокоманд. При запуске узлов и блоков, обладающих посто нным временем выполнени  операции, сигнал присутствует также и на первом выходе пол  микрокоманд

регистра 33 микрокоманд.

При запуске узлов с переменным временем работы (АЦП 6 и АЦП 10),а также при запуске интерпол тора 19

ответные сигналы этих устройств поступают на соответствующие входы пер- вого элемента ИДИ 25. При поступлении сигнала на один из входов первого элемента ИЛИ 25 при помощи первого 38 и второго 39 элементов задержки осуществл етс  выборка из блока 34 пам ти микрокоманд очередного управл ющего слова.

Дл  анализа выполнени  условий ис .пользуютс  сигналы опроса условий, формируемые на выходах пол  условий регистра микрокоманд. Дл  осуществлени  перехода по условию в поле Ann 2 указываетс  адрес перехода. При вы7

полнении услови  на выходе второго элемента ИЛИ по вл етс  единичный сигнал, разрешающий прохождение адреса , указанного в поле Ann 2, через соответствующую группу элементов И 30 и группу элементов ШШ 32 на входы регистра 35 адреса.

Первый 36 и второй 37 триггеры служат дл  формировани  условий выполнени  этапов определени  фазовых переходов и устанавливаютс  в единичное состо ние при сигналах, включающих на табло индикацию о фазовых переходах реперных материалов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дп  измерени  температуры , содержащее два идентичных термоэлектрических преобразовател , ра- бочие спаи которых размещены в герметизированных полост х двух измерительных зондов, заполненных двум  ре перными материалами с различной температурой фазового перехода, первые выводы соединены между собой, а вторые подключены к первому и второму входам первого коммутатора, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразовател , два компаратора, посто нное запоминающее устройство и блок индикации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  температуры за счет сквозной калиб- ровки всего измерительного канала и последующей автоматической коррекции суммарной погрешности измерени , в него введены три сумматора, два регистра , три посто нных запоминаю- щих устройства, блок синхронизации, интерпол тор, второй коммутатор и второй анало го-цифровой преобразователь , вход которого соединен с вторыми вьшодами двух термоэлектрических преобразователей, а выход подключен к первому входу первого компаратора, второй и третий входы которого сое

   .

   fO 15

   20 25 30 35 40 45

   9218

   динены соответственно с выходам первого и второго посто нных запоминаю- , щих устройств, а первый, второй и третий выходы соединены с соответствующими входами второго управл емого коммутатора, вход которого подключен к выходу первого аналого-цифрового преобразовател , а первый и второй выходы соединены соответстде нно с первыми входами первого и второго сумматоров, вторые входы которых под- ключены соответственно к выходам третьего и четвертого посто нных запоминающих устройств, соединенных с nepBJ iM и вторым входами второго компаратора , выходы первого и второго сумматоров соответственно через первый и второй регистры подключены к первому и второму входам интерпол тора , третий вход которого соединен с третьим выходом второго компаратора и первым входом третьего сумматора , выход которого соединен с блоком индикации, а второй вход подключен к выходу интерпол тора, при этом первые выводы термоэлектрических преобразователей соединены с третьим :: входом первого коммутатора, первый и второй управл ющие входы которого соединены соответственно с первым и третьим выходами первого компаратора,о а третий и четвертый управл ющие входы соединены с первым и вторым выходами второго компаратора, уцравл - ющие входы аналого-цифровых преобразователей , посто нных запоминающих устройств, регистров, компараторов, интерпол тора, сумматоров и блока индикации соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, первый вход которого соединен с первым выходом второго компаратора, второй и третий входы - с первым и третьим выходами первого компаратора, соответственно , а четвертый, п тый и шестой входы - с выходами готовности результата аналого-цифровых преобразователей и интерпол тора.

   Шина Si,tj( сигнадоб бС(ШВСбС)Г

   :(

   .5