SU1506295A2 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области температурных измерений , в частности, к тем област м промышленности, где требуетс  длительное и точное измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и  вл етс  дополнительным к авт.св.N1136032. Цель изобретени  - повышение точности измерени  температуры за счет повышени  точности прогнозировани  погрешности дрейфа термоэлектрических преобразователей. Введенные последовательно соединенные счетчик 19, ПЗУ 20, и регистр 21, выход которого соединен с входом изменени  коэффициента пересчета счетчика 10, позвол ет мен ть коэффициент пересчета счетчика 10 в зависимости от конкретного значени  межкалибровочного интервала. Минимальное и максимальное значени  межкалибровочных интервалов задаютс  выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19. 2 ил.

Description

к

Изобретение относитс  к температурным измерени м, может быть использовано в тех отрасл х промышленности , где требуетс  длительное и точ- нов измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и  вл етс  усовершенствованием изобретени  по автсСВо № 1136032,

Цель изобретени  - повышение точ- ности измерени  за счет повышени  точности прогнозировани ,,

На фиг.1 представлена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - графики, по сн ющие работу ус гройства.

Устройство содержит термоэлектрический преобразователь (ТП) 1 с встроенньш калибратором 2, представл ющий собой размещенную в чехле ТП плавкую вставку, котора  обеспечивает формирование в зоне рабочего конца ТП в процессе калибровани  точной известной температуры, многовходовой сумматор 3, аналого-цифровой преобра зователь (АЦП) А, блок 5 коррекции на основе цифроаналогового преобразовател , ключ 6, блок эталонного напр жени  (ион) 7, выходное напр жение которого соответствует термоЭЛС по стандартной градуировочной таблице при температуре плавлени  вставки калибратора 2, генератор 8 опорной частоты, первый 9 и второй 10 счетчики , цифроаналоговые преобразова- тели (ЦАП) 11 и 12, первый блок 13 пам ти, блок 14 выборки, блок 15 сравнени , третий счетчик 16, ПАП 17 блок 18 управлени , четвертый счетчик 19, второй блок 20 пам ти и ре- гистр 21.

Устройство работает следующим образом .

В исходном состо нии все счетчики устройства сбрасьгоаютс  в нулевое состо ние, выходное напр жение циф- роаналоговых преобразователей устанавливаетс  равным нулю (цепи начальной установки на фиг не приведены ). В начале работы в режиме Калибрование производитс  коррекци  погрешности технологического разброса йЕ (фиго2) характеристики преобразовани  (ХП) термоэлектрического преобразовател  о При этом объект измерени  температуры переводитс  в режим стационарного нагрева либо охлаждени , что вызьшает соответствующее изменение термоЭПС на выходе ТПо При достюкении температуры фазового перехода (т.е., температуры плавлени  либо затвердевани ) материала вставки калибратора 2 выходной сигнал ТП 1 становитс  посто нным , что фиксируетс  блоком 18 управлени . Блок управлени  соответствующим сигналом подключает выход ИОН 7 посредством ключа 6 к входу сумматора . Пол рность включени  ИОН 7 выбрана противоположной пол рности включени  ТП 1, поэтому на выходе АЦП А по вл етс  код погрешности измерительного тракта: ТП 1 - сумматор 3 - АЦП АО Под управл ющим воздействием блока 18 управлени  этот код записываетс  в пам ть блока 5 KoppeKiuiH, что позвол ет скорректировать погрешность тракта в режиме Измерение, Все счетчики остаютс  в сброшенном состо нии.

В режиме Измерение счетчик 9 заполн етс  импульсами генератора 8 опорной частоты и по истечении некоторого времени код на выходе счетчика 9 станет равным коду, поступившему посредством блока 1А выборки из блока 13 пам тИо В последнем размещены коды отрезков времени, соответствующие изменению термоЭДС на наперед заданную величину погрешности при разных температурах. Выборка из блока 1А этих кодов осуществл етс  в соответствии со значени ми измер емой температуры (по выходному коду АЦП А). При равенстве первого кода с кодом на первом выходе счетчика 9, фиксируемом в блоке 15 сравнени , в счетчик 16 записьгеаем импульс измен ющий выходной код счетчика 16 на единицу, В соответствии с этим импульсом ЦАП 17 корректирует погрешность ТП в этот момент времени, а блок 1А выбирает из блока 13 пам ти следующее значение кода времени. Нарастание кода на выходе счетчика 9 приводит к-повторению описанного процесса, что позвол ет корректировать погрешность термоэлектрического преобразовател  (фиг, 2, dKj)

На фиг о 2 функци  Е приведена гладкой, хот  в действительности она моделируетс  ступенчатой кривой, шаг квантировани  по &. которой соответствует предварительно заданному значению погрешности Одновременное нарастание выходного кода счетчика 10, а значит и выходного напр жени 

ЦАП 11 не приводит к по влению напр жени  на входе сумматора 3 из-за нулевого кода в пам ти ЦАП 12 Однако в св зи с наличием в процессе дрейфа не только систематической, но и случайной составл ющей погрешности, св занной с индивидуальными особенност ми термоэлектрического преобразовател  и услови ми его эксплуатации , отличными от условий эксперимента (на основании которого в блок 13 пам ти введены коды, соответствующие изменению термоЭДС термоэлектрического преобразовател  на допустимое значение погрешности), возникает дополнительна  погрешность,котора  со временем может стать очень значительной о Коррекци  этой погрешности реализуетс  посредством повторени  через некоторые (довольно большие ) интервалы времени режима Калибрование , при котором объект измерени  температуры переводитс  в режим нагрева либо охлаждени  При достижении температуры фазового перехода материала вставки калибратора 2 выходной сигнал ТП 1 становитс  посто нным, что фиксируетс  блоком 18 управлени  о

Этот процесс соответствует полу

0

ИОН 7 . 3 1ачение полученного кода записываетс  в регистр ЦАП,

После указанных операций устройство переводитс  в режим Измерение В режиме Измерение продолжаетс  выборка кодов из блока П пам ти в зависимости от выходного кода АЦП 4, т.е„ производитс  коррекци  по экспериментальным данным, кроме того, ЦАП учитывает индивидуальные отличи  каждого конкретного ТП в моменты калибровани  Цепь счетчик 10 - ЦАП 11 - ПАП 12 позвол ет учесть также отличие индивидуальной скорости изменени  погрешности каждого конкретного ТП по отноп1ению к экспериментальным данным, Лл  этого ЦАП 12 выполнен как умножающий, т„е, на вход подключени  источника опорного напр жени  подключен выход ЦАП 11. Нарастание кода в счетчик 10 формирует на выходе ПАП 11 нарастающее напр жение

и

(1

На выходе ЦАП 12 формируетс 

25 выходное напр жение

(-2

где Е

0

Ллакс

и„ 4Е -р

мм КС

- максимальное значение выходного напр жени  ПАП 12,

чению точки йЕ

di

на фиго2о Корректирующее вли ние определ етс  напр жением на выходе ЦАП Р 4F и выходным напр жением ЦАП 17 11, 4Ез. В общем случае корректирующее вли ние не соответствует реально полученной погрешности из-за индивидуального отклонени  характеристики дрейфа ТП, что определ етс  погрешностью коррекции 4К| йГ: - (ДЕ н + Е j)o

ЛЕк представл ет собой меру неидеальности процесса коррекции и служит основой дл  индивидуальной коррекции каждого конкретного этого в момент перехода материала калибратора 2 АЦП 4 преобразует в код поступающую на его вход разность

термоЭДС ТП (с корректирующим воздай- JQ же ие ЦАП 12 определ етс  выражением ствием) и образцового напр жени 

L ° N « ИОЦ 7, т.е. наход т Ец, которое за- письгеаетс  в регистр ЦАП 12, После этого блок 18 управлени  сбрасывает счетчик 10 в нулевое состо ние и производит повторный запуск. АЦП 4. На выходе АЦП 4 получают код разности термоЭДС ТП (с коррекцией по экспе- риментальньп- данным) и напр жени 

5

0

5

Если врем  между двум  калибровани ми не соответствует некоторому посто нному наперед заданному значению , то и скорость нарастани  напр жени  и,, должна соответствовать межкалибровочному интервалу Дл  этого счетчик 10 включен с переменным коэффициентом пересчета Коэффициент пересчета задаетс  регистром 21 в соответствии с длительностью межкалибровочного интервала, который определ етс  счетчиком 19с Последний сбрасываетс  в нулевое состо ние в момент начала калибровани  и заполн етс  (до начала момента следующего калибровани ) импульсами, поступающими с выхода счетчика 9. Выходное напр 12 определ етс  выражением

L ° N « Ё м. к

макс (и Макс - «akc

опорное напр жение ЦАП 11;

максимальный коэффициент пересчета счетч1ша 10; текущее значение счетчика 10.

При равенстве межкалибровочных интервалов значени  , N ,р , , Е mc,c выбираютс  из равенства I ,1 AYj f на заданный межкалибро- вочный интервал (тое„, отличие индивидуальной скорости изменени  погрешности , определенное в предыдущем межкалибровочном интервале, прогнозируетс  на последующий межкалибро- вочный интервал) При разных напере неизвестных межкалибровочньгх интервалах необходимо соотнести полученное значение йК с длительностью межкалибровочного интервала дл  оп- ределени  индивидуального отличи  скорости изменени  погрешности ТП„ Дл  этого и, определ етс  из выражени 

ТГ,

„ Uon N ,0 4Ек

™

П

NТ

(о V«KC Л«о(кС

т,е, необходимо произвести операцию делени  на /ltk7i tK7 Ki г де ita ш моменты второго и первог калиброванийо

Во избежание резкого усложнени  схемы устройства преобразуют выражение в вид

и

и,

N

п

|0

JE.

16 М«КС «c.

tK

ЛГ

где 4t - среднее врем  либровани ми, перед задано.

Выбор и,„, N,,««,t N,, , Е „ и At ц (наход щегос  в знаменателе) позвол ет осуществить равенство U

Q 5

0

5

0

0

8

4Е за заданный межповерочный интервал .

Значение отношени - (в преdt K,j

делах допустимого отклонени  ), записанное в блок 20, позвол ет изменить коэффициент пересчета счетчика I О в зависимости от конкретного значени  межкалибровочного интервала,, Минимальное и максимальное значени  межкалибровочных интервалов задаютс  выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19.

Указанный процесс повтор етс  при каждом калибровании, что позвол ет более точно осуществить коррекцию погрешности ТП в соответствии с индивидуально скорректированной математической моделью дрейфа реального термоэлектрического преобразовател  на основе калибрований

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  температуры по авт.ев о № 1136032, о т л и - чающеес   тем, что, с целью повышени  точности, в него введены последовательно соединенные четвертый счетчик, второй блок пам ти и регистр, управл ющий вход которого соединен с входами сброса второго и четвертого счетчиков, а выход соединен с входом изменени  коэффициента пересчета второго счетчика, причем выход четвертого счетчика соединен с входом блока управлени , а вход - с выходом первого счетчика.

   йВ, мкб