Устройство для измерения температуры

; 13Б 1 й,1,; ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Уфимский ордена Ленина авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Л.Б. Уразбахтина, М.И. Тютюник, Ф,ф. Султанов и Н.Р. Абдрахманова (53) 536.53(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР У 636489, кл, С 01 К 7/14, 1977.Авторское свидетельство СССР Р 773454, кл. О 01 К 7/14, 1979.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к области температурных измерений и может быть использовано для измерения быстроменяющихся температур, например, в газотурбинных установках на переходных режимах, Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем снижения шумов дифференцирующих усилителей и более точного 80216670 И определения постоянной времени термопреобразователя во время переходных процессов. Устройство содержит термопреобраэователь 1, усилитель 2, сумматор 3, дифференцирующие усилители 4 и 5, фильтры 6 и 7 нижних частот, блоки 8 ц 17 деления, ключи 9, 12 ц 15, блок 10 сравнения, интеграторы 1 и 16, блоки 13 и 14 нелинейности, умцожитель 18. С выхода блока 17 деления снимают сигнал, пропорциональный постоянной времени термопреобразователя 1. Блок 13 определяет момент насыщения блока 11 и выдает сигнал на входы ключей 12 и 15, осуществляющих одновременное обнуление выходов интеграторов 11 и 16, Устройство позволяет повысить точность коррекции показаний термопары за счет сглаживания оценки параметрра ь путем осреднеция, запоминания, использования ее для коррекции во время, когда работа первого делителя неустойчива. 3 ил.1Изобретение относится к областитемпературных измерений и может бытьиспользовано для измерения быстроменяющихся температур, например вгазотурбинных установках на переходных режимах.Целью изобретения является повышение точности измерения температуры путем снижения шумов .дифференцирующих усилителей и более точномуопределению постоянной времени термопреобразователя во,время переходных процессов.На фиг, 1 показана функциональнаясхема устройства; на,фиг. 2 - статическая характеристика первого блока нелинейности; на фиг, 3 - статическая характеристика второго блока нелинейности.Устройство (фпг. 1) содержит термопреобразователь 1, усилитель 2,сумматор 3, первый дифференцирующийусилитель 4, второй дифференцпрующийусилитель 5, первый фильтр 6 нижнихчастот, второй фильтр 7 нижних частот, первый блок 8 деления, первыйключ 9, блок 1 О сравнения, первыйинтегратор 11, второй ключ 12, первый блок 13 нелинейности, второйблок 14 нелинейности, третий ключ 15,второй интегратор 16, второй блок 17деления, умножитель 18.Устройство работает следующим образом,Прн скачкообразном изменении температуры на входе термопреобраэователя 1 на его выходе сигнал изменяется по законуоЕ,=Е,+ат К,(1- Г, (1)где Е - выходной сигнал термодатчика;Е - сигнал, соответствующийуровню температуры до ееизменения;К, " коэффициент передачи термопреобразователя;л- постоянная времени термопреобразователя;о - время, определяющее моментизменения температуры;бТ - приращение температуры,Напряжение с выхода усилителя 2где К - коэффициент усиления усилителя 2, поступает на идентичные дифференцирующие усилители 4 и 5, выходные сигналы которых соответственно равны 1 з. Кз 6 СЕъ К1 3 КК 1 Т е 1 О где Кэ - коэффициент усиления дифференцирующих усилителей 4и 5.При идеальной форме скачка отношение первой ЕЗ и второй Е произ водной сигнала Еопределяет постоянную времени термопреобраэователя 20. О-ъ ссОДля обеспечения работоспособности 40 устройствав области окончания переходных процессов предлагается постоянную времени термопреобразователя определять по отфильтрованным значениям производных, Фильтрация осу ществляется с помощью двух идентичных по структуре и параметрам фильтров нижних частот. Наиболее простореализовать фильтр первого порядка.Полоса пропускания фильтра выбирает ся из условия подавления шумов дифференцирук .его усилителя, формирующего вторую производную.Если принять помеху на выходе термодатчика в виде аддитивного белого 55 шума, ограниченного по спектру мощности И, то среднеквадратичная погрешность определения второй произ- воднойПо окончании переходных процессов втермопреобразователе уровень сигналов Еэ и Е уменьшается и становитсясоизмеримым с уровнем флюктуаций температуры, Это приводит к значительным погрешностям оценки постояннойвремени термопреобразователя. Болеетого, в установившемся режиме значение постоянной времени термопреобраЗ 5 зователя не определено:,1 - граничная круговая частотабелого шума.После фильтрации фильтром нижних частот среднеквадратичная погрешность10цЭо15 где К, - коэффициент передачи фильтров;Т,р - постоянная времени фильтра.Передаточная функция фильтра в операторной форме описывается выражениемт .Р+1При условии ослабления помехи в 20 раз параметры Фильтра могут бытьФопределены иэ условияД( . яоКоэффициент передачи фильтра выбирается иэ условия сохранения отно:шения амплитуд сигналов Е 5 и Е.Вид сигналов после фильтрации можно.определить, решив дифференциальное уравнение вида 20 ТсрЕБ+ЕБ:К КК. К 6 Т(81где Е - сигнал ца выходе фильтра бРешение уравнения. имеет видС-СоЕ,=К, К, Кк,ат р .тф С(ч Кя К, К, Кзот 1 (Е т-Е( - ь (11) Сигнал на выходе фильтра 7 имеетвид451-СоЕь=К(р КК КЬТ -чф-Тд-т Я(о)Таки образом, сигналы послефильтрации имеют одинаковые амплитудные ц фазовые искажения, поэтому наточность оценки постоянной временитермодатчика введение фильтрации неповлияет Еф-55Е 5Е Очевидно, что при соотношЕнии л, . выходные сигналы фильтров, поступающих на выход делителя 17 прилС-фЗ., т.е, в области окончания переходных процессов, превышают уровень помех.На устойчивость оценки постоянной времени термодатчика влияет случайная составляющая входного сигнала температуры. Для повышения динамической точцости коррекции предлагается вычислять среднее значение постоянной времени термопреобразователл на всем интервале наблюдения, Для этого предлагается интегрировать выходной сигнал делителя 8 интегратором 11о ),(12.) и делитель его на время (С-С ) егоработы. Для определения интервалаработы интегратора ц защ 5 ты от помехопределяется отклонение мгновенногозначения 1 (С ) от среднего значенияпостоянной времени термопреобразова- .теля.Е =КС)-й (13) ца блоке 10 сравиея, ца первый вход которого поступает сигнал с выхода второго блока 17 деления,. на второй вход поступает сигнал с выхода первого блока 8 деления и вводится допуск ца уровень средцеквадратического отклоеня прц помощи второго блока 14 нелинейности. Блок нелинейности содержит квадратор и нелинейный элемент, статическая характеристика которого изображена ца Фиг, 2. Квадратор определяет квадратичное значение выходцого сигнала;,. Нелинейный элемент реализует условие, ограничивающие квадрат разности мгно" венного ц среднего значения постоянной времени термодатчика.. Я (С)=(. (С)-.) (Н, (4) где Уо " зона допуска.Поскольку скорость изменения постоянной времени термопреобразователл ца интервале оценцвация является конечной велчой, то условие (14) в любой момент времени полностью оп- ределяет допустимый уровень отклонений мгновеиого значения от среднего. Велчша У определяется настройкой.при отладке устройства и зависит от характеристик газовых потоков.Среднее значение постоянной временио0Выход блока 14 нелинейности сое" динен с управляющим входом ключа 9, который синхронизирует во времени работу интеграторов 11 и 16;При прохождении помехи па ацен кеили по окончании переходных процессов н термопреобразонателе, когда выходной сигнал второго.делителя 17 будет в соответствии. с алгоритмом получения постоянной времени. термопреобразователя пеопрецелен, и его выходной сигнал пренратится в шум, среднеквадратичное отклонение зтого сигнала выйдет за предел допуска па уровень отклонения Гцо, чта определяется с помощью блока 14 нелинейности, который обнуляет вход интег" ратара 16 и с помощью ключа 9 абнуляет вход интегратора 11, и коррек-. тирующее воздействие Формируется по запомненному значению постоянной нремени термопреобразователя.Выходные сигналы интеграторов 11 и 16 подаются на первый и второй входы блока 17 деления, Отношение выходных сигналов двух интеграторов соответствует среднему значению постоянной времени термопреобразователя 20),:( йл 51 термопреобразователя оцениваетсятолько при выполнении условия (14)интегратором 16, выходной сигнал ко-.торого равен,В блоке умножения сигналы с выхода блока деления 17 и дпфференцирующего усилителя 4 перемножаются, а результирующий сигнал поступает на вход сумматора 3 с противоположным знаком:х 3-1 1( кк Тл (17)7 л 30 15 40 50 55 Жгде Е д - выходной сигнал сумматора.Подбором казФФициентов можно скомпенсировать динамическую ошибку, обуслонленную инерционностью термопреобразователя.При этом с выхода блока 17 снимают сигнал, пропорциональный постоянной времени термопреабразонателя.,Первый блок нелинейности апределяет момент насыщения первого интегратора и выдает сигнал на управляющиевходы ключей 12 и 15, осуществляющиходновременное обнуление выходов интеграторов 11 и 16, Статическая характеристика блока 13 нелинейности изображена на Фиг. 3.Таким образом, предлагаемое устройство для измерения быстроменяющихся температур позволяет повыситьточность коррекции показаний термопары за счет сглаживания оценки параметра пуем .асредпеия, запоми ания, использования ее для коррекции и те моменты времени, когда работа первого делителя неустойчива.ГФормула изобретенияУстройство для измерения темперагудл, содержащее последовательно включенные термопреабразователь и усилитель, выход которого соединен с первым входом сумматора и входом первого диФФеренцирующего усилителя, выход которого соединен с входом второго,диФференцирующега усилителя, умножитель, нходы которого соединены с выходам первого диФеренцирующега усилителя и выходам блока деления, а выход .подключен к второму входу сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности измерения, в него введены два Фильтра нижних частот, два блока нелинейпости, три ключа, два интегратора, блок сравнения и второй делитель, входы которого через Фильтры нижних частот соединены соответственно с выходами диФФеренцирующих уилителей, а вь(хад соединен с первым входом блока сравнения и через первый ключ подключен к входу первого интегратора, выход которого соедйней с первым входом первого блока деления и через первый блок нелинейности подключен к управляющим нходам второго и третьего ключей, под1216670 Фиг. 3 иг. ль В. КулМигунова Состави Техред С едактор В. Ивано Чер орре Тираж 778 ИИПИ Государственного комит по делам изобретений и отк 3035, Москва, Ж, РаушскаяЗаказ 996 5 ПодписноСССР аб., д. 4/5 филиал ППП "Патент.", т. Ужгород, ул. Проектная, 4 ключенных соответственно к обнуляющим входам первого и второго интеграторов, при этом выход первого блока деления подключен к второму входу блока сравнения, выход которого через второй блок нелинейности подключен к управляющему входу первого ключа и входу второго интегратора, выход которогб подключен к второму входу первого блока деления.