Устройство для измерения температуры

12363жит измерительные зонды.(ИЗ) 1 и 2 с термоэлектрическими преобразователями 3 и 4, рабочие спаи которых размещены в конструктивно объединенных с ИЗ 1 и 2 наконечниках 5 и б, эаполненнык реперными материалами 7 и 8 кристаллической структуры с известными температурами Фазового перехода, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 вычисления и управления, включающий в себя микропроцес 30сор 11, запоминающие устройства12 и 13, порт 14 ввода, дифференциальный усилитель 15, компараторы 1619, источники 20-23 опорных напряжений,дифференциатор 24, элементы И25 и 26, блок 28 индикации и коммутатор 27. Введение новых элементови образование новых связей междуэлементами устройства позволяет исключить ошибки, вызванные неточностью калибровки. 2 ил.Изобретение относится к области измерения температуры, а именно к устройствам для измерения температуры с автоматической калибровкой измерительного канала, и может быть использовано в различных областях промьппленности для измерения и контроля температуры в технологических процессах, требующих измерения температуры.Цель изобретения - повьппение точности измерения температуры и улучшение эксплуатационных характеристик устройства за счет исключения ошибок, вызванных неточностью калибровки.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на Фиг, 2 - графики, иллюстрирующие принцип работы устройства.Устройство содержит два измерительных зонда 1 и 2 с термоэлектрическими преобразователями 3 и 4, ра бочие спаи которых размещены в конструктивно объединенных с зондами 1 и 2 наконечниках 5 и 6, заполненных различными реперными материалами 7 и 8 кристаллической структуры с известными и различными температурами Фазового перехода, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, блок 10 вычисления и управления, содержа" щий микропроцессор 11, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13 и порт 14 ввода, дифференциальный усилитель 15, компараторы 16-19, регулируемые источники опорных напряжений 20-23, дифференциатор 24, логические элементы И 25 и 26, коммутатор 27. Полости наконечников 5 и б конструктивно идентичных измерительных зондов 1 и 2 теплоизолированы друг от друга, термоэлектрические преобразователи 3 и 4 имеют одну и ту же градуировку.Блок вычисления и управления может быть реализован, например, на базе микропроцессорного комплекта К 580 по стандартной схеме в соответствии с инструкцией по применению микропроцессорного комплекта.Результат измерения высвечиваетсяв блоке 28 индикации.Порт 14 ввода необходим для передачи входных сигналов с выходов ком"параторов 16 и 17 на шину данныхмикропроцессорной системы в моментывоздейспвия на его управляющие входы 20 сигналов, поступающих с микропроцес, сора но шине управления.И ПЗУ 12 записаны программы вычисления в режиме калибровки параметров характеристики преобразования 25 30 35 40 измерительного канала, а в режиме измерения - результаты измерения, а также постоянные константы. ОЗУ 13 выполняет функцию хранения промежуточных результатов измерения и, в частности, получаемых в процессе калибрования коэффициентов, однозначно определяющих корректирующую функцию.Микропроцессор 11, ПЗУ 12, ОЗУ 13 и порт 14 ввода связаны между собой и с другими элементами устройства с помощью шины управления, шины адреса и шины данных.Коммутатор 27 реализует функцию коммутации двух его входных сигналов3 1236 (термо-ЭДС первого и второго термоэлектрических преобразователей) с входом АЦП 9 в зависимости от сигнала, поступающего на его управляющий вход с шины управления микропроцессорной системы.АЦП 9 осуществляет аналого-цифровое преобразование его входного аналогового сигнала, поступающего с термоэлектрических преобразовате О лей через коммутатор 27 по стробу, поступающему с шины управления мик ропроцессорной системы.Устройство работает следующим образом.В устройстве предусмотрены дварежима: режим калибровки измерительного канала и режим измерения температуры, причем режим калибровки осуществляется при каждом выводе объекта измерения на рабочий режим, приусловии, что температура зоны объекта измерения, в которой расположеныоба измерительных зонда, изменяетсясо скоростью не ниже, чем определенная для конкретного исполнения устройства,При этом должны быть пройденытемпературы фазовых переходов (реперные температуры) Т и Т (Т, с Т)веществ (материалов) 7 и 8, заполняющих наконечники 5 и 6 первого 1и второго 2 измерительных зондов.В режиме калибровки устройство работает следующим образом. 35При достижении во время вывбдаобъекта на режим любой из реперныхтемператур, например Т изменениетермо-ЭДС ЕИ) термоэлектрическогопреобразователя 3 на время фазового 4 Оперехода вещества 7, заполняющегонаконечник 5, приостанавливается,а термо-ЭДС Евторого термоэлектрического преобразователя 4 продолжает отслеживать изменение температу 4ры зоны объекта. При сравнении температуры эоны с реперной температурой Т на время фазового переходаматерйала 8, заполняющего полостьнаконечника 6 измерительного зонда 2,Озамедляется, а затем на некотороевремя приостанавливается изменениетермо-ЭДС термопреобразователя 4измерительного зонда 2 при непрерывном изменении термо-ЭДС Е й) перво-го термопреобраэователя 3 (фиг. 2 а).В процессе вывода объекта на режимсигнал на выходе дифференциального 330 4усилителя 15 О = К(Е- Е) изменяется (фиг, 2 б), На время, когда Е = (Е, - Е) с -Я где-Я, с 0 порог срабатывания первого компаратора, задаваемый источником 20 опорного напряжения, на выходе первого компаратора образуется единичный сигнал (фиг. 2 в). Такой же сигнал формируется на вьМоде второго компаратора 17 на промежутке времени, в течение которого ЕрЯ ., гдег) 0 - порог срабатывания второго компаратора (фиг, 2 г). ВыходнойЫе"игнал Ц = -- дифференциатора 24 (фиг. 2 д) переводит третий 18 и четвертый 19 компараторы в единичное состояние при условии, что соответственно 0 - , и Б(фиг. 2 е, ж). Выходы первого логического элемента И 25 находятся в единичном состоянии при условии, что в таком же состоянии одновременно находятся выходы первого 16 и.третьего 18 компараторов (фиг. 2 и). Единичное состояние второго логического элемента существует на интервале времени, когда совпадают единичные состояния выходов второго 17 и четвертого 19 компараторов (фиг. 2 к). При появлении на третьем входе порта 14 ввода единичного сигнала выходной сигнал первого термоэлектрического преобра" зователя 3 через коммутатор 27 подается на вход АЦП 9, образованный иа нем цифровой эквивалент запоминается в отдельном регистре ОЗУ 13, После появления единичного сигнала на четвертом входе блока вычисления и управления и соответственно на порте ввода коммутатор 27 переключа" ет вход АЦП 9 на выход второго термоэлектрического преобразователя 4, выходное напряжение которого после преобразования в АЦП 9 в цифровой код записывается в другом регистре ОЗУ 13, Сразу же после этого в микропроцессоре 11 реализуется записанная в ПЗУ 12 программа аппроксимации зависимости коррекции АЕ от значеИ ний термо-ЭДС обоих термопреобразова" телей или аппроксимации характеристики преобразования измерительного канала. Результаты записываются в соответствующие регистры ОЗУ 13, а после окончания реализации соответствующей программы устройство автома тически переводится в рабочий режим.5 12Программа вычисления коэффициентов линейной аппроксимации функциикоррекции аЕО (Е) реализуется, когда рабочий диапазон измерения температуры Т,;, Т д настолько широк, что недопустима линейная аппроксимация действительной функции преобразования Е = е(Т). В данном случае в микропроцессорной системе долж.на быть занесена программа вычисления функции Т = ном(Еном), обратнойпо отношению к градуировочной характеристике Е= 2 щ (Т) термоэлектрических преобразователей.Функция коррекции д Е (Е) аппрокМОДсимируется выражениемЕор = ао + Ь О Е, (1)причем коэффициенты аппроксимации.вычисляются по измеренным в режимеградуировки значениям Е, и Е с помощью формулЕньн Ей - Еау ЕЗов Е, - Е,Ь жию. 2 ЖЕйном Е(3)коугде Е- . (Т ) Е. - Абае(Т),вытекающйх из,соотношений(Е) а ю + Ьс Еффф Е 1 м - Е, (4)Еф (Е) "а,. +Ь Е."Ей ном Е(5)Результат измерения в данном случае вычисляется по формулеТ = Ййон (Е + аЕкор)(6)В случае достаточно узкого рабочего диапазона измерения, когда допустима линейная аппроксимация обратной функции преобразованияТГ(Е)а + ЬЕ, (7)коэффициенты аппроксимации а и Ь вы"числяются но результатам измеренийЕ - Ю(т,), Е - Ю(Т,).В ПЗУ 32 блока вычисления и управления в данном случае записанапрограмма, реализующая формулыЕТаУЕ-Ет,-т,ЬЕ - ,вытекающие из уравненийГ (Е) а + ЬЕ, Т,; (9)Е (Ез)а + ЬЕ = Тз,(10)С целью повышения достоверностиизмерительной информации целесооб. разно разбиение диапазона измеряемойтемпературы на две части таким образом, чтобы в каждом из поддиапазонов температура измерялась при по 36330 Ьмощи того термопреобразователя, реперный материал которого. плавитсяпри температуре, лежащей в этом поддиапазоне. 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее термоэлектрический преобразователь, рабочий спай которого размещен в полости измерительного зонда, заполненного реперным материалом с определенной температурой фазового перехода, а первый выводподключен к входу коммутатора. выходкоторого подключен через аналогоцифровой преобразователь к входублока вычисления и управления, сое"диненного с блоком индикации и управляющим входом коммутатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения температуры й улучшения эксплуатационныххарактеристик устройства за счетисключения ошибок, вызванных неточностью калибровки, в него введенывторой термоэлектрический преобразователь, идентичный первому,.рабочийспай которого размещен в полости измерительного зонда, заполненногореперным материалом с температуройфазового перехода,отличной от температуры первого реперного материала,дифференциатор, четыре компараторас источниками опорных напряжений,два логинеских элемента И и дифференциальный усилитель ВхОды которогосоединены с первыми выводами термоэлектрических преобразователей иВходами коммутатора, а выход подключен к первому и второму компараторами через дифференциатор соединен стретьим и четвертым компараторами,выходы которых соответственно подклю-чены к первьк входам первого и второго элементов И, вторые входы которыхсоответственно соединены с выходамипервого и второго компараторов иподключены к первому и второму входам блока вычисления и управления,третий и четвертый входы которогосоответственно соединены с выходамипервого и второго элементов И, ауправляющий выход соединен с управ-лянпщнм входом аналого-цифрового преобразователя, при этом вторые выводытермоэлектрических преобразователейподключены к общей шине устройства..Козориз Техред Г.ГерберКорректо к шк акаэ 3081/44 Тирак 778 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и 113035, Москва, Ж"35, Раушс