Устройство для измерения температуры

А 1 К 7 16 1 ОСУДАРС ТЛЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ОМИТЕТ СС ТЕНИЙ ИОТНРЬПЕЛЬСТ 8 У ЕМПЕВ 23В.Т, Стадник им гулии твердких итения ы танов- термоа т СОЮЗ СОЕЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВИД(56) Авторское свВ 932281, кл. С 01Шукшунов В.Е. Козвенья в устройствационарньж температу1970, с, 89, рис. 5 идетельство СССРК 7/16, 1980.р рек тирующиех измерения неср. - М.: Энергия 8012395 РЕТЕНИЯ, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАТУРЫ(57) Изобретение может найти нение в системах контроля и р рования температуры поверхнос дых тел, пристенных слоев жи газообразных сред. Цель изобр повышение точности измерения и родействия устройства путем у ки оптимального режима работы преобразователя. Устройство соности температур между спаями дифференциального термоэлектрического пре-,образователя 1 возникает термо-ЭДС.Величина суммарного выходного сигналазависит от теплового состояния термопреобразователя 1, его электрофизических параметров, значения измерительного тока и начального сопротивления термопреобраэователя 1, Устройство обладает свойством адаптации кконтролируемому объекту, 4 ил. 1239530 термопреобразователь 1, усилитель 2, регистратор 3, дифференциатор 4, фор.мирователь импульсов 5, схемы совпадения 6 и 7, счетчик импульсов 8,регистр 9, триггер 10,программируемый источник тока 11 (ПИТ), генератор им пульсов 12 и блок управления 13. Измерительный ток, значение которого задается ПИТ 11, протекает через тер мопреобразователь 1, расположенный на объекте контроля. Вследствие раз-.Изобретение относится к области температурных измерений и может найти применение в системах контроля и регулирования температуры поверхности твердых тел, пристенных слоев жидких и газообразных сред.Цель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия устройства путем установки оптимального режима работы термопреобраэователя. ОНа фиг. 1 представлена структурная схема устройства;на фиг. 2 - временные диаграммы изменения тока через термопреобраэователь и выходного напряжения усилителя; на фиг.З 15 переходные характеристики для дифференциального термоэлектрического преобразователя, терморезистора и термопреобразователя в целом; на фиг. 4 - конструкция термопреоб разователя и график распределения температур в тепловой системе объект контроля - термопреобразователь - окружающая среда.25Устройство содержит термопреобра" зователь 1, усилитель 2 с регулируемым коэффициентом усиления, регистратор 3, дифференциатор 4, формирователь 5 импульсов, первую схему 6 сов- зо падения, втррую схему 7 совпадения, счетчик 8 импульсов, регистр 9, триггер 10, программируемый источник 11 тока, генератор 12 импульсов, и блок 1.3 управления.Устройство работает следующим образом.При включении питания начинается процесс настройки (адаптации устройства), Блок 13 управления в момент времени й, (фиг. 2) вырабатывает одиночные короткие импульсы, которые устанавливают на двоичных выходах счетчика 8 код, состоящий из одних нулей, а на выходе триггера 10 и,следовательно, на входе схемы 6 совпадения - логическую единицу. Первый. импульс генератора 12 проходит через схему 6 совпадения и устанавливает на выходе регистра 9 код, состоящий из одних единиц, Этому состоянию соответствует наибольший ток 11 н, протекающий через термопреобразователь 1, задаваемый программируемым источником 11 тока и соответствующий ему коэффициент усиления усилителя 2. Величина коэффициента усиления К и значение тока 1 через термопреобраэователь связаны соотношениемК = ц (1 К, 13 9 )где Пнапряжение на выходе усилителя 2,соответствующее максимальной контролируемой температуре 9; сопротивление термопреобразователя при 0 С; температурный коэффициент сопротивления термореэистора термопреобразователя,Термопреобразователь 1 нагревается током 1 (фнг. 2 а). В это время с инверсного выхода генератора 12 подается логический нуль на вход схемы 7 совпадения, которая закрыта и не пропускает импульсы с выхода формирователя 5. Затеи логический нуль появляется на прямом выходе генератора12, а единица - на инверсном. Приэтом на выходе триггера 10 устанавливается логический нуль, а на входахрегистра 9 - код, соответствующий коду на выходах счетчика 8. На первомтакте он равен 000". При этом. через термопреобразователь протекаетнаименьший ток 1 = 1, и он начинает 1 Оостывать. Выходной сигнал в виде на-,пряжения на выводах термопреобразователя: усиливается, затем дифференцируется,и когда первая производная,меняет свой знак с минуса на плюс, вмомент времени .й, (фиг. 23), формирователь 5 формирует импульс, которыйчерез схему 7 совпадения поступает насчетчик 8. Схема 7 совпадения находится в открытом состоянии, так как на 2 Оее вход с инверсного выхода генератора 12 подана логическая единцца.Импульс со,схемы 7 совпадения подается также на вход установки единицытриггера 10, что разрешает прохожде- дние импульса генератора 12 черезсхему 6 совпадения, Этот импульс снова устанавливает единицу на выходахрегистра 9, и цикл с нагревом и охлаждением термопреобразователя повторяется с той разницей, что при охлаждении устанавливается значение измерительного тока 1 и величина коэффициента усиления. К усилителя 2 в соответствии с кодом на выходе регистра9, соответствующим количеству импуль 35сов, поступивших на счетчик 8. Кактолько напряжение на.выходе дифференциатора 4 не будет изменять своегознака во время охлаждения термопреоб 40раэователя, триггер 10 закроет схему6 совпадения и на управляющих входахпрограммируемого источника 11 токаи усилителя 2 установится постоянный код, соответствующий оптимальному току 1 =.1, через термопреобразователь. На этом заканчиваетсяпроцесс настройки и устройство переходит в рабочий режим, в которомобеспечивается повышение точности ибыстродействия,Действительно, измерительныйток 1, значение которого задается программируемым источником тока,.протекает через термопреобразователь, расположенный на объекте контроля, имеющего температуру 9 . На терморезисторе при этом падает напряжение(фиг. Зкривая И ), равное 1 йа 1+ + (9-а 9, - 0,5 аВ,)1, (фиг. 48), а вследствие разности температур (ЬФ,) между спаями дифференциального термо. электрического преобразователя возникает термо-ЭДС (кривая 1), равная Я дО. , где Я - чувствительность термоэлектрического преобразователя.Величина суммарного выходного сигнала (кривая 1 П) зависит от теплового состояния термопреобразователя (оно определяется параметрамиО д 9, и дйфиг.4 Ь),его электрофйэических параметров (, 3 у, значения измерительного тока 1 и начального сопротивления терморезистора К .Из изложенного выше следует, что методическая погрешность, условленная теплоотводом по корпусу термопреобразователя (дО ) и термическим сопротивлением ( д 9, ), может быть сведена к минимуму (нулю) при значении измерительного тока, равном1 = 8В. Р (датФэ+ 0,5)1Падение напряжения на термопреобраэователе при выполнении этого усло. вия равно 1 К,(1 +ЭВ ), т,е. однозначно и линейно связано с температурой поверхности.Таким образом, в зависимости от характера поверхности контролируемого объекта и условий эксплуатации устройства максимальное быстродействие и минимальная погрешность предлагаемого устройства обеспечивается при вполне определенном токе через термопреобразователь. Величина этого тока определяется автоматически, т.е.1 устройство обладает свойством адаптации к контролируемому объекту.Соответствие оптимального значения измерительного тока, при котором рассматриваемая методическая погрешность сводится к нулю, и момента времени, когда производная сигнала с термопреобраэователя не изменяет знак, подтверждается результатами моделирования переходных процессов предлагаемого термопреобразователя на ЭВМ и экспериментальном исследовании на макетном образце устройства.Формула изобретенияУстройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь,1239530 Ф усилитель, последовательно соединенные дифференциатор и формирователь импульсов, счетчик, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, и регистратор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия путем установки оптимального режима работы термопреоб разователя, в него введены две схемы совпадения, генератор импуль-сов, программируемый источник тока, регистр и триггер, входы "Установка, единицы" которого соответственно15 соединены с вторым выходом блока управления и счетным входом счетчика, выход подключен к первому входу первой схемы совпадения, второй вход которои соединен с прямым выходом гене О ратора импульсов, инверсный выход которого подключен к входу "Установка нуля" триггера н первому входувторой схемы совпадения, второй входкоторой соединен с выходом формирователя импульсов, а выход подключен ксчетному Входу счетчика выходы которого подключены к входам регистра,установочный вход которого соединенс выходом первой схемы совпадения,а выходы подключены к управляющимвходам программируемого источника тока и входам управления коэффициентомусиления усилителя, выход которогосоединен с входами регистратора и днфференциатора, а вход подклюиен к термопреобразователю, соединенномус выходом источника тока, при этомтермопреобразователь выполнен в видедифференциального термоэлектрического преобразователя, общим электродом которого является термореэистор.1239530 олятю иямефию сне ФиаФ оставитель В. Кулико ехредИ. Попович да Лугова ррект Н. Т Тирак 778 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 аз 3386/40 роектная, 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уаго