Устройство для измерения меняющихся температур

, 32968 и 19) 1 К 3/ ИСА нологический ромьппленност охимический оваЛенина)Н.Евстигнеев,кий и Н.М.Саф(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯЮЩИСЯ ТЕМПЕРАТУР(57) Изобретение оттурным измерениям.повышение точностиуменьшения ошибки иной неточностью кости термопреобразо к темпераобретения - ия путем я, вызванноси ел змере мерен его ре нсация рекци ателя инерцион Устройст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ,71) Ленинградский теинститут холодильнойи Ленинградский электинститут им. В,И.Улья. АвторскоеР 699353, кл содержит термопреобразователь 1, усилитель 2, блок 3 вычитания, дифференциатор 4, регистратор 5, схему 6 сравнения, триггер 7, интегратор 8, буферный каскад 9, конденсатор 1 О,ключ 11 и генератор 12 пилообразного напряжения. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет на его выходе получить сигнал, пропорциональный как входному сигналу, так и его производной, с учетом тепловой инерции термопреобразователя 1 на основе развертывающего преобразования экспоненциального продифференцированного входного сигнала в относительную Я длительность широтно-модулированных сигналов, управляющих периодическим интегрированием напряжения, характеризующего тепловую инерцию термопреоб- Сев разователя 1 с учетом предыдущ зультата, благодаря чему компе реализуется более точно, чем при отсутствии модуляции. 2 ил,Изобретение относится к температур" ным измерениям и может найти применение в информационно-измерительных системах при измерении меняющихся температур газовых потоков в нестацко нарных условиях теплообмена систем охлаждения энергетических установок высокоскоростного наземйого транспорта.Цель изобретения - повьшение точИ кости измерения, путем уменьшения ошибки измерения, вызванной неточностью коррекции инерционности термопреобразователя.1 фНа фиг. приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - графики, поясня-, ющие работу устройства.Устройство для измерения меняющихся температур содержит термопреоораэователь 1 с предварительным усилителем 2 выход которого подключен к первому входу сумматора блока 3 вычитания и к входу активного дифференциатора 4, регистратор 5, подключенныйь ) к выходу блока вычитания, схему 6 сравнения, первый вход которой под" ключен к выходу активного дифференциатора 4, триггер 7, В-вход которо-. го соединен с выходом схемы 6 сравпе" ния, а выход - с управляющим входомч, 1 интегратора 8. Устройство содержит также буферный каскад 9, конденсатор 1 О, ключ 11 и генератор 12 пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом дифференциатора 4 выход пилообразного напряжения генератора 12 соединен с вторым входом схемы 6 сравнения, а тактирующий вход - с Б-входом триггера 7 и40 управляющим входом ключа 11, включенного между выходом интегратора 8 и входом буферного каскада 9, к которому от общей шины подключен конденсатор 10, а выход буферного каскада 9 объединен с вторьм входом блока 3 вычитания и с неуправляемым входом интегратора 8, на управляющий вход которого подается постоянное напряжение П (источник постоянного напряжения непоказан) .50Устройство работает следующим образом.Пусть в качальный момент времени сигнал на выходе термопреобразовате 4; ля 1 равен нулю, интегратор 8 сброшен, ключ 11 разомкнут, конденсатор 10 разряжен. С появлением сигнала от термопреобраэователя 1 усилитель 2 его усиливает (Фиг,2), после чего сигнал поступает на первый вход блока 3 вычитания к вход активного дифференциатора. 4. На выходе дкфференциатора 4 появляется продифферекцированный сигнал (фиг.2 б), поступающий на первый вход схемы 6 сравнения и на управляющий вход генератора 12, запуская его. При этом на первом выхо. де генератора 12 Формируется последо"вательность импульсов Ф , представляющая собой периодически повторяющееся пилообразное напряжение (фиг.2 в), а на втором выходе - последовательность импульсов Ф,(фиг.2 г) с тем же периодом Т.С приходом первого импульса второй импульсной последовательности ка 8- вход триггера 7 последний устанавливается в единичное состояние, разрешая работу интегратора 8, на управляемый вход которого подается постоянное напряженке, В момент равенства сигналов с:выходов дифференциатора 4 и генератора 12 импульсов, поступающих на входы схемы 6 сравнения, на ее выходе появляется сигнал (фиг.2 д) переводящий триггер 7 по К-входу в нулевое состояние., При этом интегратор 8 завершает работу по управляемсму входу, так как на его управля- щем входе присутствует сигнал "0 выхода триггера 7 (Фиг.2 е), Проинтегрированный сигнал с выхода интегратора 8 (фиг.2 ж) поступает ка информа-. ционный вход ключа 11 и при появлении второго импульса второй импульсной последовательности на управляющем входе ключа 11 заряжает конденсатор 10. Затем через буферный каскад 9 этот сигнал поступает на второй вход блока 3 вычитания, а также по цепи обратной связи - на неуправляемый вход интегратора 8.Блок 3 вычитания формирует сигнал,поступающий на регистратор 5 и соответствующий сумме сигналов от предварительного усилителя 2 и буферного каскада 9. Под воздействием второго импульса второй импульсной последовательности триггер 7 снова возвращается в единичное состояние, разрешая работу интегратора 8 дс нового момента совпадения напряжений на обоих входах схемы 6 сравнения, Интегратор 8 в это время выполняет интегрирование как по управляемому, так и постоянно по неуправляемому входам.В дальнейшем под воздействием очередных импульсов второй импульсной последовательности работа устройства полностью повторяется до тех пор, пока выходной сигнал активного диффе ренциатора 4 не становится равным нулю.В основу построения устройства положен принцип получения выходного сигнала устройства, пропорционального О как входному сигналу, так и его производной с учетом тепловой инерции термопреобразователя на основе развертывающего преобразования экспоненциального продифференцированного входного сигнала в относительную длительность широтно модулированных сигналов, управляющих периодическим интегрированием напряжения, характеризующего пловую инерцию тер преобразователя с учетом предыдущего результата, благодаря чему компенсация реализуется более точно, чем при отсутствии модуляции.25При изменени температуры на входе термопреобразователянапряжение на его выходе нарастает не мгновенно, ав соответствии с выражением-1lЕ13 = (1-е )Б30 где- напряжение на выходе термопреобразователя 1;установившееся значение поокончании переходного процесса; 35Е - постоянная инерции термопреобразователя 1;текущее время,После усиления усилителем 2 сигнал, имеющий вид 401 = КУ( - е )э(2)где К - коэффициент усиления усилителя 2,поступает на первый вход блока 3 вы- читания и на вход дифференциатора 4.На выходе дифференциатора 4 сигнал имеет вид П =К 1,К, =(е -е ) (3)С д -ОЕ - 1 дЕ где 3 - напряжение на выходе дифференциатора 4;постоянная времени дифференциатора 4;К - коэффициент передачи дифференциатора 4.На практике дЕ то выражение (3) можно упростить(4) Продифференцированный сигнал поступает на первый вход схемы 6 сравнения и на управляющий вход генератора 12, запуская одновременно две импульсные последовательности ф и Фс одинаковым периодом Т, выбранным из условия Т сс с. . Последовательность Ф, представляет собой периодическое линейно изменяющееся напряжение вида йГй :, Т(7) где 6 - относительная длительность.Таким образом, относительная длительность времени интегрирования на протяжении всего процесса дифференцирования изменяется по экспоненциальному закону.Сигнал на выходе блока вычитания 11 м имеет Вид5 м 1 ч як в (8) где Б- выходное напряжение с буферного каскада 9, пропорциональное производной входного сигнала (фиг.2, 3).Интегратор 8, ключ 11, конденсатор 10, буферный каскад 9 формируют сигнал 0 . Ключ 11 замыкается периодически в моменты времениУ дйфффУопределяемые последовательностью Ф . Тогда с учетом условия (6) в момент времени С напряжение на выходе буферного каскада 9 равно где Б - амплитуда изменяющегосянапряжения,Последовательность Ф - это пос 7ледовательность коротких импульсов такая, что выполняется условие 1 сс Т,где- длительность одного импульса.Начиная с некоторого момента триггер 7 первым импульсом последовательности Ф устанавливается в единичноесостояние, тем самым разрешая работуинтегратора 8 по управляемому входу.Через интервал времени- Т1(6)Нагана обоих входах схемы сравнения Ь сигналы равны. Разделив обе части выражения (6) на Т, получим(Ь) =П (и) -бккс3(п)дс,2л.)где ) , и Пп, - значения вы -Бкл) Бкл-Цходного напряжения соответственно в моменты временииГ и ), - постоянные интегрирования интегратора по управляемому и 10 неуправляемому входам.Введем обозначениялЯ - -ю- .) ) д 1:.Ъч1 15 УчитываЯ, что ПБк,л,) зависит только от номера цикла и не зависит от времени, предстаьим выражение в виде. /л йа О ЙЕПоглПри настройке корректирующей цепив соответствии с условиемПа К.с - . а (16)на выходе регистоатора 5 получим(17)Таким образом, выходной сигнал принимает установившееся значение в момент времени :,=-Т. По окончании переходного процесса выходной сигнал сумматора-вычитателя 3 определяется только составляющей с усилителя 2.=(1- )П, л 8 . (1)БКл) 1, БКл )1Выражение (10) является линейным разностным неоднородным уравнением первого порядка. Ре)пение этого уравнения следующее:+ )(о) (1 ) (11) где 0(о) - напряжение на выходе буферного каскада в начальный момент времениЕсли подобрать параметры цепи обратной связи интегратора 8 так, чтобы выполнялось условиет=,= (12) то решение этого уравнения следующее: где П - постоянное напряжение на управляемом выходе интегратора 8.Подставив выражение (8) в (13),получим Устройство для измерения меняющихся температур, содержащее термопреобразователь с преднарительныл) усилителем, выход которого поцключен к входу активного дифференциатора и первому входу блока вь)читаняя, вь:ход которого соединен с регистрато.ом схему сравнения, первый вход которой подключен к выходу )ктинного дифференциатора, а выход соединен с г,-входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу интегратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем. то, с целью повып.ения точности измерения путем уменьшения ошибки измеренил,вызванной неточностью коррекции инерционности термопреобразователя, в устройство введены буферный каскад, ключ, конденсатор и генератор пилообразного напряжения, управляющий вход которого соединен с выходом дифференциатора, выход пилообразного напряжения генератора соединен с вторым входом схемы сраннения, а тактирующий выход подключен к 8-входу триггера и управляющему входу ключа, вход которого соединен с вьгходом интегратора, а выход через буферный каскад соединен с нторьпч входом блока вгпчитания и с неуправляемым входом интегратора, управляемый вход которого соединен с источником постоянного напряжеия.,при этом конденсатор включен между входом буферного каскада и общей асиной устройства.1296855 а.г иков Составитель В.Кулсина Техред М,Ходанич Корректор С.Шекма Редак Заказ 766/ Тираж 777 ПодписноИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. роизводственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул,Проектная,4