Устройство для измерения температуры

(51)4 С О К 7 02 15/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР У 1136032, кл. 0 О 1 К 7/02, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к области температурных измерений, в частности к тем областям промышленности, где требуется длительное и точное измерение температуры с помощью термоэлектрических преобразователей, и 2является дополнительным к авт.св. В 1136032. ель изобретения - повышение точности измерения температуры за счет повышения точности прогнозирования погрешности дрейфа термоэлектрических преобразователей.Введенные последовательно соединенные счетчик 19, ПЗУ 20, и регистр 1, выход которого соединен с входом изменения коэФФициента пересчета счетчика 10, позволяет менять коэффициент пересчета счетчика 10 в зависимости от конкретного значения межкалибровочного интервала. Минимальное и максимальное значения межкалибровочных интервалов задаются выходом счетчика 9 и выходом счетчика 19.2 ил.15062953Изобретение относится к температурным измерениям, может быть использовано в тех отраслях промышленности, где требуется длительное и точное измерение температуры с помощьютермоэлектрических преобразователей,и является усовершенствованием изобретения по авт.св, Ф 1136032,Цель изобретения - повьппение точ Оности измерения за счет повьппенияточности прогнозирования.На фиг.1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг,2 - графики, поясняющие работу 15устройства,Устройство содержит термоэлектрический преобразователь (ТП) 1 свстроенным калибратором 2, представляющий собой размещенную н чехле ТП 20плавкую вставку, которая обеспечивает формирование в зоне рабочего конца ТП в процессе калибрования точнойизвестной температуры, многонходовойсумматор 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, блок 5 коррекциина основе цифроаналогового преобразователя, ключ 6, блок эталонного напряжения (ИОН) 7, выходное напряжениекоторого соответствует термоЭЛС по 30стандартной градуировочной таблицепри температуре плавления вставкикалибратора 2, генератор 8 опорнойчастоты, первый 9 и второй 10 счетчики, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 11 и 12, первый блок 13памяти, блок 14 выборки, блок 15сравнения, третий счетчик 16, ЦАП 17,блок 18 управления, четвертый счетчик 19, второй блок 20 памяти и регистр 21,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии все счетчикиустройства сбрасываются в нулевое 45состояние, выходное напряжение цифроаналоговых преобразователей устанавливается равным нулю (цепи начальной установки на фиг,1 не приведены). В начале работы в режиме"Калибрование" производится коррекция погрешности технологическогоразброса ЬЕ ч (фиг.2) характеристики преобразования (ХП) термоэлектрического преобразователя. При этом 55объект измерения температуры переводится в режим стационарного нагревалибо охлаждения, что вызывает соответствующее изменение термоЭЦС на выходе ТП, При достижении температуры фазового перехода (т.е., температуры плавления либо затверденания) материала вставки калибратора 2 выходной сигнал ТП 1 становится постоянным, что фиксируется блоком 18 управления, Блок управления соответствующим сигналом подключает выход ИОН 7 посредством ключа 6 к входу сумматора. Полярность включения ИОН 7 выбрана противоположной полярности включения ТП 1, поэтому на выходе АЦП 4 появляется код погрешности измерительного тракта: ТП 1 - сумматор 3 - АЦП 4, Под управляющим воздействием блока 18 управления этот код записывается н память блока 5 коррекции, что позволяет скорректировать погрешность тракта н режиме Измерение". Все счетчики остаются н сброшенном состоянииВ режиме "Измерение" счетчик 9 заполняется импульсами генератора Я опорной частоты и по истечении некоторого времени код на выходе счетчика 9 станет равным коду, поступившему посредством блока 14 выборки из блока 13 памяти, В последнем размещены коды отрезков времени, соответствующие изменению термоЧПС на наперед заданную величину погрешности при разных температурах, Выборка из блока 14 этих кодов осуществляется н соответствии со значениями измеряемой температуры (по выходному коду АЦП 4). При равенстве первого кода с кодом на первом выходе счетчика 9, фиксируемом в блоке 15 сравнения, в счетчик 16 записываем импульс, изменяющий выходной код счетчика 16 на единицу, В соответствии с этим импульсом ЦАП 17 корректирует погрешность ТП в этот момент времени, а блок 14 выбирает из блока 13 памяти следующее значение кода времени, Нарастание кода на выходе счетчика 9 приводит к повторению описанного процесса, что позволяет корректировать погрешность термоэлектрического преобразователя (фиг,2, Д Е,),На фиг.2 функция ЛЕз приведена гладкой, хотя в действительности она моделируется ступенчатой кривой, шаг кнантиронания по ЬЕ которой соответствует предварительно заданному значению погрешности Одновременное нарастание выходного кода счетчика 10, а значит и выходного напряженияЦАП 1 не приводит к появлению напряжения на входе сумматора 3 иэ-за нулевого кода в памяти ЦАП 12. Однаков связи с наличием в процессе дрейфа не только систематической, но ислучайной составляющей погрешности,связанной с индивидуальными особенностями термоэлектрического преобразователя и условиями его эксплуатации, отличными от условий эксперимента (на основании которого в блок 13памяти введены коды, соответствующие изменению термоЭДГ термоэлектрического преобразователя на допустимое значение погрешности), возникает дополнительная погрешность,которая со временем может стать оченьзначительной, Коррекция этой погрешности реализуется посредством повторения через некоторые (довольно большие) интервалы времени режима "Калибрование"9 при котором объект измерения температуры переводится врежим нагрева либо охлаждения, Придостижении температуры фазового перехода материала вставки калибратора2 выходной сигнал ТП 1 становитсяпостоянным, что фиксируется блоком18 управления,Этот процесс соответствует получению точки ЬЕна фиг,2 Корректирующее влияние определяется напряжением на выходе ЦАП Е= ЬЕ н ивыходнь 1 м напряжением ЦАП 17 П,= Д Езг, В общем случае корректирующее влияние не соответствует реально полученной погрешности из-за индивидуального отклонения характеристики дрейфа ТП, что определяется погрешностью коррекции ЬЕ к =ЬЕ дг(ЬЕ + ЬЕ ).ЬЕ представляет собой меру неидеальности процесса коррекции ислужит основой для индивидуальнойкоррекции каждого конкретного ТП,Дляэтого в момент перехода материалакалибратора 2 АЦП 4 преобразует вкод поступающую на его вход разностьтермоЭДГ ТП (с корректирующим воздействием) и образцового напряженияИОН 7, т.е. находят ЬЕкоторое записывается в регистр ЦАП 12. Послеэтого блок 18 управления сбрасываетсчетчик 10 в нулевое состояние и производит повторный запуск. АЦП 4. Навыходе АЦП 4 получают код разноститермоЭДС ТП (с коррекцией по экспериментальным данным) и напряжения"макс где Е - максимальное значениемакс30 выходного напряженияЦАП 12,Если время между двумя калиброваниями не соответствует некоторому 35постоянному наперед заданному значению, то и скорость нарастания напряжения Ц должна соответствоватьмежкалибровочному интервалу, Для этого счетчик 1 О включен с переменным 40 коэффициентом пересчета. Коэффициентпересчета задается регистром 21 в соответствии с длительностью межкалибровочного интервала, который определяется счетчиком 19, Последний сбрасывается в нулевое состояние в моментначала калибрования и заполняется(до начала момента следующего калибрования) импульсами, поступающими свыхода счетчика 9. Выходное напря жение ЦАП 12 определяется выражением Ц 11 ЬЕ к Цоп 11 1 о Э1 ф макСмсюКС макс опорное напряжениеЦАП 11;максимальный коэффициентпересчета счетчика 10;текущее значение счетчика 1 О. ГДЕ Зо 11 5510 МФКс ИОН 7 Значение и 11 лучеииого кода записывается в регистр ПАП,После указанных операц 1 п 1 устройство переводится в режим 11 Иэмерение 11.В режиме "Измерение" продолжаетсявыборка кодов из блока 13 памяти взависимости от выходного кода АЦП 4,т.е, производится коррекция ио экс 10 периментальным данным, кроме того,ЦАП учитывает индивидуальные отличиякаждого конкретного ТП в моменты калибрования, Цепь счетчик 1 О - ЦАП 11 -11 АП 12 позволяет учесть также отли 15 чие индивидуальной скорости изменения погрешности каждого конкретногоТП по отношению к экспериментальнымданным. Для этого ЦАП 12 выполненкак умножающий, т,е, на вход подклю 20 чения источника опорного напряженияподключен выход ЦАП 11, Нарастаниекода в счетчик 1 О формирует на выходе ЦАП 11 нарастающее напряжение11 , На выходе ЦАП 12 формируется1125 выходное напряжение, 1506295При равенстве межкалибровочных интеРвалов значениЯ Пьп в 111) Я, , Е , выбираются из равенства Б, = дЕ на заданный межкалибро 1 К5 вочный интервал (т.е., отличие индивидуальной скорости изменения погрешности, определенное в предыдущем межкалибровочном интервале, прогнозируется на последующий межкалибровочный интервал), При разных наперед неизвестных межкалибровочных интервалах необходимо соотнести полученное значение д К с длительностью межкалибровочного интервала для определения индивидуального отличия скорости изменения погрешности ТП. Для этого о 1 определяется из выраженияПопБ 1 аЛЕк 20 1 оммкс мсюкска к 7Е 1 С - Ст,е. необходимо произвести операцию деления на ЛС к= С к - Ск в где С, С , - моменты второго и перного 25 калибрований.Во избежание резкого усложнения схемы устройства преобразулт выражение в вид30Поп И 1 О АЕ121 о ,ЬС,1 СкЙСкгде ДС- среднее время между калиброваниями, которое наперед задано.Выбор Поп1 омасф 11 оЕ мос 6 С(находящегося в знаменателе) позволяет осуществить равенство П= 40 ВЕза заданный межпонерочный интервал,ЙСкЗначение отношения- (н преаС к 12делах допустимого отклонения дСк),записанное в блок 20, позволяет изменить коэффициент пересчнта счетчика 1 О н зависимости от конкретногозначения межкалибровочного интервала.Минимальное и максимальное значениямежкалиброночных интервалов задаютсявыходом счетчика 9 и выходом счетчика 19,Указанный процесс повторяется при каждом калибронании, что позволяет более точно осуществить коррекцию погрешности ТП н соответствии с индивидуально скорректированной математической моделью дрейфа реального термоэлектрического преобразователя на основе калибрований.ФормулаизобретенияУстройство для измерения температуры по авт.св. У. 1136032, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, н него введены последовательно соединенные четвертый счетчик, второй блок памяти и регистр, управляющий вход которого соединен с входами сброса второго и четвертого счетчиков, а выход соединен с входом изменения коэффициента пересчета второго счетчика, причем выход четвертого счетчика соединен с входом блока управления, а вход с выходом перного счетчика.1506295Составитель Е.Зыков Редактор И.Горная Техред А,Кравчук Корректор И.Муска Заказ 5420/43 Тирак 573 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 101