Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 601 К ЗОБР ИСАНИ Е Я ЕМна ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1536218, кл. 6 01 К 7/00; 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей, и может быть использовано при точных измерениях температуры. Изобретение может найти применение при измерениях температуры теплоносителя в реакторах АЭС, а также при измерениях теплотехнических величин, первичные измерительные преобразователи которых имеют нелинейную зависимость. С целью Изобретение относится к области температурных измерений, а именно, к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей и может быть использовано при точных измерениях температуры,Цель изобретения - повышение точности измерения за счет реализации аппроксимирующего полинома и-й степени.На фиг. 1 представлена функциональя схема устройства.Устройство для измерения температуры содержит первичный измерительный преобразователь 1, преобразующий температуру в напряжение, преобразователь 2 5 Ы, 1809330 А 1 2повышения точности измерения в устройство введены преобразователь напряжения во временной интервал, (и - 2) двоичных умножителя и преобразователь кода в частоту, причем частотные входы (и) двоичных умножителей и преобразователя кода в частоту подключены к выходу ключа, выход каждого следующего по порядку двоичного умножителя подключен ко входу счетчика импульсов и редыдущего двоичного умножителя, а выход преобразователя кода в частоту подключен к выходу счетчика импульсов последнего по порядку (и - 1)-го двоичного умножителя, Это позволило повысить точность измерения температуры в силу того, что в отличие от прототипа, в котором алгоритм линеаризации позволяет реализовывать функциональные зависимости только квадратичного вида, в предлагаемом устройстве могут реализовываться функциональные зависимости, аппроксимируемые полиномом и-ой степени, 1 ил,ния во временной интервал, управ р и информационный входы и выходы соединены соответственно с шиска 3 устройства, выходом первичерительного преобразоватеЛя 1 и щим входом ключа 4, информациход которого подключен к выходу С ра 5 импульсов, двоичные умножи,6 л, каждыи иа которых акаючает оследовательно соединенные счет- д иимпульсов и преобразователь кода в частоту, частотный вход и оторого являются соответственно м входом и выходом двоичного умя 616 п, счетчик 9 результата изи преобразователь 10 кода в напряже ляющий которого ной запу ного изм управляю онный в генерато тели 61,. в себя и чик 717 818 пвыход к частотны ножител мерения(7) часготу, причем частотные входы двоичных умножителей 61,6 пи преобразователя 10 кода в частоту подключены к выходу ключа 4, выход первого по порядку двоичного умножителя 61 подключен ко входу счетчика 9 результата измерения, выход каждого следующего по порядку двоичного умножителя 6+1 подключен ко входу счетчика 7 импульсов предыдущего двоичного умножителя 6), а выход преобразователя 10 кода в частоту подключен ко входу счетчика 7 Пимпульсов последнего по порядку двоичного умножителя бп, где 1(п),Функцию преобразования первичного измерительного преобразователя 1, аппроксимируемую полиномом п-ой степени, можно представить в виде О=ЬОЬ 1 ОЬ 2 О. Ьп 1 О где 0- измеряемая температура;О - выходное напряжение первичного измерительного преобразователя 1;Ьо, .Ьп - постоянные коэффициенты, причем знаки полярности перед коэффициентами Ь 1 ЬП могут принимать различные сочетания эа исключением тех, при которых в диапазоне изменения выходного напряжения О происходит изменение знака полярности хотя бы одной из о производных функции преобразования (1), т.е, рассматривается только такая функция преобразования, которая монотонна и не имеет точек перегиба,Цикл измерения температуры Вначинается с поступления на шину запуска 3 устройства импульса, запускающего по управляющему входу преобразователь 2 напряжения во временной интервал (ПНВИ) и производящего запись кодовых уставок Во и В 1 Вв счетчик 9 результата измерения и в счетчики 71.7 Пимпульсов соответственно (цепи записи счетчиков на чертеже не показаны), Для обеспечения более четкой работы устройства запись кодовых уставок ВоВПдолжна производиться передним фронтом запускающего импульса, а запуск.ПНВИ 2 - задним, либо запись указанных кодов должна производиться заранее перед запускающим импульсом, как ОПЕрацИИ ПО уСтаНОВКЕ СЧЕТЧИКОВ 717 лИ 9 в исходное состояние. На выходы ПНВИ 2 формируется импульс напряжения, длительность Т которого пропорциональна выходному напряжению О первичного измерительного преобразователя 1, поступающему на информационный входПНВИ 2 5где М - коэффициент преобразования ПНВИ 2.Выходной импульс с ПНВИ 2, поступаяна управляющий вход ключа 4, открывает "0 последний, в результате чего импульсы сгенератора 5 импульсов, приходящие на информационный вход ключа 4, поступают на частотные входы преобразователей 81 Ял - 1 и 10 кода в частоту (ПКЧ).15 Выходная частота 1 первого двоичногоумножителя 61, равная выходной частоте ПКЧ 81, определяется выражением где 1 о - частота генератора 5 импульсов;Р 1 - число разрядов ПКЧ 81, равное числу разрядов счетчика 71 импульсов;К 1 - выходной код счетчика 71 импульсов.В каждый момент времени т в интервале длительности Т выходной код гч 1 счетчика 71 импульсов, поступающий на кодовые шины ПКЧ 81, будет равен где В 1 - кодовая уставка счетчика 71. импуль 40 со,Хг - выходная частота второго двоичногоумножителя 62, равная выходной частотеПКЧ 82;Р 2 - число разрядов ПКЧ 82, равное числу разрядов счетчика 72 импульсов;Мг - выходной код счетчика 72 импульсов,Знаки полярности "+" либо "-" в,выражении (4) употребляются в зависимости отрежима, в котором должен работать счетчик71 импульсов - в суммирующем либо в вычитэющем соответственно,Подставляя выражение (4) в (3), получа 55о В 1 1 о 122 Р 1 где 82 - годовая уставка счетчика 72 импульсов;1 з - выходная частота третьего двоичного умножителя 6 з, оавная выходной частоте ПКЧ 8 з,и подставляя выражение (7) в (5). получаем Знаки полярности "+" либо "-" в выражении (8) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 72 импульсов - в суммирующем либо в вычитающем соответственно.По аналогии с выражением (6) и (8) выходная частота 11 1-го двоичного умножителя 6, равная выходной частоте ПКЧ 8, определяется выражением Знаки полярности "+" либо "-" в выражении (9) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 71 импульсов - в суммирующем либо в вычитающем соответственно,Выходная частота Ьпоследнего по порядку (и - 1)-го двоичного умножителя бп, РавнаЯ выходной частоте ПКЧ 8 п, определяется выражением ГдЕ Вп- Кадсеая уСтаНОВКа СЧЕтЧИКа 7 пимпульсов;Рп- число разрядов ПКЧ 8 п, равное ЧИСЛУ раэрядОВ СЧЕтЧИКа 7 пИМПУЛЬСОВ;1 п - выходная частота ПКЧ 10;Рп - число разрядов ПКЧ 10;Вп - кодовая установка ПКЧ 10.Знаки полярности "+" либо " - " в выражении (10) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчика 7 пимпУльсов - в сУммиРУющем либо в вычитающем соответственно.Подставляя в(6) выражение(8) и используя при зтом формулы (9),(11), получаем ЦВ - 1 -2. 12 Р 1+ Р 2 + + Р п - 1 С частотного вь 1 хода первого двоичногоумножителя 61 за время длительности Т на 10 вход счетчика 9 результата измерения поступит число импульсов й, равное ТЙ= 1 б 1 (1 3)15Подставляя формулу (12) в (13) и производяинтегрирование, получаем 20= 0 В 1 тВ т 1 2 Р 1 2 2 Р 1+Р 2 х ЦВ. -(14) 30К моменту окончания длительности Т, соответствующему концу цикла измерения температуры О, выходной код И счетчика 9 результата измерения будет соответствовать числу импульсов, равному Знаки полярности "+" либо " - " в выражении 40 (15) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 9 результата измерения - в суммирующем либо в вычитающем соответственно,Учитывая выражения (2) и (14), формулу 45 (15) запишем в виде и 2 Р 1+Р 2+ +Рп(16) Сопоставляя формулы (1) и (16), можно отметить, что при соблюдении равенствбудет выполняться соотношение, выражающее прямо пропорциональную зависимостьвыходного кода Ксчетчика 9 результатаизмерения от температуры О где а - коэффициент масштабирования,Для удобства отсчета результата измерения счетчик 9 результата измерения может быть выполнен двоично-десятичным, а коэффициент а выбран кратным десяти.Соблюдение равенств (17),(19) при заданных а, К то, и Р 1,Рп обеспечивается путем выбора величин кодовых уставок Во.ВП,Упоминаемые ранее режимы работы счетчиков 717 пи 9 на сложение либо на вычитание устанавливаются заранее, исходя из знаков полярности производных функций преобразования(1), а, именно:если знак полярности первой производной положителен, т,е. если функция преобразования (1) монотонно возрастающая, то счетчик 9 результата измерения необходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицателен, то в режим вычитания;если полярность произведения знаков полярности производных, начиная с первой и кончая +1)-ой положительна, то счетчик 71 импульсов необходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицательна, то в режим вычитания.Учитывая, что в устройстве рассматривается функция преобразования (1), у которой полярность всех ее п производных неизменна во всем диапазоне изменения выходного напряжения О, в том числе и при О = О, учет знаков полярности вышеуказанных производных при выборе режимов работы счетчиков 717 пи 9 можно заменить на более простой учет знаков полярности перед коэффициентами Ь 1 Ьп функции преобразования (1), а, именно:если перед коэффициентом Ь 1 знак +, то счетчик 9 результата измерения необходимо устанавливат в режим сложения, а если знак "-", то в режим вычитания;если полярность произведения знаков полярности перед коэффициентами функ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ции преобразования (1), начиная с Ь 1 и кончая Ь+1, положительна, то счетчик 7 импульсов необходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицательна, то в режим вычитания.Таким образом, благодаря новым связям, элементам и возможности установки различного сочетания режимов работы счетчиков 717 пи 9, обеспечивается с учетом масштабирования аппаратурная реализация измерения температуры, первичным измерительным преобразователем которой может служить преобразователь, имеющий функцию преобразования, аппроксимируемую полиномом и-й степени, причем знаки полярности перед коэффициентами полинома могут принимать различные сочетания за исключением тех, при которых в диапазоне изменения выходного напряжения 0 вышеуказанного преобразователя происходит изменение знака полярности хотя бы одной из и производных функции преобразования (1), что позволяет более точно измерять температуру,Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь, двоичный умножитель, включающий в себя последовательно соединенные счетчик импульсов и преобразователь кода в частоту, выходом подключенный к входу счетчика результата измерения, и генератор импульсов, выходом подключенный к информационному входу ключа, выход которого подключен к частотному входу двоичного умножителя, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены преобразователь напряжения во временной интервал, шина запуска, идвоичных умножителя и преобразователя кода в частоту, причем управляющий и информационный входы и выход преобразователя напряжения во временной интервал соединены соответственно с шиной запуска, выходом первичного измерительного преобразователя и управляющим входом ключа, каждый из (и - 2)-х двоичных умножителя выполнен в виде последовательно соединенных счетчика импульсов и преобразователя кода в частоту, частотные входы (и) двоичных умножителей и преобразователя кода в частоту подключены к выходу ключа, выход каждого следующего по порядку двоичного умножителя подключен к входу счетчика импульсов предыдущего двоичного умноижтеля, а выход преобразователя кода в частоту подключен к входу счетчика импульсов последнего по порядку (и)-го двоичного ум1809330 Составитель Л,КренскийТехред М.Моргентал актор В.Тычына Корректор, Н.Ревска нт", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 изводственно-издательский комбинат каз 1281 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж; Раушская наб., 4/5