Устройство цифрового программного управления для измерения теплофизических характеристик материалов

(59 4 С 05 В 19/1 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Н АВТОРСН ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Тамбовский институт химического машиностроения(56) Фесенко А.И. Цифровые- устройства для определения теплофиэнческих свойств материалов. М.; Машиностроение, 1981, с. 239.Авторское свидетельство СССРМ 1034483, кл. С 01. Н 25/18, 1983.(54) УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОГО ПРОГРА 1 ИНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКРХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к областиизмерений теплофизнческих характеристик материалов, в частности к устройствам для измерения и непрерывного контроля коэффициентов теплопроводности и температуропроводностижидких н твердых материалов, н может быть использовано в машиностроитель.ной, химической и других отрасляхнародного хозяйства, Целью изобретения является расширение диапазонов,повышение точности и достоверностирезультатов измерений, Устройствоцифрового программного управлениядля измерения теплофиэических харак"теристик материалов содержит распределительный блок, блок управления,генератор тактовых импульсов, перепрограммируемый блок памяти, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, постоянно запоминающий блок,усилитель постоянного тока, формирователь команд, коммутатор каналов,блок хранения программ, блок стабилизации напряжения, измерительныйзонд и исполнительный блок. Данноеустройство обеспечивает возможностьреализации различных способов определения теплофиэических характеристик путем изменения программногообеспечения и применения различныхизмерительных зондов. 2 ил.Изобретение относится к области измерений теплофизических характеристик 1 ТФХ) материалов, в частности к устройствам для измерения и непрерывного контроля коэффициентов теплопроводности Л и температуропроводности,й.1 жидких и твердых материалов, и может быть использовано в машиностроительной, химической промышленности и других отраслях народного хозяйства.Целью изобретения является расширение диапазонов измерения, повышение точности и достоверности результатов измерений.На фиг.1 приведена схема устройства с цифровым программным управлением для измерения теплофиэических характеристик твердых и жидких материалов; на фиг,2 - типовая термограмма опыта.Устройство состоит из распределительного блока 1, блока 2 управлениямикропроцессора, генератора 3 тактовых импульсов, перепрограммируемогоблока 4 памяти (ППЗБ) мультиплексора5, аналого-цифрового преобразователя 6, блока 7 индикации и регистрации(БИР), постоянно запоминающего блока8, усилителя 9 постоянного тока, исполнительного блока 1 О, формирователя 11 команд, коммутатора 2 каналов,блока 13 хранения программ, блока 14стабилизации напряжения и измерительного зонда 15,Блок 1 содержит распределителиимпульсов, организованные на регистрах, позволяющие вводить в ППЗБ 4программу, записанную на языке команд микропроцессора,Блок 2 управления микропроцессора последовательно отрабатывает команды программы, хранящейся в блоке4, выполняя при этом некоторые служебные сервисные операции (напримервыдает команду мультиплексору 5 передать очередной оператор программына отработку илй прочитать в блоке 4содержимое некоторой ячейки и передать его в блок 8 на обработку).Генератор 3 тактовых импульсовформирует тактовые импульсы опорнойчастоты для синхронизации функционирования блока 2 управления микропроцессора и преобразования аналоговогосигнала в код АЦП 6.Перепрограммируемый блок 4 памятислужит для хранения рабочей программы блока 2 микропроцессора, для записи и хранения числовой информации,вводимой для начала выполнения программы через распределительный блок 1, 5 а в процессе выполнения программычерез мультиплексор 5 иэ АЦП 6, Покомандам блока 2 здесь же может производиться перезапись этой информациииз одного регистра памяти в другой. О Мультиплексор 5 представляет собой управляемый по командам 2 электронный коммутатор, обеспечивающийпередачу информации от входных к выходным каналам.В аналого-цифровом преобразователе6 аналоговая информация переводитсяв цифровые коды.Блок 1 индикации служит для визу ального наблюдения вводимой програм-мы, констант и результатов расчета,а также для регистрации расчетныхзначений в протоколах измерений,Основу блока составляют цифровойиндикатор и цифропечатающее устройство.В постоянно запоминающем блоке 8:жестко "прошиты" сервисные подпрограммы, выполнение которых по коман- ЗО дам из блока 2 управления обеспе,чивает отработку;ряда специальныхпроцедур, необходимых для управления работой блоков 7 и 11, Здесь же"прошита" подпрограмма, управляющая работой канала предварительнойобработки и записи исходной измерительной информации.Усилитель 9 постоянного токаобеспечивает усиление сигналов, посщо тупающих от датчиков измерительногозонда 15 до нормированного уровняАПП 6.Исполнительный блок 10 представля -ет собой электромеханические уст ройства (эл. двигатели, эл.магнитыи т.п.), сопряженные с измерительным зондом 15,обеспечивающие выполнение несложных механических манипуляций (замену образцов, перемещение 5 р зонда и т.п,), К ним же относятся идополнительные охранные нагревателисистемы термостатирования образцов,Формирователь 11 команд, получаяиз блока 8 некоторые цифровые коды, 55 дешифрует их с помощью дешифратора иформирует упРавляющие электрическиесигналы необходимого уровня на блок14, коммутатор 12 каналов и исполнительный блок 10, Конструкция его1298713 Последующая обрабртка может сос-, таять или в выполнении расчетов значений Ъ и И по формулам математической модели способа, или в перезаписи измерительной информации в другие регистры памяти блока 4 для ее дальнейшего хранения. А в первый, второй и т,д, регистры системой автоматического управления экспериментом может быть записана измерительная информация, снятая через некоторый промежуток времени Ь после первой записи, причем этот промежуток 1 может содержит, например три последователь-,но включенных элемента: дешифраторкодов, Фиксаторы и источник тока.В простейшем случае в качестве фиксаторов можно использовать двухобмоточнае поляризованные реле, имеющие обмотки прямого включения и отбоя,При подаче на вход дешифраторапервого двоична-десятичного (1-2- 104-8), када, который в системе командуправления означает, например, Включить исполнительное устройство и" 1на выходе дешифратора формируетсяединичный позиционный код, т,е, на 15разряде 1 появится импульс, который, пройдя через обмотку "Вкл," реле РПС, переключит средний контактв положение Вкл," и тем самым включит исполнительное устройство 9 1. 20Когда же на вход дешифратора поступит втардй код, который в системенаших команд управления означаетВыключить исполнительное устройствоУ 1" на выходе дешифратора на разряде "2" появится импульс. Этот импульспройдя через обмотку "Выкл.", перебросит контакт РПС в положение Выкл",и тем самым выключит первое исполнительное устройство. 301 м.Коммутатор 12 каналов обеспечивает последовательное подключение каналов с измерительным зондом 15 ко входу усилителя 9 постоянного тока поуправлгющим сигналам, поступающим в35него иэ формирователя 11 команд, Вкачестве такого блока может служитьи коммутатор,Блок 13 хранения программ служитдля долговременного хранения пакетапрограмм, записанных на языке микро 1 процессора и реализующих тот или инойспособ определения теплофизических характеристик (ТФХ). Хранение возможнона механических, магнитных или электронных носителях, т.е. это периферийное устройство микропроцессора.Блок 14 стабилизации напряженияпредставляет собой источник напряжения, включающий электронные реле,управляемые сигналами, поступающимиот формирователя 11 команд.Устройство ориентировано на работу с различными измерительными зондами 15 (ИЗ) конструкция которых зависит от реализуемого устройствомспособа определения ТФВ, свойств исследуемого вещества (жидкое, твердое),4целей эксперимента (единичные измерения, непрерывный контроль) и другихусловий, В общем случае ИЗ может содержать несколько датчиков исходнойинформации (термопары, датчики теплового потока и др.), иметь один илинесколько рабочих нагревателей, охранные нагреватели, а также другиеисполнительные блоки 10,Автоматическое управление экспери.ментом организуется в устройствепрограммными средствами.Канал переработки исходной измерительной информации работает следующим образом,Процедура управления каналомпредварительной обработки и записиизмерительной информации, прошитаяв постоянно запоминающем блоке 8,обеспечивает выдачу в формирователь11 команд цифровых кодов, по которыман выдает сигналы на коммутатор 12каналов. Последний подклк 1 чает к усилителю 9 постоянного тока первыйвыходной канал измерительного зонда 15. При этом аналоговый сигналот измерительного зонда 5 усиливается в блоке 9 и преобразуется вцифровую информацию в АЦП 6, Послеэтого он по команде иэ постоянно за.поминающего блока 8 записывается впервый (условно) регистр памяти бло-"ка 4. Далее по коду иэ постоянно запоминающего блока 8 формирователь 11команд заставляет коммутатор 12 каналов подключить к усилителю 9 постоянного тока второй выходной канал измерительного зонда 15, а цифроваяинформация иэ АЦП 6 будет записанаво второй регистр памяти блока 4,Цикл повторится столько раз, сколько каналов было указано в соответствующем коде, введенном в перепрограммируемый блок памяти 4 перед нача-,лом измерений.быть предварительно задан записьюв блок 4 и отработан обращением кподпрограмме, прошитой в постоянно запоминающий блок 8.Поскольку операторы обращения кэтим специальным подпрограммам,прошитым в постоянно запоминающемблоке 8, можно доставить в любое место программы, возникает возможностьв любое время в процессе реализации 1 Опрограммы блока 2 управления провести измерение и запись в перепрограммируемый блок 4 памяти измерительной информации, а также выдатькоманды управления, в том числе и по 15результатам обработки этой информации в блоке 2 управления. Например,запустив специальным оператором канал предварительной обработки и записи информации, записать температуру термостатирующего устройства измерительного зонда 15, и, сравнив еезначение с предыдущим, выдать команду на включение охранного нагревателя, если температура понизилась,и команду на выключение его, еслитемпература повысилась.Таким образом, средствами языкаблока управления (микропроцессора)можно смоделировать практически любой алгоритм проведения эксперимента и управления дополнительными исполнительными устройствами. При выполнении такой программы блок 2управления через блок 8 и формирователь 1 команд физически реализуетэту модель с помощью блоков 14, 10и коммутатора 12 каналов. При этомрасчет значений Ъ и а по формуламматематической модели составит лишьфрагмент (как правило завершающий)общей программы реализации отрабатываемого способа определения ТФХ. Дляреализации другого способа определения ТфХ достаточно заменить (принеобходимости) измерительный зонд15 и через распределительный блок 1ввести другую программу, предусматривающую отработку другого алгоритма проведения эксперимента, другиевнешние манипуляции, другую математическую модель для расчета Ъ и а .Устройство работает следующим образом. 55Перед началом измерений экспериментатор устанавливает необходимый измерительный зонд 15, датчики которого подключает к входным клеммам коммутатора 12 каналов, рабочие нагреватели - к блоку стабилизации напряжения, а блок 10 - к формирователю 11 команд. Из блока 13 выбирается соответствующая программа и через распределительный блоквводится в перепрограммируемый блок 4 питания. Туда же вводятся некоторые константы устройства, опрецеляемые его калибровкой на эталонных материалах, а также специальные коды, определяющие степень использования отдельных подпрограмм, "прошитых" в постоянно запоминающий блок 8.Производится запуск в работу блока 2 управления и все дальнейшие операции выполняются автоматически при последовательной обработке тех операторов, которые были записаны в программе, В частности, при отработке операторов, содержащих обращения к "прошитым" в блоке 8 процедурам, будут включаться или выключаться рабочие нагреватели измерительных зондов 15, канал предварительной обработки и записи измерительной информации или исполнительный блок 10. Так будут выполнены все операции, обеспечивающие осуществление заданного программой эксперимента, после чего записанная в перепрограммируемый блок 4 памяти исходная измерительная информация будет обработана в канале последующей обработки по формулам математической модели, реализованной с помощью программы способа измерений ТфХ, и результаты обработки в виде численных значений коэффициентов Э и д будут по очереди индицированы или зарегистрированы в блоке 7 индикаций и регистрации. После этого блок 2 управления остановится и устройство будет готово для проведения эксперимента со следующим образцом такого же типа,формула изобретенияУстройство цифрового программного управления для измерения теплофизических характеристик материалов, содержащее последовательно соединенные блок хранения программ, распределительный блок, перепрограммируемый блок памяти, мультиплексор и блок управления, а также усилитель постоянного тока, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового1298преобразователя, блок индикации и регистрации, постоянно запоминающий блок, первая шина которого соединена с второй шиной мультиплексора, блок стабилизации напряжения, измерительный зонд и исполнительный блок, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазонов измерения, повышения точности и достоверности результатов измерений, введе ны генератор тактовых импульсов, коммутатор каналов и формирователь команд, первый выход которого соединен с исполнительным блоком, второй выход - со входом блока стабилизации 15 напряжения, третий выход - с первым 713 8входом коммутатора команд, второйвход которого подключен к выходу измерительного зонда, а выход - к входу усилителя постоянного тока, первый выход генератора импульсов соединен с вторым входом аналого-циф.рового преобразователя, выход которого соединен с третьим входом аналого-цифрового преобразователя, второй выход генератора импульсов подключен к второму входу блока управления, вход блока индикации и регистрации соединен с первым выходом пос-,тоянно запоминающего блока, второйвыход которого подключен ко входуформирователя команд,298113 Составитель И.ШвецРедактор Н.Егорова Техред И,Полови Корректор И.Самборска каз 886/49В 13035, Моск Произв ул,Проектная,А евно-полиграФическое приятие го Тираж 864Государственного комитета делам изобретений и открыт а, Ж, Раушская наб., д. ПодпССРйИ