Устройство для измерения профиля температуры

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 13486 504601 К 7/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ 21)22)46 исти 9.ПРОФ емпебретерения исоОб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Морской гидрофизическийтут АН УССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57)Изобретение относится кратурным измерениям. Цель иэния - повьппение точности измупрощение устр-ва. Устройствдержит термопреобразователь тоянным погонным сопротивлением ип проводных термопреобраэователей1.11.и с переменным погоннымсопротивлением, изменяющимся согласно и переменным функциям Уолша, уложенных в общий жгут, включающий всебя 2 п переключающих ключей 2.1,2 п,3.13.п,п нормально замкнутых ключей 4.14.п, и нормально разомкнутых ключей 5.1,5.п, источники 6 и 7 тока, дифференциальный усилитель 8, регистратор 9 и генератор 10 функцийУолша. Введение новых элементов иобразование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить число вторичных измерительныхпреобразователей и исключить блоквосстановления. 3 ил.Изобретение относится к температурным измерениям и предназначено для измерения профиля температуры в системах контроля окружающей среды и5 технологических процессов.Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение устройства путем уменьшения числа вторичных измерительных преобразователей и исключения блока восстановления.На Фиг.1 изображена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - пример выполнения распределенного термопреобразователя; на фиг,3 - пример работы устройства,Устройство содержит проводнойтермопреобразователь 1 с постояннымпогонным сопротивлением и и проводных термопреобразователей 1.11.п с переменным погонным сопротивлением, изменяющимся согласно и переменным Функциям Уолша, уложенныхв общий жгут, коммутатор, включающий в себя 2 п переключающих ключей2,1, ,2,п, 3,1. З,п, и нормально замкнутых ключей 4.1. 4,п,и нормально разомкнутых ключей 5.15.15.п, два источника 6 и 7 тока, дифференциальный усилитель 8,регистратор 9 и генератор 10 функцийУолша.Проводные термопреобразователимогут быть выполнены из любого материала с высоким температурным коэффициентом чувствительности, например, никеля, стали, меди и других материалов. Термопреобразователи с переменным погоццьи 1 сопротивлением могут быть выполцень, например, из провода с переменньи поперечным сечением, что обеспечивает переменное погонное сопротивление провода и переменный по длине коэффициент термочувствительности в соответствии,например с Функцией пад(1,х) УолшаАдамара.Эффект переменного сечения провода по длине может быть достигнут 50также петлевой укладкой провода,при этом обеспечивается высокая точность дискретной модуляции, что иявляется необходимым для двоичнойфункции Пад(1,х), Если на первом55отрезке провод уложен один раз, а на втором отрезке уложен петлей три раза, то это эквивалентно уменьшению поперечного сечения провода на втором отрезке по сравнению с первым в три раза и соответственно увеличению погонного сопротивления и коэффициента термочувствительности,На фиг.2 а показаны графики четырех функций Уолша-Адамара Ьад(1,х),0,3, ца ицг,2 б - соответствующие им функции г, (х) погонного сопротивления распределенных термопреобразователей, где г - постоянная составляющая; г - амплитуда функции модуляции; г = (г - г ) - погонное сопротивление термопреобразователя 1. На Фиг.2 в показано исполцение распределенных модулированных термопреобразователей путем петлевой укладки проводов с использованием прямого и обратного хода для получения входа-выхода на одной стороне жгута, в который параллельно уложены распределенные термопре - образователи и выводы которых выхо-. дят на общий кабельный разъем,Погонное сопротивление каждого 1-го термопреобразователя изменяется в соответствии с Функцией пад(1,х),и на тех участках,где функция Ьад(1,х) =+1,оцо равно значении ги г , а на тех участках,где Ьад(1,х) = -1,оно равно г, - гВ качестве ключей коммутатора используются электромеханические реле, например магнитоуправляемые контакты. Использование электронных ключей возможно, если вариации их переходных сопротивлений будут пренебре жимо мали по сравнению с минимальными сопротивлениями термопреобразователей.Источники 6 и 7 тока должны обеспечивать формирование одинаковых токов и могут быть выполнены по любой известной схеме. Генератор 10 функций Уолша может быть выполнен по любой известной схеме, например, в составе генератора тактовой частоты, соединенного с двоичным счетчиком, выходы разрядов которого параллельно поданы на узлы умножения, параллельные выходы которых являются выходами полной системы и функций Уолша. Выход 1-й функции Уолша бай(1,г) генератора 10 подан на управляющие входы ключей 2.1, 3.1,4.1,5.1. При этом значению сигнала ифункции пад(1,г) соответствует нормальное положение ключей,(6) Й +оЙ а ЗО откуда гт - 1 показанное на фиг.1, а значению сигнала "-1" соответствует второе положение ключей.В качестве регистратора 4 можетбыть использован любой аналоговыйсамописец на бумажную ленту, быстродействие которого по переходномупроцессу удовлетворяет времени измерения, равного и тактам работы генератора функций Уолша. Это можетбыть, например, самописец типа КН 1,Вместо регистратора 4 может быть использован также цифровой вольтметрс цифропечатью или перфорацией данных на бумажную ленту,Принцип работы устройства заключается в следующем.Пусть термопреобразовательспостоянным погонным сопротивлением,соответствующий функции Ьад(0,х)имеет погонное сопротивление г принулевой температуре и общее сопротивление Й = г г.)т 1 о гг 1Погонное сопротивление г 1-го1термопреобразователя с переменнымпогонным сопротивлением при некоторойначальной температуре, например приоО С, изменяется по длине х по закону г, (х) = г, +г Ьад (1,х) (1) где г, - постоянная составляющая;г - амплитуда переменной составляющей, г, У г Ьад(1,х)Ьад(1,х) - 1-я функция Уолша-Адамара или другая двоичнаяфункция Уолша.Для полного сопротивления 1-го термопреобраэователя, длина которого равна г при профиле температуры 9 (х), можно записать 1 1.1г, т г Над1, х1о+ г Ьад(1,х) дх +д г,о11 Ц(х)Ьад(,х) дх, (2)о где З - температурный коэффициентчувствительности.Первое слагаемое в выражении (2) равно сопротивлению Й распределенного термопреобразователя с постоянным погонным сопротивлением г прис температуре ОС 11 =г,1 ты 6 х) Дх 48663 4 г г+,.г,а г аа Й(1+д 9) (3) где Й аа г г - сопротивление этого 5термопреобраэователя при температуре О;9 - средняя температура по профилю 6 (х) на отрезке С Оаг 1.Второе слагаемое в выражении (2)равно нулю, поскольку функцияЬад(1,х) ортогональна на отрезке.0,г 1, Последнее слагаемое в выражении (2 ) содержит информацию для коэффициента а . разложения пространст в)енного профиля температуры О (х)по функции Ьад(1,х), поскольку известно, что9 (х) Ьад (1,х) дха;гете аевеаге(4)(2), получим Йсоа. = -1 (1=0,п), (7)с ЙЗ 5 где Й и Й - измеряемые сопротив 1 П СОления термопреобраэователей,Й - постоянная, равнаяУтв Опеременной составляющей г погонного сопротивления при нулевой температуре, Умноженной на длинупреобразователя.45Таким образом, выражение (7) даеткоэффициент разложения а, профилятемпературы 9(г) по 1-й функцииУолша-Адамара Ьад(1,х) .Для профиля температуры справедпиво 6(х) = ) а, Ьад,х),1=0х = О, п.Подставляя выражение (7) в (8),получимУч - 1+К - К 1, х=О, иПоскольку Ко Ьай(О,х) Ковь-Ьад(,х) = 1.1 хаРассмотрим два последних слагаемых в выражении (9). Поскольку гг и К К, то запишем С )и Св 09 К - К г г(1+д,И)-г г(1+ый св ов с )х- (г, - г ) г(1+(Е) - г, (1+,д) Из выражения (10) следует, чторазность двух последних слагаемыхравна сопротивлению распределенного25термопреобразователя с постояннымпогонным сопротивлением Назовем этот термопреобразователь эквивалентным. Этот термопреобразова 30 тель используется вместо соответствующего Ьай (О,х).Получим для профиля температуры)х -1в(х) --- Е Ьай(х,х) - 351- К , х=О, п, (12)При последовательном во времени восстановлении точек профиля темпе ратуры вместо пространственного аргумента х используется временной аргумент 1., Произведя замену х наиз выражения (12) получим)ьОю й 1(13) Из выражения (13) следует, что поскольку Ьай(1,) = + 1, то для получения развернутого во времени профиля температуры 9 .) с точностью1до постоянного множителя --- не Кто обходимо осуществить алгебраическое суммирование сопротивлений термопре" образователей от 1-го до (и)-го и эквивалентного термопреобразователя. Устройство работает следующим образом.Термопреобразователи, размещенные в среде вдоль траектории, на которой требуется измерить профиль температуры, воспринимают температуру, и их локальные сопротивления соответствуют профилю температуры, а интегральные сопротивления К ( 1, и) и К ,воспринимаются дифференциальным усилителем 8.Генератор Уолша циклически вырабатывает функции Ьас 1(,) (фиг.За), которые поступают на управление ключами,включающими термопреобразователи в цепь источника 7 тока при Ьай(ь,)+ 1 и в цепь источника 6 тока при Ьай(,).) аа -1. При этом на входе дифференциального усилителя 8 образуется напряжение, равное разности сопротивлений термопреобраэователей, подключенных к различным источникам тока (фиг.2 в).Поскольку токи 1 равны,сопротивление термопреобраэователя 1, равно К и а К , то на входв ефусилителя 4 поступает сигнал напряжения, равный)х - 1Ц(7) = 1К Ьай(,). )-К, 3,1 х 1г=О, й. (14) Подставляя значение выражения вквадратных скобках иэ выражения (14)в формулу (13), получим (фиг.Зв): Значением величины тока и значением коэффициента усиления развязывающего усилителя устанавливается нормирующий множитель в выражении (15) .В результате на вход регистратора 5 поступает сигнал напряжения Б, в каждый момент времени пропорциональный значению температуры в некоторой точке пространства, т.е. сигнал 6, адекватный О(х). Этот сигнал периодически повторяется. При аналоговой регистрации сигнала 8 , например, на бумажной ленте самописца будет осуществляться сканирующая запись профиля 9 (х). При этом предполагается, что за время и тактов профиль температуры 0(х) остается неизменным. Пространственное разрешение и точность восстановления исследуемого профиля температуры определяется числом проводных термо 5 преобразователей.При необходимости цифровой регистрации профиля выход дифференциального усилителя 4 подают на вход регист О ратора через аналого-цифровой преобразователь.формула изобретения15Устройство для измерения профиля температуры, содержащее и проводных термопреобраэователей с переменным погонным сопротивлением, изменяющимся согласно и переменным функциям Уолша, проводной термопреобраэователь с постоянным погонным сопротивлениемкоммутатор, два источника тока, дифференциальный усилитель и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я 25 тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства путем сокращения числа вторичных измерительных и восстанавливающих преобразователей, в него введен генератор функций Уолша, а коммутатор снабжен и нормально замкнутыми, и нормально разомкнутыми и 2 п переключающими ключами, при этом термопреобразователь с постоянным погонным сопротивлением, равным разности постоянной и переменной составляющих погонных сопротивлений других термо -преобразователей, одним выводом соединен с общей шиной устройства, авторым выводом через п последовательно включенных нормально замкнутых ключей коммутатора соединен спервым выводом первого источникатока и первым входом дифференциального усилителя, выход которого подключен к регистратору, а второй входсоединен с первым выходом второгоисточника тока и через и последовательно включенных нормально разомкнутых ключей коммутатора подключен кобщей шине, соединенной с вторымивыводами источников тока, выводыкаждого 1-го термопреобразователя спеременным погонным сопротивлениемчерез два 1-х переключающих ключасоединены соответственно с первыми вторым выводами 1-го нормальнозамкнутого и 1 -го нормально разомкнутого ключей, управляющие в 1 одыкаждого д-го нормально замкнутого,д-го нормально разомкнутого и соответствующих двух д-х переключающихключей соединены с 1-м выходом генератора функций Уолша.5180/40ВНИИПИ Гопо делам113035, Мо ираж 775 арственного кзобретений иа, Ж, Рауш митета СССРгк рьггийкая наб., д.4/