Способ измерения показателя тепловой инерции термопреобразователя с частотным выходом

(53) 536.53(088.8) 1 оехниче ий ин сомола Е.Рыца(56) Авторско 9 267123, кл,Авторское798510, кл. свидетельство СССРС 01 К 15/00, 1970.видетельство СССРС 01 К 15/00, 1979. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ТЕРМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ(57) Изобретение относится к теплотехническим измерениям. Цель изобретения - повьппение точности измерения путем снижения метоцических иинструментальных погрепностей измерения. В момент достижения выходным 2 сигналом термопреобразователя (Т) 1 частоты настройки компаратора 2 на его первом выходе появляется импульс, поступающий на первьп вход блока 5 измерения временного интервала (ВИ), Начинается измерение временной задержки блоком 5 и подсчет числа им-: пульсов, поступающих с выхода Т 1 на вход счетчика 3. Через некоторый промежуток времени начинается подсчет счетчиком 4 импульсов во втором временном интервале, который равен по длительности первому, Значение показателя тегловой (ПТИ) инерции Т 1 вычисляется по приведенной формуле.Результаты измерения числа импульсов в обоих временных интервалах и значее ние ПТИ с выходов счетчиков 3 и 4 и блока 5 измерения временного интервала выводятся на блок 6 в цифровой индикации для вычисления ПТИ контролируемого Т 1. 4 ил.Изобретение относится к электроиэмерительной технике, а именно к теплотехническим измерениям, и может быть использовано при измерении по 5 казателя.тепловой энергии (ПТИ) термопреобразователей температуры (влабораторных и заводских условиях).Целью изобретения является повышение точйости измерения путем сниже ния методических и инструментальных погрешностей измерения.На фиг. 1 представлена временная зависимость выходной частоты термопреобразователя в период регулярного теплового режима; на фиг. 2 и 3 - зависимости составляющих погрешностей измерения ПТИ от соотношвний Ю Мк исоответственно; на фиг, 4 -20структурная схема устройства для реализации способа.Способ осуществляют следующим образом.Пусть выходная частота Р(й)термопреобразователя в регулярном тепловом режиме изменяется по экспоненциальному закону, допустим по30 затухающей экспоненте вида (фиг. 1)Р(с)=Р, ехр(- ), (1)где Р - значение частоты термопреобразователя в момент начала счета импульсов- измеряемое значение ПТИ термопреобразователя.Стационарное значение выходной частоты преобразователя в установившемся режиме, как не содержащее информации с ПТИ, не учитывают, так как средства цифровой измерительной техники позволяют просто осуществитьизмерение значения приращения частоты, вызванного скачкообразным температурным воздействием на термопреобразователь.Осуществляя интегрирование выходной частоты термопреобразователя, наФ пример, с помощью счетчика импульсов, на протяжении некоторого промежутка времени ЬС, получают число импульсов, зафиксированное счетчиком:аа ас55 Я 3 Р(Е)йй Р 3 ехр(- р)йе=Роь 1 о оОтношение числа импульсов М 1, заФиксированных счетчиком за первый промежуток времени, к числу импульсов В, зафиксированных счетчиком за .второй равный ему промежуток времени, равно: И=ехр.Н Отсюда определяют значение ПТИ контролируемого термопреобразователя: Ч(4) В реальных условиях измерения ПТИ вследствие неизбежных погрешностей квантования и дискретизации выходного сигнала термопреобразователя, влияния шумов и помех, а также инструментальных погрешностей измерительных приборов, носящих случайный характер, подсчет числа импульсов Н и Бо сопровождается некоторой абсолютной погрешностью измерения дИ.Дадим оценку среднеквадратичной погрешности измерения ь, вследствие влияния погрешностей измерения И и И. При этом полагаем, что определяющее влияние на результат измерения оказывает погрешность М, а погрешностью измерения временной задержкиможно пренебречь, так как совмещенные средства измерения временныхпромежутков позволяют осуществить эту операцию с высокой точностью.Расчеты показывают, что относительная среднеквадратическая погрешность измерения ПТИ равна:= фл =8 М,Г(к), (5)- абсолютная среднеквадратичная погрешность измерения ; где Ь ьН3= -- относительная погрешностьИизмерения числа импульсову Спустя некоторый промежуток времени Ч(6, т,е. до момента окончания первого временного интервала, начинают подсчет числа Ир импульсов во втором временном интервале, равном . по длительности первому:ч+М ЧфМ1 с= 1 РЙС=Р,ехр(- -) с 1=Р,1 Ч Ч(фиг. 2) нкции имеет не м в областиминимальное зна значение фуенныи миниму о, что четко выражзначений Ччение коэ В=1, т.)=2,88 достиднЬициент гается при соотно начает, что для о мально возможной нииЮ= ь. Это о спечения минигрешности изме 5 ние жащеи точностью. 30 по вате ля с частотным выводом позволяет не менее чем на 50 ь повысить точность 5измерения по сравнению с известным при использовании одних и тех же измерительных средств.Способ измерения ПТИ может бытьреализован с помощью устройствА, вы .полненного по структурной схеме,представленной на фиг. 4.Устройство для исследования термопреобразователя 1 содержит блок 2 На фи афик зави 3 гриведен с(-), откуда симости видно, что приЬГ(-р;) отличаетного значения коэффициен нимально возм ся от ми ож4 Ецц(р-)"1 не более чем на 107, Сле-.довательно, длительность промежутка подсчета числа импульсов М нецелесообразно выбирать более (23)ь, так как это не приводит к дальней 5 шему снижению погрешности 8, а лишь увеличивает время процесса измерения.Юм образом, лишь при -р= "23т.е. когда временные промеТакии - 1р жут чены рения, с момент начала отсчета второго интервала времени С длительностьюдолжен быть смещен по отношению к моменту начала отсчета первого интервала на время, равное с. Поскольку значение ь является измеряемым и оно априори не известно, отсчет второго временного интервала следует начинать с момента С , когда выходное значений частоты термопреобразователя достигает уровня РГ составляющего примерно 0,4 от первоначального эначе ния Р в момент времениначала отсчета первого интервала.Относительную погрешность измерения 8 Б можно также снизить путем рационального выбора времени М подсчета числа импульсов,Действительно в которых происходит подсчет числа импульсов выходной частоты термопреобразователя, перекрываю могут быть достигнуты минимально возможные значения коэффициентов, входящих в выражение для относительной погрешности измерения 8 с., и обеспечена максимальная точность измерения значения ПТИ, Следонательно, минимальная погрешность измерения будет обеспечена, если длительность интервала аС подсчета числа импульсон Я и Б равна (23) ь (что соответствует моменту достижения выходной частотой значения примерно 0,1 Ро )р а сдвиг момента начала второго временного интервала по отношению к первому равен (что соответствует моменту досткения выходной частотой значения примерно 0,4 Ро).Следует отметить, что вследствие размытости области минимума коэффи 4циентов Г(к) и Е, зада уронней отсчета временных интервалов Ро и Р не критично по отношению к условиям обеспечения минимальной погрешностиизмерения. Однако измерение значения временного сдвига Р при этом должно быть выполнено с надле 1012025 Следовательно, предлагаесоб измерения ПТИ термопрео частотных дискриминаторов, счетчики3 и 4 импульсов, блок 5 измерениявременного интервала и блок 6 цифровой индикации. При этом частотныйвыход термопреобразонателя 1 соединен с блоком 2 частотных дискриминаторов и со счетными входами счетчиков 3 и 4, первый и третий выходыблока 2 частотных дискриминаторовсоединены раздельно с входами блока5 измерения временного интервала ивходами "впуск" счетчиков 3 и 4, авторой и четвертый выходы блока 2частотных дискриминаторов подклюраздельно к входам "Стоп" обоихсчетчиков импульсов. Выходы блока 51541486 8водятся на блок 6 цифровой индикациии затем используются для вычислениязначения ПТИ контролируемого термо 1преобразователя. 1 п 1 ЯЮ где С45ЮЯ( иВ -50 и счетчиков 3 и 4 подсоединены к входу блока 6 цифровой индикации. Блок 2 частотных дискриминаторов сос тоит иэ четырех компараторов, кастро енных на частоты соответственно Р5 Р=0,4 Р, Р 0,1 Рю и Р, =0,04 Р, на выходе которых появляется сигнал логической единицы в момент достижения выходным сигналом термопреобраэователя соответствующей частоты настройки.Устройство работает следующим образом.В период регулярного теплового ре жима в момент достижения выходным,- сигналом Р(С) термопреобразователя 1 частоты Р настройки первого частотного компаратора блока 2 на его первом выходе появляется импульс, поступающий на первый вход блока 5 измерения временного интервала и на вход "Пуск" счетчика 3. Начинается измерение времени задержки 9 блоком 5 и подсчет числа импульсов И, по ступающих с выхода термопреобразователя 1 на счетный вход счетчика 3.В момент достижения выходнь 1 мсигналом Р(с) значения Р на третьем выходе блока 2 появляется импульс, 30 поступающий на второй вход блока 5 измерения временного интервала и на вход "Пуск" счетчика 4. В этот мо- мент прекращается измерение промежутка времени. блоком 5 и начинается счет счетчиком 4 числа импульсов Ю, поступающих на его счетный вход.Подсчет числа импульсов Я, счетчиком 3 прекращается в момент достижения выходной частотой термопреобра зователя 1 значения Р, о чем сигнализирует появление сигнала на втором выходе блока 2, поступающего на вход "Стоп" счетчика 3Аналогично при достижении частотой Р(й) эначе 1ния Р на четвертом выходе блока 2 появляется импульс, поступающий на вход "Стоп" счетчика 4, прекращающий поступление на него импульсов с выхода термопреобразователя 1.Результаты измерения Ю, Н и М с выходов счетчиков 3 и 4 блока 5 выФормула изобретения Способ измерения показателя тепловой инерции термопреобразователя с частотным выходом, заключающийся в подсчете числа выходных импульсов термопреобразователя в двух равныхУинтервалах времени в период регулярного теплового режима и последующем вычислении показателя тепловой инерции по расчетной формуле, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем снижения методической и инструментальной погрешности, подсчет числа импульсов производят в двух перекрещивающихся временных интервалах, первый из которых задают с момента начала подсчета импульсов до момента достижения выходным сигналом термопреобразователя значения, равного 0,08-0,15 от начального значения сиг" нала в момент начала счета импульсов, а второй промежуток времени формируют с момента достижения выходным сигналом уровня, равного 0,35- 0,45 от начального значения сигнала в момент начала счета импульсов первого временного интервала, измеряют время задержки второго временного интервала по отношению к первому, а значение показателя тепловой инерции термопреобраэователя вычисляют по Ьормуле показатель тепловой инерции термопреобразователя; время задержки второго временного интервала по отношению к первому;число выходных импульсов термопреобразователя за первый и второй интервалы времени соответственно.Составитель В.КулиРедактор В,Петраш Техред Х,Дидык о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, О изводств Заказ 275 ВНИИПИ Гос Тираж 489рственного комитета по изоб 3035, Иосква, 3-35, Ра в Корректор В Кабаций Подписноетениям и открытиям при ГКНТ ССская наб., д. 4/5