Устройство для измерения средней температуры

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫИзобретение относится к измерительной технике и может использоваться приизмерении температурных полей, Известно устройство для измерениясреднеинтегрального значения температуры среды, содержащее измеритель и термо-метр сопротивления из последовательновключенных четырех терморезисторов, начальное сопротивление каждого из которыхпропорционально значению весовой функ.0ции наконтролируемом им участке и обратнопропорционально величине температурногокоэффициента сопротивления его матерйала. Недостатками устройства являются15низкая точность измерения, обусловленнаяиспользуемыми аналоговыми элементами,и качество усреднения, связанное с усреднением лишь по малому числу терморезисторов, Кроме того, данное устройство20характеризует низкая надежность, поскольку выход из строя любого термореэистора приводит к катастрофическому отказу всегоустройства. Известно устройство для автоматического измерения средней температуры среды, -содержащее и датчиков температуры,коммутатор, преобразователь аналог - код,делитель, счетчик и использующее методначета число-импульсных эквивалентов сигналов датчиков, прямо пропорциональных 30величине температуры и обратно пропорци-.ональных их числу.Недостатками известного устройстваявляются возможность усреднения лишь поколичеству датчиков без учета их исправности и низкая надежность, поскольку выходизстроя любого датчика приводит к нештатным ситуациям, приводящим к искажениюрезультата измерения.Известно устройство для измерения 40средйей температуры, содержащее термопреобразователи, коммутатор, аналогоцифровой преобразователь, три счетчика,преобразователь код - последовательностьимпульсов, регистр, мультиплексор, генератор, элемент И, использующее преобразование сигналов датчиков, опрашиваемыхпоследовательно, с дал ьйейшим усреднени.ем по их количеству и с учетом числа неисправных датчиков.. 50Недостатками устройства являются невысокая точность измерения средней температуры и низкая помехоустойчивость, чтообусловлено получением среднего лишь поколичеству датчиков без определения средйего по времени,Наиболее близким по технической сущности к техническому решению является устройство, предназначенное для измерениятемпературных полей путем преобразования сигналов датчиков опрашиваемых последовательно с дальнейшим усреднейием как по их количеству; так и по времени. Устройство содержит и термопреобразователей, аналого-цифровой преобразователь, реверсивный счетчик, преобразователь код - последОвательность импульсов, генератор, выход которого подключен к входу счетчика, первый и второй элементы ряда коньюнкторов, Термопреобразователи под ключены к информационным входам коммутатора, выход которогочерез аналого-цифровой преобразователь подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выход которого подключен к кодовому входу преобразователя код - последовательность импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, а частотный вход подключен к второму выходу генератора, В ыход счетчика объедийен с управляющим входом коммутатора и мультиплексора, выход которого объединен с вторым входом первого элемента И и первым входом второго элемента И, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика.Недостатком прототипа является невысокая точность, обусловленная малым временем считывания информации в каждом канале в течение обращения к каждому термопреобразователю в цикле сканирования датчиков, Кроме того, из-за неравномерности потоков импульсов в цепях прямой и обратной связи код среднего, формируемый реверсивным счетчиком в режиме динамического равновесия, характеризуется пульсацией части его младших разрядов, снижающей информативность и соответственно точность результата.Целью изобретения является повышение точности измерения средней температуры.Цель достигается тем, что в устройство для измерения средней температуры, содержащее п термопреобразователей. первый аналого-цифровой преобразователь, реверсивный счетчик, преобразователь код - поСледовательность импульсов, генератор, подключенный к входу счетчика, выходную шину, шины сигналов разрешения и два элемента И, введены ианалого-цифровых преобразователей, и формирователей импульсов, два элемента ИЛИ, регистр, делитель частоты, иэлементов И и распределитель импульсов, стробирующий вход которого соединен с выходом генератора, а другой вход - с кодовым выходом счетчика, связанного выходом переполнения через делитель частоты с управляющим входом регистра,5 1793275 6 информационный вход которого подключен порциональные температуре и проходящие к выходу реверсивного счетчика, а выход - на первые входы и формирователей 8, вток выходной:шине и кодовому входу преоб- рые входы которых подключены к выходам азователя код - последовательность им- элементов И 7, В случае неисправности чаульсов, связанного частотным входом с 5 сти датчиков соответствующие сигналы ыходом элемента ИЛИ; а выходом с вычи Яп принимают низкий уровень (исправающим входом реверсивного счетчика, со- ным датчикам соответствует высокий уродиненного суммирующим входомс вень сигнала) и блокируют прохождение ыходом другого элемента.ИЛИ, выход каж-импульсов распределителя 13 импульсов на ого из и термопреобразователей подсоеди вйход соответствующихэлементов И 7 и на ен к входу соответствующего формйрователя вторые входы и формирователей 8 соответмпульсов через соответствующий аналого- ственно.Последние осуществляют синхронизаифровой преобразователь, другие входы цйю выходных импульсов аналого-цифрового ормирователейимпульсов объединены преобразователя 2 по фазам ф 1 уЪвыход- ежду собой и с выходами элементов И, Я ных импульсов элементов И 7, при этом чавязанных с входами элемента ИЛИ, при стотасинхронизацийимпульсов на выходах том выходы формирователей импульСов элементов И 7 вйбирается равной максиодключены к входам другого элементамальной частота Рхпхс, формируемой ана- ЛИ, выходы распределителя импульсов лого-цифровыми преобразователями 2. оединены с входами элемента ИЛИ через 20 Такйм образом, при исправностии дат- оответствующие элементы И, подключен- чиков термопреобразователей; что соответые другими входами к шинам сигналов раз- ствуетвысокомууровню сигналов Я 1.3 на ешенйя,.., выходах формирователей 8, вырабатывают-.Сущностьтехнического решения состоит ся и синхронизированных по фазам созданииточного"устройства для измерения 25 р 1 Ъ последовательностей несовпадаюредней температуры с использованием ме- щих импульсов, средние частоты которых ода одновременного считывания информа- равны Р Р соатветственно. Очевидно, что ивных сигналов. со всех каналов с ихэлементИЛИ 12 выполняетфункциючастотоеледующим преобразоваййем в частоту и ного сумматора и на суммирующий входреуммированием при дальнейшем их несчете 30 версивного счетчика 3 поступают сигналы прямой цепи следящей частотно-импульс- со средней частотой, равной сумме частот ой системы посредством организацйи отри-сйгналов, снимаемых с выходов формироваательной обратной связи с ее фиксацией в телей 8. Код счетчика 3 переписывается в онце периода обращения к датчикам-с уче- . регйстр 10 сигналом; формируемым делитеом предыдущих измерейий и блокировкой 35 лем 14 частоты, поступающим с периодом Т епей прямой и обратной связи в моменты; = 2 К/РО, где К - разрядность счетчика 3, оответствующие фазам опроса неисправ- регистра 10 и преобразователя 4 код - поых датчиков,.:,.:следовательность . импульсов. БлагодаряНа чертеже показана схема предлагае- .:, этому преобразователь 4 код - последоввого устройства: . . 40 тельность импульсов, находящийся в цепиУстройство содержит и термопреобра- отрицательной обратной связи и вйполненователей 1, и аналого-цифровых преобра- нцй, например, в видедвоичногоумножитеователей 2, реверсивный счетчик 3, ля частоты, начинает вырабатывать сигналы реобразователь 4 код - последователь- под воздействием кода регистра и суммарость импульсов, генератор 5, выход кото ной частоты сигналов с выходов элементов ого подкл ючен к входу счетчика 6, и И 7, формируемой на выходе элемента ИЛИ лементов И 7, и формирователей 8 импуль, причем средняя частота импульсов, поов, элемент ИЛИ 9, регистр 10, выход кото- сгупающих при зтбмна вмчитающий вход ого подключен к выходной шине 1, : реверсивногбсчетчика 3;стремится ксредлемент ИЛИ 12, распределитель 13 им-.50 нейчастотеимпульсовнаегосуммирующем ульсов, делитель 14 частогы, шины входе. БлокированиеМгналов прямой иоб з 1 . 15 з, сигналов разрешения.: ратной связи йри обращении к неисправУстройство работает следующим обра- иым тержареобразователям реализуется ом.путем исключенйя участйя в их формироваАналого-цифровые преобразователи 2 55 йии соответствующих фазйрующих импульреобразуют информативный сигнал каж-сов синхронизацйи, п 1 эоизводя, таким ого изп термопреобразователей всигна- образом, усреднение по количеству датчиы с частотами Ры ( = 1 и, где и - число ков температуры, Изменение сигнала любоЬключенных термопреобразователей), про- го из термопреобразователей 1, равно как ивыход его из строя, приводит к изменению средней частоты последовательности импульсов на суммирующем входе реверсивного счетчика 3 и благодаря отрицательной обратной связи формированию компенсирующей средней частоты последовательности импульсов на его вычитающем входе, что, в свою очередь, приводит к устайовлению в регистре 10 в режиме динамического равновесия кода среднего как по количеству исправных термопреобразователей, так и по времени за период Т.В основу работы устройства положен итерационный принцип усреднения импульсных последовательностей с использованием частотно-импульсной следящей системы. В качестве схемы сравнения, вырабатывающей сигнал рассогласования, используется реверсивный счетчик 3, с помощью которого осуществляется суммирование и вычитание частоты и интегрирование полученной разности. Условием динамического равновесия устройства является равенство приращений кодов суммирующих и вычитающих цепей реверсивного счетчика 3 в течение периода усреднения Т, -т.е. равенство средних значений частот импульсных последовательностей, поступающих на суммирующие и вычитающие входы счетчика Ъ состояние которого фиксируется регистром 10, формирующим код среднего сигналов термопреобразователей 1,При нулевом начальном состоянии кодов реверсивного счетчика 3 и регистра 10 на суммирующий вход счетчика 3 в течение первого периода Т поступаетаа 1 =Т Й х хаЯ = Та имвувЬСОВ,где 31 " 1 или 0 при исправном или неисправном 1-м термонреобразователе соответ. ственно.Код Ь 1 по окончании периода Т с помощью выходного сигнала делителя 14 частоты переписывается в регистр 10, т,е. в :регистре 10 получается код числаЙг 1- Д 1-Те.Генератор 5 формирует последовательность импульсов с частотой Ро, проходящую на счетный вход счетчика 6, имеющего и состояний. Код последнего в свою очередь управляет работой распределителя 13 импульсов, на выходах которого формируются несовпадающие во времени фазирующие импульсы р 1Ъ с частотой Рой, равной максимальной частоте на выходе аналогоцифровых преобразователей. На частотный вход преобразователя 4код - последовательность импульсов поступает суммарная частота с выходов элементов И 7, поскольку поступление на вход 5 элемента ИЛИ 9 импульсных последовательностей, сигналы каждой из.которых фазированы не совпадающими импульсами фаз ф 1ф, позволяет этому элементу выполнить функцию частотного сумматора. Таким обра зом, среднее значение частоты на выходе элемента ИЛИ 9 определяется выражениеми сР 2 =; - Я"5 или, учитывая соотношение частот =Ео и=Гхмакс, выражениемлР 2 =.в хмакс Я = Е хмакс,20где - количество исправных термопреобразователей.Отличное от нуля значение кода И 1 ре гистра 10 инициирует формирование и реобразователем 4 в течение следующего периода Т30г 12 вв хмакс2 2йд 1импульсов, поступающих на вычитающий вход реверсивного счетчика 3, где йг - зна чение кода регистра 10, зафиксированное впервом периоде Т, Очевидно, что по окончании второго периода Т код регистра 10 получает приращение40 Д 2=Т - Т " йг =1 Р хмэксР2кмэкс45 = Та ( 1 -Т ) = Та ( 1 - 3 ),вв хмакс2Р хмаксгде 1=2"50 и код регистра 10 получает значениеЙ 22=Й 11+ Ь 2 - Та+Та(1-1) =Та(1+(1-=Та (2-).Аналогично в конце третьего периода Т .код регистра 10 получает приращение551 Р хмаксЬЗ =Та - Т Й г 21 Ркмйкс Т (2)2 к1793275 Т. (1 - ) аче 10 и макск Е Ркод Х хЗнури . где Й - значение кодОтсюда в установ а регистра 10, вшемся режимеРх окажем условие сходимости ряда ира ений кода регистра 10:1- 1 2 К= Йгэхмаили 1 -К Гх Я а учимгде р=2 К/Рхмакс- коэффициент пропорци 25., ональности,Таким образом, на выходе регистра 10сформирован код средйего как по количеству исправных датчиков температуры, так ипо времени, Усреднение температуры за од.30 но и то же время Т требует от устройствапрототипа в отличие от настоящегоустройства промежуток времени считывания информации с каждого из и датчиков,определяемый ТЙ, что снижает информа 35 тивность в и раз каждого канала, а соответственно и точйость. Кроме того, отсутствиепульсации части младших разрядов результата на выходе регистра в режиме динами ческого равновесия из-за неравномерности40 импульсных потоков во входных цепях реверсивного счетчика также повышает точность измерения средней температуры,оп,22 К Ро или 11 -- 11 с., формула изобретенияУстройство для измерения средней температуры, содержащее и термопреобразователе, первый аналого-цифровой преобразователь, реерсивный счетчик, преобразователь код " по ледоввтельность импульсов, генератор, по ключенный к входу счетчика, выходную ш ну, и шин сигналов разрешения и два элеме та И, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це ью повышения точности, в него введены п- аналого-цйфровых преобразователей, п ф рмирователей импульсов, два элемента ИЛИ, регистр, делитель частоты, пэле Т- " Т (2 - 1)= ыражение для -го приращения з ода регистра 10 принимает вид= Та (1-1),ак как Н 1 1, то очевидно, ч .реестра 10 получает ряд сходящихс., лю приращений. 2ставляя значение Т и Гхвахс, йолР Так как максимальное значение= п; топоследнее неравенство всегда выполняется.Динамическое равновесие реверсивко го счетчика 3 характеризуется равенствомколичества импульсов, приходящих на суммирующий и вычитающий входы счетчика 3 за период Т, и дальнейшей фиксацией кода результата в регистре 10; Очевидно, что при этом средние частоты на входах счетчика 3.равны, т,е; ментов И и распределитель импульсов, стробирующий вход которого соединен с выходом генератора, а другой вход - с кодо вым выходом счетчика, связанного выходомпереполнения через делитель частоты с управляющим входом регистра, информационный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, а выход - к выход ной шине и кодовому входу преобразователя код - последовательность импульсов, связанного частотным входом с выходом элемента ИЛИ, а выходом - с вычитающим входом реверсивного счетчика, соединенного суммирующим входом с выходом дру1793275 12 Составитель С.ИльчукТехред М,Моргентал Корректор Л,Лукач Редактор Заказ 497 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 гого элемента ИЛИ, выход каждого из п термопреобраэователей подсоединен к входу соответствующего формирователя импульсов через соответствующий аналого-цифровой преобразователь, другие входы формирователей импульсов обьединены между собой и с выходами элементов И, связанных с входами элемента ИЛИ, при этом выходы формирователей импульсов подключены к входам другого элемента ИЛИ, выходы распределителя импульсов соединены с входами эле мента ИЛИ через соответствующиеэлементы И, подключенные другими входами к шинам сигналов разрешения,