Устройство автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар

(23)Приоритет С 01 К У/02 3 Ьеуаарстаеай кфннтет СССР ао делан нзоеретениЯ и открыткЯ(72) Авторы изобретения Днепропетровский ордена Трудового Красного .Знамени горный институт им. Артема(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ВЕЛИЧИНЫ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ ТЕРИОПАРУстройство относится к электроиз" мерительной технике и предназначено для автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар при приемосдаточных испытаниях5 в соответствии с требованиями ГОСТ.6616-74Контроль динамических свойств термопар согласно требований ГОСТ осуществляется путем ручкой обработки ц осциллограмм, на которых записываются их переходные характеристики. Такой контроль, особенно в условиях серийного производства, требует больших затрат труда и в ряде случаев не обес- з печивает требуемой точности.Известны устройства для измерения постоянной времени термодатчиков, в . основу работы которых положен метод фиксирования значений выходного на-, о пряжения термопары в ряд моментов времени на ее переходной характеристике и автоматической обработки этих результатов по алгоритмам, задаваемым схемной реализацией измеритель"ной аппаратуры 1 ,2 ) и31Однако этим решениям присущ об" щий недостаток - они основаны на том, что термопара представляет собой динамическое апериодическое звено первого порядка. В действительности термопары, особенно те, которые имеют чехол, сваренный с чувствительным элементом, в условиях испытаний, предусматриваемых ГОСТ с достаточной точностью описываются лишь апериоди" ческим звеном не ниже третьего порядка. Поэтому использование для целей автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар известных решений приводит к значительным методическим погреш" ностямНаиболее близким по технической сущности и достигаемому результату при использовании к предлагаемому является устройство для измерения показателя тепловой инерции термопар,996 ч 4 3 93содержащее переключатель рода работы.нагреватель, измерительный усилитель,ключ переключателя каналов сигналатермопары, запоминающий элемент установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, масштабныйусилитель, трехполюсный аналоговыйключ, резистивный делитель напряжения, схему сравнения, триггер, одновибратор и цифровой регистратор.В процессе измерения запоминающийэлемент фиксирует установившееся значение выходного напряжения термопарыа масштабный усилитель и резистивный делитель формируют опорные напряжения Е = 1,272 Ео и Е -- 11 Е,1).Для экспоненциальной переходнойхарактеристики апериодического звенапервого порядка постоянная времени Тможет быть определена какЕЕпЕо2)ЕгЕогде .4 и 1 2 - моменты времени, в которые на переходной характеристикетермопары фиксируются значения напряжений Е," и .Е 2, С учетом (1) уравнение (2) преобразуется к видуТ= й - й=ь 1 (3)Интервал времени измеряется и выдается цифровым регистратором как величина показателя тепловой инерциитермопарыОднако устройству в полной мереприсуща методическая погрешность аппроксимации экспонентной реальной переходной характеристики термопары.Цель изобретения в . повышение точности контроля величины показателятепловой инерции термопар,Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее измерительный усилитель, вход которого соединен с испытуемой термопарой, а вы"ход через ключ переключателя каналовсигнала термопары с запоминающим элементом установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, резистивный делитель напряжения, введены блок порогового запуска, блоквыделения начала регулярного режима,блок автоматики, запоминающие элементы промежуточных значений сигналатермопары с ключами сброса, вычитающие .элементы, компараторы, два двухпозиционных и два трехпозиционныхлогических элемента И и элементы 5 10 15 20 25 30 З 5 40 45 50 55 сигнализации, при этом входы всех запоминающих элементов связаны через ключи переключателя каналов с выходом измерительного усилителя, вхо" ды "минус" вычитающих элементов соединены с выходом первого запоминаю" щего элемента промежуточных значений сигнала термопары, в точке начала регулярного режима входы "Плюс"- с выходами остальных запоминающих элементов промежуточных значений сигнала термопары, выход последнего вычитающего элемента соединен с резистивным делителем напряжения, а выходы остальных вычитающих элементов соединены с первыми входами компараторов, опорные входы которых присоединяются к выходу резистивного делителя напряжения, выходы, "Больше" или "Равно" компараторов соединены соответственно с первыми входами первого двухпозиционного и трехпорционных логических элементов, И, а выходы "Меньше" подключены к вторым входам трехпозиционных и к первому входу второго двухпозиционного логических элементов И, входы блоков порогового запуска и выделения начала регулярного режима соединены с выходом измерительного усилителя, выход блока порогового запуска связан с первым входом управления нПодготовка" блока автоматики выход блока выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления "Пуск" блока автоматики, первый выход которого подкпючен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов, второй и последующие выходы блока автоматики соединены с входами управления ключей переключателя каналов, последний выход блока автоматики подключен также к вторым входам двухпозиционных и третьим входам трехпозиционных логических элементов И, выходы логических элементов подключены к элементам сигнализации, а блок автоматики снабжен третьим входом управления от внешнего сигнала "Сброс".На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - графические переходные характеристики термопар.Устройство содержит испытываемую термопару 1, измерительный усилитель 2, блок 3 порогового запуска, блок 4 выделения начала регулярногопары О.1. 5 9399режима, блок 5 автоматики, ключи. 610 переключателя каналов сигналатермопары, запоминающие элементы 1115 с ключами сброса, вычитающие элементы 16-19, резистивный делитель20 напряжения, компараторы 21-23,двухвходовые 24 и 25 и трехвходовые26 и 27 логические элементы И и элементы сигнализации 28-31,На фиг, 2 обозначены: а, б, в - Опереходные характеристики термопарс номинальным, меньшим и большим показателем тепловой инерции; гточка перегиба переходной характеристики (начало регулярного режима);д - опорная точка характеристики;1 в - момент наступления регулярногорежима; , с й - интервалызадания допусков "1", П "1", "Брак",групп испытываемых термопар; О; - р 0пороговый сигнал запуска устройства;О 0 - значение сигнала в точке пере. гиба; О - установившийся уровеньермопары О фО, , О т 4,значения сигнала термопары в моменты 25времени Со+с, С +сС +СИспытываемая термопара 1 черезизмерительный усилитель 2 присоединена к входам ключей 6- 10 переключателяканалов, блока 3 порогового запускаи блока 4 выделейия начала регулярного режима, выполненного, например,в виде дифференцирующего звена. Выход ключа 6 соединен с входом элемента 11 запоминания сигнала Оо, выпалненного, как и элементы 12-15, например, в виде интегратора, выходы ключей 7-10 - с входами элементов 12-15запоминания сигналов ОВФО , Оо ++ О О. Выход элемента 11 подсоединен ко входам "Минус", а выходы элементов 12-15 присоединены соответственно к входам "Плюс" элементов вычитания 16- 19. К выходу элемента 19 подключен резистивный делитель 20 напряжения, выходы же элементов 16- 18 соединены спервыми входами компараторов 21-23, вторые(опорные) входы которых присоединенык выходу делителя 20. Выходы "Больше" или "Равно" компараторов 21-23соединены соответственно с первымивходами логических элементов И 2426, выходы "Меньше" подключены соответственно к вторым входам элемен 55тов 25 и 27 и к первому входу элемента 25, Выход блока 3 пороговогозапуска связан с первым входом уп"равления "Подготовка" блока авто 64 6 матики 5, выход блока 4 выделения начала регулярного режима соединен свторым входом управления "Пуск" блока 5, первый выход которого подключен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов 11- 15, второй и последующие выходы блока 5 соединены с входами управления ключей6- 10, последний выход блока 5 подключен также к вторым входам элементов24 и 25 и к третьим входам элементов 26 и 27.Выходы логических элементов И 2427 подключены к элементам сигнализации 28-31, а блок 5 имеет третий входуправления от внешнего сигнала"Сброс".Устройство работает следующим образом,Если термопара подготовлена к испытаниям согласно ГОСТ (находитсяпри нормальной температуре), то сигнал на выходе усилителя 2 минимальный, ОО блок 3 не возбужден, ив этих условиях подача командынСброс" приводит блок автоматики 5в исходное положение, в котором кратковременный импульс на выходе 1 замыкает ключи сброса элементов 11- 15запоминания, подготавливая последниек работе. Далее термопара вноситсяв кипящую воду (на ее вход подаетсяскачкообразное воздействие), и когда блок 4 фиксирует момент наступления регулярного теплового режима,блок автоматики по выходуоткрывает ключ 6 и блок 11 запоминаетуровень сигнала ОИнтервалы времени 1, ,9 С2 ее 1 ечерез которые появляются ймпульсына выходах 1, 1+ 1 блока 5 устанавливаются конкретнымизначениями допусков на величину показателя тепловой инерции для каждойизгрупп, на которые разделяютсягодные термопары.Итак, в заданные моменты времениО+,со+ отпираются ключи1-9 1 а каместае примера рассмотреноустройство контроля для= 3) и вэлементах запоминания 12-14 фиксируются значения уровней сигналов термопары О+Ц О +О. Затем с достаточной для наступления установившегося теплового режима термопары,блок 5 по выходу "1+2" отпираетключ 10 и элемент 15 запоминает установившееся значение сигнала термо7 9399Тогда на выходах элементов вычитания 16- 19 образуются уровни напряжения О ОО,;О,-О, последнее преобразуется реэистивнымделителем 20 к уровню 0,63 (О"Оо)Бкоторый согласно требований ГОСТявляется опорным. Посредством компараторов 21-23 напряжения О 1 О ,Цсравниваются с опорным, комбийациидискретных сигналов с выходом компа" 40раторов поступают на логические элементы И 24-27 которые выполняютроль дешифратора. В зависимости отсоотношений уравнений сигналов, зафиксированных запоминающими элементами и по разрешающему сигналу, поступающему на дешифратор с выхода1-2 блока 5 срабатывает один иэлогических элементов и соответствующий элемент индикации, 20Если испытаниям подвергается термопара, имеющая переходную характеристику а,(фиг.2) то соотношение сигналов, поступающих на компараторы,имеют вид О О 063(Оу- О, ) Оз. дКомпараторы 21 и 22 выдают сигналы по выходам "Меньше", компаратор 23 - "Больше" срабатывают логический элемент И 26 и элемент 30сигнализации третьей допусковой груп- Э 0пы (ранее принятого 1-3),Так как интервалы временис. й неизменныто очевидно, чтотермопары с меньшей величиной пока"зателя тепловой инерции и большейЭБкрутизной нарастания переходной характеристики (например, кривая Гфиг. 2) будут относитьсяустройствомв младшие допусковые группы, а сбольшей величиной показателя тепловой инреции (кривая В ) - в старшие,Наконец если Ос 063(Оу-Оа) всекомпараторы выдают сигналы "Меньше",срабатывают последний двухвходовыйэлемент И и элемент сигнализации"Брак".Таким образом, алгоритм функционирования предлагаемого устройстваотвечает. требованиям, предьявляемымГОСТ 6616-74 к контролю величины показателя тепловой инерции в процессеприемосдаточных испытаний термопар.Испытания макета устройства автоматического допускового контроля пока 1 али что применение его позволяетЫповысить точность контроля в 2"25 раза по сравнению с результатамиручной обработки осциллограмм переходных характеристик термопар; затраты 8времени на проведение контроля при этом снижаются в - 10 раэ (в зависимости от квалификации оператора при существующем методе контроля).Формула изобретенияУстройство автоматического контроля величины показателя тепловой инерции термопар, содержащее измерительный усилитель, вход которого соединен с испытуемой термопарой, а вы" ход через ключ переключателя каналов сигнала термопары с запоминающим элементом установившегося значения сигнала термопары с ключом сброса, резистивнь 1 й делитель напряжения, о т " л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, введены блок порогового запуска, блок выделения начала регулярного режима, блок автоматики, запоминающие элементы промежуточных значений сигнала термопары с ключами сброса, выцитающие элементы, компараторы, два двухпозиционных и два трехпозиционных логических элемента И и элементы сигнализации, при этом входы всех запоминающих элементов связаны через ключи переключателя каналов с выходом измерительного усилителя, входы "Минус вычитающих элементов соединены с выходом первого запоминающего элемента промежуточных значений сигнала термопары, в точке начала регулярного режима входы "Плюс"- с выходами остальных запоминающихэлементов промежуточных значений сигнала термопары, выход последнего вычитающего элемента соединен с резистивным делителем напряжения, а выходы остальных выцитающих элементов соединены с первыми входами компараторов, опорные входы которых присоединены к выходу резистивного делителя напряжения, выходы "Больше" или "Равно" компараторов соединены соответственно с первыми входами первого двухпоэиционного и трехпоэиционных логических элементов И, а выходы "Иеньше" подключены к вторым входам трехпозиционных и к первому входу второго двухпозиционного логицеских элементов И, входы блоков порогового запуска и выделения начала регулярного режима соединены с выходом измерительного усилителя, выход блока порогового запуска связан,с первым входом управления нПодготовка" блока автоматики, выход блока выделения начала регулярного режима соединен с вторым входом управления "Пуск" блока автоматики, первый выход которого подключен к входам управления ключей сброса запоминающих элементов, второй и последующие выходы блока автоматики соединены с входами управления ключейпереключателя каналов, последнийвыход блока автоматики подключентакже к вторым входам двухпоэиционных и третьим входам. трехпоэиционныхлогических элементов И, выходы ло 39964 10, гических элементо подключены к элементам сигнализации, а блок автоматики снабжен третьим входом управления от внешнего сигнала "Сброс".В Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 300783, кл. С 01 К 7/14, 1971.2. Авторское свидетельство СССР фю М 624123, кл. С 01 К 15/00, 1978.3. Авторское свидетельство СССРМ 669227, кл. С 01 К 15/00) 19794. Авторское свидетельство СССРй 655912, кл. С 01 К 15/00, 1979 фз (прототип)939964 Заказ 4654/61 Тираж 887 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Составитель Н, ГоршковаРедактор Е. Лушникова Техред.Т.фанта Корректор М. Шароши