Устройство для измерения температуры

СО)ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК с С 01 К 70 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 79610 2,10.7 01 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРУ 718725, кл. С 01 К 7/02, 1978.Авторское свидетельство СССРУ 1236330, кл. С 01 К 7/02,С 01 К 15/00 01.08.84.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к устройствам для измерения температуры термоэлектрическими преобразователями савтоматической калибровкой измерительного канала. Цель иэобретения -повышение точности измерения температуры. После первого прохождения значений температуры объекта измеренияв регистрах 17 и 18 хранятся коды поправок. После этого процесс калибровки заканчивается и устройство переходит в режим измерения с коррекцией.Код основного измерительного сигналапоступает на интерполятор 19, функцией которого является вычисление кода поправки для текущей температурыпо известным значениям поправок дляизвестных температур и известному текущему значению измерительного си". -нала. Полученный на выходе интерполятора 19 код поправки подается навход сумматора 16, на второй входкоторого подается код текущего измерительного сигнала, а на блок индикации - скорректированное значение кода с учетом поправок, компенсирующихсобственные погрешности термоэлектрических преобразователей, соединительной линии, коммутаторов. Описана работа блока 20 синхронизации. 5 ил.1281921 2 Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры термоэлектрическими преобразователями савтоматической калибровкой измерительного канала, и может найти применение в различных областях промышленности для измерения и контроля температуры в технологических процессах,требующих точного измерения температуры.Цель изобретения - повышение точности измерения температуры за счетсквозной калибровки всего измерительного канала и последующей автоматической коррекции суммарной погрешности измерения,5 10 15 20 25 30 35 протекания фазовых переходов (фиг,2 а),40 45 50 55 На фиг.1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг,2 - графики,поясняющие работу устройства; нафиг.З - один из вариантов блока синхронизации; на фиг.4 - схема интерполятора; на фиг.5 - алгоритм работыустройства,Устройство для измерения температуры содержит два термоэлектрическихпреобразователя 1 и 2 с калибраторами, два компаратора 3 и 4, первый управляемый коммутатор (УК,) 5, первый(АЦП) 6, блок 7 индикации, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 8,второй управляемый коммутатор (УК)9, второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) 10, три постоянныхзапоминающих устройства 11 - 13,трисумматора 14 - 16, два регистра 17 и18, интерполятор 19 и блок 20 синхронизации.Рабочие спаи первого 1 и второго2 термоэлектрических преобразователей помещены в герметизированные полости двух измерительных зондов 21и 22 и электрически изолированы отстенок этих полостей, например, высокотемпературной керамикой, полостизаполнены двумя различными реперными материалами 23 и 24 с известнымитемпературами фазового перехода, лежащими в пределах рабочего диапазона измерения температуры.Блок 20 синхронизации выполняетфункцию управления и синхронизацииработы всех блоков устройства и может быть выполнен по схеме, приведенной на фиг.З. Он содержит два элемента ИЛИ 25 и 26, элемент НЕ 27,формирователь 28 импульсов, три группы элементов И 29-31, группу элементов ИЛИ 32, регистр 33 микрокоманд, блок 34 памяти микрокоманд, регистр 35 адреса, два триггера 36 и 37, два элемента 38 и 39 задержки.Устройство работает по алгоритму, схема которого приведена на фиг.5. При первичном включении устройства температура объекта измерения предполагается лежащей ниже нижней границы рабочего диапазона температуры устройства.При повышении температуры объекта измерения ее значение в некоторые моменты с, и С достигает, а затем и превышает значения температуры Т и Т фазового перехода реперных материалов, содержащихся в полостях калибраторов, в которых размещены рабочие спаи (РС) первого и второго термоэлектрических преобразователей. На промежутках времени ь, - . и Тз -когда в массе реперного материала каждого из калибраторов протекают процессы фазового перехода, темпера-, тура рабочих спаев термоэлектрических преобразователей и, соответственно, термо-ЭДС термоэлектрических преобразователей остаются постоянными. Благодаря этому на графике зависимости термо-ЭДС от времени для каждого из термоэлектрических преобразовате.лей (ТЭП) возникают площадки стабильности" соответствующие времени Поскольку первый и второй ТЭП соединены последовательно-встречно,их разностная термо-ЭДС.Е,(о) .= Е- Е (ь) (1) на промежутках ь, - ь и оз - ь отличается от нулевой, причем импульсы Ер(ь) при изменении температуры в области Т, и Т имеют противоположные знаки (фиг.28), а в течение всего остального времени раэностная ЭДС близка к нулю ввиду равенства температуры рабочих спаев обоих ТЭП. Это позволяет использовать значение разностной ЭДС и ее знак для автоматической идентификации периодов протекания процессов фазового перехода в реперных материалах. Разностная ЭДС поступает на вход АЦП 1 О, откуда ее код подается на компаратор 3, где и сравнивается с значениями кодов уставок К рь и Ер, причем Е О, рнО3 12819Моменты равенства Е значениям кодов уставок определяют моменты начала и конца фазовых переходов.Возможны три случая: Ер т ЕЕр ъ Е Ъ Еи ЕЕ , каждомуиэ которых соответствует определенное состояние выходов компаратора. Впервом случае единичный сигнал появляется только на третьем выходекомпаратора 3, во втором - на втором 10выходе и в третьем - на первом выходе.Выходные сигналы компаратора 3 подаются на управляющие входы управляемых коммутаторов 5 и 9. При подаче 15на первый вход коммутатора 5 нулевого сигнала, а на второй вход - единичного сигнала на его выходе появляется сигнал Ер при подаче нулевыхсигналов сигнал на его выходе зави 20сит от сигналов на третьем и четвертом управляющих входах, а при подачена первый вход единичного сигнала, ана второй вход нулевого сигнала наего выходе появляется сигнал Е.25Состояния коммутатора 5 в зависи,мости от сигналов, поступающих наего третий и четвертый управляющиевходы, следующие.При подаче нулевого сигнала на 30третий вход и единичного сигнала начетвертый вход на его выходе появляется сигнал Е при подаче единичного сигнала на третий вход и нулевогосигнала на четвертый на его выходе 35сигнал Е,С выхода коммутатора 5 сигналыЕи Ер поступают на вход АЦП 10,где преобразуются в цифровой код, идалее через коммутатор 9 поступают в 40зависимости от сигналов на его управляющих входах на один из сумматоров14, 15 или 16.Так, при наличии нулевых сигналовна первом и втором и единичного сигнала на третьем входах выход АЦП 10подключается к входу сумматора 14,при наличии единичного сигнала навтором входе - к входам компаратора4 интерполятора 19 и сумматора 16, а 50при наличии единичного сигнала на,третьем входе - к входу сумматора 15. Таким образом, в периоды протекания фазовых переходов в реперных материалах калибраторов выходы соответствующих ТЭП подключаются через коммутаторы 5 и 9 и АЦП 10 к сумматорам 14 и 1 б на вторые входы которых 2 4подаются из ПЗУ 12 и 13 коды номинальных значений выходных сигналов Ео(Т,) Е 1(Т ) тех же ТЭП при тех же температурах Т и Т . При этом на выходе сумматоров получаем код абсолютной погрешности йЕ,(Т,) и йЕ(Т,) первого и второго ТЭП при температурах Т и Т в соответствии с выражениямиПолученные коды абсолютной погрешности дают оценку суммарной погрешности ТЭП; соединительной линииобоих ксц 1 мутаторов и АЦП. Поправки ьЕ, (Т, ), ь Ещ (Т ), представляющие собой абсолютные погрешности, взятые с обратным знакомсЕп (Т ) = - ьЕ (Т,);ЬЕл 2 (Т 2) = ЬЕ 2(Т 2) (3) просуммированные с измерительным сигналом, обеспечивают коррекцию всех перечисленных выше составляющих погрешностиЕи (Т ) + ЕФ (Т 4) Ейном(Т ) Таким образом, после первого прохождения значений Т и Т температурой объекта измерения в регистрах 17 и 18 хранятся коды поправок ь Е, (Т) и ь Е (Т). После этого процесс калибровки считается завершенным и устройство автоматически переходит в режим измерения с коррекцией. Графики зависимостей Е, Е приведены на фиг.2 а.Выполнение условия Е рьЕрЕрн означает, что ни в одном иэ реперных материалов не протекает процесс фазо-. вого перехода (график Е И) на фиг.2 Б), При этом вход управляемого коммутатора 9 соединен с его третьим выходом и код измерительного сигнала поступает на компаратор 4, интерполятор 19 и сумматор 16, Одновременно на входы компаратора 4 подаются значения кодов Е,ц,(Т), Е (Т) иэ ПЗУ 12 и 13, В результате сравнения текущего кода измерительного сигнала Е(Т) с указанными выше уставками в компараторе 3 формируется выходной сигнал, управляющий переключением управляемого коммутатора 4 таким образом, что к входу АЦП 10 в режиме измерения оказывается подключенным тот из ТЭП, который калиброван при температуре, наиболее близкой к текущей.При этом, если Е1/2 Е,(Т)+ +Е,(Т)то на первом выходе ком5 2паратора 4 появляется единичный, ана втором - нулевой сигналы. ЕслиЕ(Т) ь 1/2 Е 1 д(Т,)+1.,1(Т),. то напервом выходе компаратора 3 нулевой,а на втором выходе единичный сигналы, Графики выходного напряжения компараторов 3 и 4 приведены соответственно на фиг.2 в, е,Код основного измерительного сигнала Е(Т). поступает далее на интерполятор 19, функцией которого является вычисление кода поправки ьЕ(Т)для текущей температуры Т по известным значениям поправок ЬЕ, (Т) иДЕ (Т ) для температуры Т, и Т иизвестному текущему значению Е(Т) .Интерполяция в простейшем случае может быть линейной, что приемлемо дляслучаев, когда зависимость погрешности измерения от температуры Т близка к линейной.В качестве интерполятора можетбыть использовано любое вычислительное устройство или специализированный вычислитель, выполненный, например, по схеме, приведенной на фиг.4.Он содержит три регистра 40 - 42,три сумматора 43 - 45, два перемножителя 46 и 47 и элемент 48 задержки. В первом регистре 40.хранитсякод, пропорциональный величины А =1- в третьем регистре 42 -Т, - Т,код -Т . Сигнал, поступающий на управляющий вход интерполятора, разрешает его работу. В первом сумматоре43 осуществляется операция нахождения величины В=аЕ (Т) - Ь Епе (Т 1 )На выходе перемножителя 46 формируется код С = В А, на выходе сумматора44 - код, пропорциональный величинеП=Е(Т) - ЪЕ 1(Т,), на выходе перемножителя 47 - код В А Р. Во второмсумматоре 45 осуществляется операциянахождения ееиииины 1 дее (те)ДЕ. (Т)3 Г Е(Т)-И(Т,)3 /(Т-Т)3ЬЕ, (Т). 81921 6 10 45 Результат вычисления заносится сигналом, вырабатываемым элементом 48 задержки, Этот же сигнал свидетельствует об окончании работы интерполятора 19. Полученный на выходе интерполятора 19 код поправок ь Ед(Т) для произвольной текущей температуры Т подается на один из входов сумматора 16, на второй вход которого подается код текущего измерительйого сигнала Е(Т) . Сумматор 16 реализует функцию Е(Т) = Е (Т) + Д Е (Т),вследствие чего на вход блока индикации подается скорректированноезначение кода с учетом поправок, компенсирующих собственные погрешности ТЭП, соединительной линии, коммутаторов, АЦП. Блок синхронизации (фиг.З) работает следующим образом.При включении питания формирователь 28 импульса, вход которого подключен к источнику питания устройства, вырабатывает импульс начальнойустановки, устанавливающий в нулевое состояние первый 36 и второй 37 триг-.геры и регистр ЗЗ микрокоманд. Навыходе элемента НЕ 27 появляется сигнал единичного уровня, пропускающий нулевой код, хранящийся в поле А 1 20 регистра 33 микрокоманд, через соответствующую группу элементов И 31 игруппу элементов И 32 на входы регистра 35 адреса. Через промежуток. времени, определяемый параметрамивторого элемента 24 задержки, в регистр 35 адреса заносится код, находящийся в поле регистра 33 микрокоманд. Через промежуток времени,определяемый параметрами первого эле мента 23 задержки, считанная из блока 34 памяти микрокоманд 34 информация заносится в регистр 33 микрокоманд. Сигналы синхронизации появляются на соответствующих выходах поля 35 микрокоманд регистра 33 микрокоманд.При запуске узлов и блоков, обладающих постоянным временем выполненияоперациЮ, сигнал присутствует такжеи на нервом выходе поля микрокоманд 40. регистра 33 микрокоманд. При запуске узлов с переменным временем работы (АЦП б и АЦП 10),а также при запуске интерполятора 19 ответные сигналы этих устройств поступают на соответствующие входы первого элемента ИЛИ 25. При поступлении сигнала на один из входов первого элемента ИЛИ 25 при помощи первого 38 и второго 39 элементов задержки осуществляется выборка из блока 34 памяти микрокоманд очередного управляющего слова.Для анализа выполнения условий ис .пользуются сигналы опроса условий,формируемые на выходах поля условий регистра микрокоманд. Для осуществления перехода по условию в поле А 2 указывается адрес перехода. При вы 1281921 8полнении условия на выходе второго элемента ИЛИ появляется единичный сигнал, разрешающий прохождение адреса, указанного в поле А 2, через соответствующую группу элементов И 30 и группу элементов ИЛИ 32 на входы регистра 35 адреса.Первый 36 и второй 37 триггеры служат для формирования условий выполнения этапов определения фазовых переходов и устанавливаются в единичное состояние при сигналах, включающих на табло индикацию о фазовых переходах реперных материалов.Формула изобретенияУстройство для измерения температуры, содержащее. два идентичных термоэлектрических преобразователя, рабочие спаи которых размещены в герметизированных полостях двух измерительных зондов, заполненных двумя реперными материалами с различной температурой фазового перехода, первые выводы соединены между собой, а вторые подключены к первому и второму входам первого коммутатора, выход которого соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, два компаратора, постоянное запоминающее устройство и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры за счет сквозной калибровки всего измерительного канала и последующей автоматической коррекции суммарной погрешности измерения, в него введены три сумматора, два регистра, три постоянных запоминающих устройства, блок синхронизации, интерполятор, второй коммутатор и второй аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с вторыми выводами двух термоэлектрических преобразователей, а выход подключен к первому входу первого компаратора, второй и третий входы которого сое 5 10 15 20 25 30 35 40 45 динены соответственно с выходам первого и второго постоянных запоминающих устройств, а первый, второй итретий выходы соединены с соответствующими входами второго управляемогокоммутатора, вход которого подключенк выходу первого аналого-цифровогопреобразователя, а первый и второйвыходы соединены соответственно спервыми входами первого и второго,сумматоров, вто-ые входы которых под-ключены соответственно к выходамтретьего и четвертого постоянных запоминающих устройств, соединенных спервым и вторым входами второго компаратора, выходы первого и второгосумматоров соответственно через первый и второй регистры подключены кпервому и второму входам интерполятора, третий вход которого соединенс третьим выходом второго компаратора и первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с блоком индикации, а второй вход подключен к выходу интерполятора, при этомпервые выводы термоэлектрическихпреобразователей соединены с третьимвходом первого коммутатора, первыйи второй управляющие входы которогосоединены соответственно с первым итретьим выходами первого компаратора,оа третий и четвертый управляющие входы соединены с первым и вторым выходами второго компаратора, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей, постоянных запоминающихустройств, регистров, компараторов,интерполятора, сумматоров и блока индикации соединены с соответствующимивыходами блока синхронизации, первыйвход которого соединен с первым выходом второго компаратора, второй итретий входы - с первым и третьим выходами первого компаратора. соответственно, а четвертый, пятый и шестойвходы - с выходами готовности результата аналого-цифровых преобразователей и интерполятора.Вкл табло, тая.пе .Т/ а сккоип.З опии. Кримут. Х 0 пол. Е/ Кор/нут 9 лол.боп. А ЦП 6набх. Е/4 оннчт.- ол дых. АЦПкодх. ЕЮ Ер ъЕрбда Зал скАЦП 6ДаЕръ Ерд ЮЕр 4 Ерн Вкл табло, Реж аувер." Во/нлта ло .Фаз ларек.Т/ ыкл табло Фаеле хТ КОнюут.9 - бхЗко//л. 4 Чтение ПЗУ/с /З-БноиЯ юо олускАЦП-код Е ал скА П ал сккоюп ение РГО/В апуск иктор лтора/у" бо/ч АЕ (Т).Обруч аказ 725 о роизвбдственно-полиграфическое предприятие,г.ужг д,ул.Проектная,Тираж 776 НИИПИ Государствен по делам изобрет 13035, Москва, ЖПодписноекомитета СССРи открытийушская наб., д.4 Яаюеюа//ет ал скАЦП тение у/ ОВЕеиои(Т апуск Е / боюАЕ 2) апуск АЦП/В