Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 С 01 К 7/О СУД АРСТВЕННЫ ИЗОБРЕТЕНИЯМ РИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕПЬСТВ ВТОРСК те й Изобретениеизмерений иродействие и Сигнал с пер касается темппозволяет повыс упростить устрвого термоэлект е турьство 1(56) Авторское свидетельство СССР У 1281921 ю клф С 01 К 7/02 в 1984Авторское свидетельство СССР В 1434279, кл, С 01 К 7/02, 1986, (54) УСТРОЙСТВО .1 ПЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕГ 1 ТУРЫ57) ра ных ит быст ой ЯО 1578511 А 1 ческого преобразователя (ТЭП) 1, рабочий спай которого размецен в измерительном зонде с двумя различными.реперными материалами 6, 7 с известными температурами джазового перехода, поступает на вход аналого-цифро-вого преобразователя (АЦП) 15. Код свыхода АЦП 15 поступает в блок 14 вычисления, соединенный с постояннымизапоминающими устройствами 8,9 и блоком 11 индикации. 11 иЬеренциальныйусилитель 1 усиливает разностнув рмс-ЭДС идентичных тЭП 1,2. Пороговьблок 13 фиксирует моменты Аазовыхпереходов реперных материалов. Блок1 О синхронизации управляет работойвсех злементов. 1 з,п. Ж-лы, 4 илИзобретение касается температурныхизмерений с помощью термоэлектрических преобразователей и может бытьиспользовано для контроля температурыв различных технологических процес 5сах.Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства.На фиг. 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - структурная схема блока синхронизации; на фиг. 3 - структурнаясхема. блока вычислений; на фиг.4 -блок-схема алгоритма, по которомуработает устройство.Устройство содержит два идентичных термоэлектрических преобразователя ТЗП 1 и 2, первые выводы 3и 4 которых соединены между собой,а рабочий спай первого ТЭП 1 размещенв герметизированной полости измерительного зонда 5, заполненного двумя различными реперными материалами6 и 7 с известными температурами Фазовых переходов, два постоянных запоминающих устройства 8 и 9, блок 10синхронизации, блок 11 индикации,дифференциальный усилитель 12, поро. говый блок 13, блок 14 вычисления1 и аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 15,Блок 10 синхронизации содержитдва триггера 16 и 17, два элемента18 и 19 .задержки, два элемента ЮКЕО и 21, элемент НЕ 22, формирователь 23 импульса начальной установки,.три группы .элементов И 24-26, группуэлементов ИЛИ 27, регистр 28 микрокоманд, блок 29 памяти микрокоманди регистр 30 адреса.Блок 14 вычисления содержит шестьрегистров 31-36, четыре сумматора 3740, три неремножителя 41-43, два блока 44 и 45 деления и элемент 46 задержки.Устройство работает следующим об"разом.При нагревании объекта измерениярабочие спаи ТЗП 1 и 2 имеют равную50температуру до тех пор, пока температура объекта ие достигнет значения, соответствующего температуре .фазового перехода первого реперногоматериала. До.:этаго момента времениразностная термо-ЭДС равна нулю, или55незначительно отличается от нуля,ввиду равенства термо-ЭДС ТЭП 1 и 2.Начиная с момента времени, соответствующего началу процесса фазового перехода реперных матЕриалов, разностная термо-ЗЦС начинает отклоняться от нулевого значения, принимая отрицательное значение, поскольку температура, а следовательно, и термо- ЭДС первого ТЗП в течении периода времени фазового перехода будет оставаться постоянной, тогда как термо- ЭДС второго ТЭП будет изменяться, Благодаря этому в моменты фазовых переходов будут сформированы импульсы разностной ЗЦС, которые свидетельствуют о протекании процессов фазовых переходов.Длительности импульсов разностной ЭДС находятся в строгом соответствии с длительностью процессов фазовых переходов, которая в свою очередь,определяется массой реперных материалов и другими постоянными. факторами, Амплитуда импульсов определяется характером изменения температуры во времени, Процессы, аналогичные вышеописанным, происходят также и при охлаждении измерительных зондов. Целесообразно использовать реперные материалы с темп ратурами фазового перехода, лежащими вблизи границ диапазона измерения температуры, т.е. за его пределами. При первичном включении устройства блоком 10 синхронизацииформируется последовательность команд управ-,. ления, поступающих по шине управления последовательно ко всем подключенным к ней устройствам в установленной алгоритмом работы. устройства последовательности, Последовательность выполнения управляющих команд и соответственно последовательность работы отдельных блоков и узлов устройства показана на блок-схеме алгоритма работы устройства, приведенной на фиг.4. Указанный алгоритм предусматривает ожидание начала периода фазового перехода, выполнение операций сквозной самоблокировки всего измерительного канала, получение двух оценок погрешности измерительного канала, ожидание окончания периода фазового перехода реперного материала, вычисление коэффициентов поправочной функции и их запоминание, переход устройства в режим измерения,.вычисление скорректированного значения измерительного сигнала и его индикация,51 гВ процессе работы устройства происходит измерение значений термс-ЭДС Е(Т и Е(Т) первого ТЭП 1 при температурах Т 1 и Т соответствующих моментам фазовых переходных реперных материаловДалее определяют коэффициенты поправсчной функции по фор.уламенП ) е (т) ен(7) ег(т )УЬ. 78511 6прохождение нулевого кода, записанного в поле Адр,1 регистра 28 через соответствукщую группу элементов И 26и группу элементов И 27 на выходы5регистра 30 адреса. Через промежутоквремени, определяемый временем задержки элемента 19 задержки, в регистр 30 адреса будет переписан код,храняшийся в поле Адр, 2 регистра 28.Через промежуток времени, определяемый временем задержки элемента 18задержки, считанная из блока 29 памяти микрокоманд информация будетзанесена в регистр 28 микрокоманд.На соответствующих выходах поля микрокоманд регистра 28 появятся сигналы синхронизации, При запуске блоков, время выпол.:ения операций в ко 20 торых постоянно, на первом выходеполя микрокоманд регистра 28 будетприсутствовать потенциал логической.единицы, При запуске блоков, времявыполнения операций в которых изме 25 няется, ответные сигналы ( готовностьрезультата устройств АЦП 15 и блока 14 вычислений) поступают на соответствующие входы элемента ИЛИ 20.При поступлении такого сигнала на30 один из входов этого элемента припомощи элементов 18 и 19 задержкиосуществляется выборка из блока 29памяти микрокоманд следующего управляющего слова,35Для анализа выполнения условийис пол ьз уютс я сигналы опрос а условий,формируемые на выходах поля условийрегистра 28 микрокоманд, Для осуществления условного перехода. в поле40 Адр.2 указывается адрес перехода,При выполнении условия на выходевторого элемента ИЛИ 21 появляетсяединичный сигнал, разрешающий прохождение адреса, указанного в поле ад 45 реса Адр,2, через сооветствующуюгруппу элементов И 25 и группу элементов ИЛИ 27 на входы регистра 30адреса, Первый 16 и второй 17 триггеры служат для формировання условий50. выполнения этапов определения фазовых переходов и устанавливается вединичное состояние при сигналах,включающих на табло индикацию инфорнмации "Фазовый переход Т 1" и Фазо 55 вый переход Т 2",КС -Е (Т,)-Е,(Т, )(2)где К=Еи(Т)-Е (Т, );Г н(Т) и Е (Г,) - номинальныезначения термо-ЭДС ТЭП 1 при температурах Т и .ТгЗатем измеряют значение термо-ЭДСЕ (Т ),ТЭП 1, соответствующее температуре объекта и определяют скорректированное значение термо-ЭДС ТЭП 1по формулеЕ ск(Т) Еи(Т) С+А, (3)и по полученному значению Ес (Т) определяют температуру Т объекта измерения.Блок 10 синхронизации представля -ет собой блок микропрограммного управления и работает следующим образом. Сигналы, определяющие очередность работы узлов и блоков, входящих в устройство, формируются на соответствующих выходах поля микрокоманд регистра 28 микрокоманд. Сигналы, по которым осуществляется опрос выполнения условий, вырабатываются на соответствуюших выходах егополя условий, В его поле адреса хранится адрес, по которому осуществляется переход при выполнении опрашиваемого условия. В тех случаях когдаразрешается работа блоков и узлов.,не вырабатывающих сигнал готовности,на первом выходе поля микрскомандрегистра 28 микроксманд присутствуетсигнал единичного уровня, поступающийна первый вход первого элемента ИЛИ20, на остальные входы которого поступают сигналы готовности от аналого-цифрового преобразователя 15 иблока 14 вычислений,При включении питания формирователь 23 формирует импульс начальнойустановки, переводящий в нулевоесостояние первый 1 б и второй 17 триггеры и регистр 28 микрокоманд. Навыходе элемента НЕ 22 будет сформирован импульс, соответствующий уровнюлогической единицы, что обеспечит Регистр 28 микрокоманд представляет собой стандартный регистр, разр)щность которого определяется чис 1578511лом подключенных к шине управленияуправляемых устройств. С выхода элемента 18 задержки на регистр 28 пода"ется сигнал, разрешающий в определенные периоды времени запись в ре 5гистр информации, поступающей наинформационные входы, Разрядностьрегистра при необходимости может наращиваться. 10Регистр 30 адреса имеет два входа.Выход элемента 19 задержки соединенс входом (управляющим ) разрешения за"писи, а выход элемента ИЛИ 27 связанс информационным входом регистра, накоторый .подается код адреса, Регистр30 устанавливается в нулевое состояние следующим образом, После того,как формирователем 23 будет сформиро-,ван импульс начальной установки, этот 20импульс поступит на установочный входрегистра 28 микрокоманд и установитего в нулевое состояние. Записанныйв поле Адр.1 этого регистра нулевойкод через логические элементы И 26 и 25ИЛИ 27 поступит на информационныйвход регистра 30 адреса и устанонитего в исходное, т,е, нулевое состояние, После этого спустя время задержки элемента 19 задержки в регистр 30 адреса будет записана информация, хранимая н поле Адр,2 регистра 28 микрокоманд,Блок 14 вычисления работает следующим образом. В регистры 31 и 32в. соответствующие моменты временипо сигналам с блока 10 синхронизации,поступающим с выходов шины управления, заносится информация, поступающая на первый вход блока 14, - коды 40Е и(Т) и Е и(Т ), Во втором 42 и тре.тьем 43 перемножителях осуществляется вычисление соответственно значений Е 11(Т ) Е 1,(Т) и Е И(Т )Е я(Т 1)В первом сумматоре 37 осуществляется вычисление Е,(Т)-Еи(Т ), Во вто.ром сумматоре 38 осуществляется вычисление константы К, Значение кон"станты заносится в регистр 33, В третьем сумматоре 39 осуществуляетсявычисление величиныЕ(Т,) Е(Т)-Ея(Т) Е(Т,) (4)В первом 44 и втором 45 блокахделения чисел вычисляются сооветственно коэффициенты С и А,55По сигналам "Запись", поступающимот блока 10 синхронизации значениявычисленных коэффициентов С и А заносятся в четвертый 34 и пятый 35 регистры, В режиме измерения значения коэффициентов А и С используютсяв четвертом сумматоре 40 и первом перемножителе 41 для вычисления скор-.ректированной функции Еск(Т).Полученный результат по сигналу "Запись" свыхода шины управления заносится вшестой регистр 36, после чего на выходе элемента 46 задержки появляется сигнал "Готов, свидетельствующийо готовности результата измерениятемператур. Формула изобретения1. Устройство для измерения температуры, содержащее дна идентичных термоэлектрических преобразователя, первые выводы которых соединены между собой, а рабочий спай первого термоэлектрического преобразователя размещен в герметизированной полости измерительного зонда, заполненного двумя различными реперными материалами с известными. температурами фазовых переходов, два постоянных запоминающих устройства, блок индикации, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока вычислений, выход готовности результата измерений которого соединен с первым входом блока синхронизации, аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с первым и вторым нынодами первого термоэлектрического преобразонателя, информационный выход подключен к первому входу блока вычислений, а выход готовности результата измерения соединен с вторым входом блока синхронизации, выходы которого через шину управления соединены с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя, постоянных. запоминающих устройств, блока вычисления и блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я темчто,с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, н него введены дифференциальный усилитель и пороговый блок, выход которого соединен с третьим входом блока синхронизации, а вход подключен к выходу дифференциального усилителя, входы которого соединены с вторыми выводами первого и второго термоэлектрических преобразователей, при этом второй и третий входы блока вычислений соединены с выходами первого и нторого постоянных запоминающих устройств, 2Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вычисления содержит шесть регистров, четыре сумматора, три перемножителя, два блока деления и элемент задержки, выход которого соединен с выхо. дом готовности результата измерения блока вычислений, первый вход которого соединен с входом первого пере .множителя и информационными входами первого и второго регистров, информационные выходы которых подключены к первым входам первого и второго пере- множителей соответственно, соединенными с входами первого сумматора, вторые входы второго и третьего пере- множителей подключены к второму и третьему входам блока вычислений, соединенными с входами второго сумма- ц тора, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, к выходу которого подключены пер,вые входы первого и второго блоков деления, вторые входы которых соединены соответственно с выходами тре"тьего и первого сумматоров, а выходыподключены соответственнок информационным входам четвертого и пятогорегистров, выходы которых соединенысоответственно с вторым входом четвертого сумматора и вторым входомпервого перемножителя, к выходу которого подключен первый вход четвертого сумматора, выход которого соединенс информационным. входом шестого регистра, вход управления которого соединен с входом элемента задержки, авыход подключен к информационномувыходу блока вычислений, при этомвходы третьего сумматора соединены свыходами второго и третьего перемножителей, а управляющие входы всехрегистров, сумматоров, перемножителейи блоков деления соединены с управляющим входом блока вычислениЯ.157 В 51 азр перекка -кодЕ (ТггЕл Я Ра. леренн гг,г-кодАД)бм(Тг ) акр сулгка ра Л-кади(7 Я-Ен (Т,1 РарсцккаПгОРОЭ.КОд ЕкГЯ Гн(Тг)- .Ел(Ц Ги(Ю рпР удмкод Каядб,А РОЗд ЕД 45- кбакозро. С Запись В РгЗй .кадАзапись ВРг 35.КООЕл ЦАписЬВРгЛкод ЕиТ( щьгц АаеагегодФе/77 аж- сепг йгцперегд Тг Да-кокЕл Тг 1 Фаены АОРОегод ТгНещ жпись В Рг-нади(Тг) жбь ДагреЮ Тг а,1 абьапеаждтг.ко Е(т ОПиек АЦЛ гБЗаказ 1907 Тираж 508 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, И, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101