Устройство для измерения температуры

ьй ) Я ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВО ру в напряжение, преобразователь 2 напряжения во временной интервал, управляющий и информационный входы и выход которого соединены соответственно с ши д ной запуска 3 устройства, выходом первичного измерительного преобразователя 1 и ОО управляющим входом ключа 4, информационный вход которого подключен к выходу генератора 5 импульсов, двоичные умножители 616-1, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные счетчик 717 оимпульсов и преобразователь 818 пкода в частоту, частотный вход и выход которого являются соответственно частотным входом и выходом двоичного умножителя 616-1, счетчик 9 результата иэГОСУДАР СТВЕ Н ЮЕ ПАТЕ НТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1536218, кл, 6 01 К 7/00, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57),Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекциейнелинейности первичных измерительныхпреобразователей и может быть использовано при точных измерениях температуры.Изобретение может найти применение приизмерениях температуры теплоносителя вреакторах АЭС, а также при измеренияхтеплотехнических величин, первичные измерительные преобразователи которыхимеют нелинейную зависимость. С целью Изобретение относится к области температурных измерений, а, именно, к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей и может быть использовано при точных измерениях температуры.Цель изобретения - повышение точности измерения за счет реализации на каждом участке аппроксимации полинома и-ой степени.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство для измерения температуры содержит первичный измерительный преобразователь 1, преобразующий температуповышения точности измерения, в него введены (и - 2)-а двоичных умножителя, причем частотные входы (и - 2)-х двоичных умножителей подключены к выходу ключа, выход каждого следующего по порядку двоичного умножителя подключен ко входу счетчика импульсов предыдущего двоичного умножителя, выход управляемого преобразователя частоты подключен ко входу счетчика импульсов последнего по порядку (и - 1)-го двоичного умножителя, а управляющий вход преобразователя напряжения во временной интервал подключен к шине запуска устройства. Это позволило повысить точность измерения температуры в силу того, что в отличие от прототипа, в котором алгоритм линеариэации позволяет реализовать функциональные зависимости только кусочно-квадратичного вида, в предлагаемом устройстве могут реализовываться функциональные зависимости кусочно-полиномиального вида. 1 ил.мерения, управляемый преобразователь 10частоты, включающий в себя последовательно соединенные мультиплексор 11 ипреобразователь 12 кода в частоту, частотный вход и выход которого являются соответственно частотным входом и выходомуправляемого преобразователя 10 частоты,и последовательно соединенные счетчик 13длины участка и счетчик 14 номера участка;выход которого подключен к управляющемувходу управляемого преобразователя 10 частоты, а вход счетчика 13 длины участкаподключен к выходу ключа 4, причем частотные входы двоичных умножителей 616-1 иуправляемого преобразователя 10 частоты 15подключены к выходу ключа 4, выход перво-,го по порядку двоичного умножителя 61 подключен ко входу счетчика 9 результатаизмерения, выход каждого следующего попорядку двоичного умножителя 61+1 подклю- .20чен к входу счетчика 7; импульсов предыдущего двоичного умножителя 6, а выход",управляемого преобразователя 10 частотыподключен ко входу счетчика 7 пимпульсовпоследнего по порядку двоичного умножи-25. теля 6-, где 1 )/и - 1/,Функцию преобразования первичногоизмерительного преобразователя 1, диапазон изменения выходногонапряжения которого разбит на т равных по длине 30участков, каждый из которых аппроксимирован полиномом и-й степени, на любом 1-мучастке аппроксимации можно представитьв виде35О=ЬоЬ 1, (О - О).+.+Ь (О-ОР)+ +Ь(. - ,), Х40Х(О - О)" " Ьг (О - ОГ 7(1)1причем ООО 1а,где О - измеряемая температура;45О - выходное напряжение первичногоизмерительного преобразователя 1;О", О" - выходные напряжения первичного измерительного преобразователя 1 вначальной и конечной точках 1-го участкасоответственно;Ьо Ьп - постоянные коэффициенты,. соответствующие 1-му участку,причем знаки полярности перед коэффициентами Ь 1 ЬП 1 могут принимать различные, но одинаковые для всех в участковсочетания за исключением тех сочетаний,при которых в диапазоне изменения выходного напряжения О происходит изменениезнака полярности хотя бы одной из и производных функции преобразования (1), т,е, рассматривается только такая функция преобразования, которая монотонна и не имеет точек перегиба,Необходимо отметить, что разбиение на участки диапазонами изменения выходного напряжения О должно производиться при условии не только, как отмечалось выше, равенства их длины ЛО ЛО = О" - О" = сопзс(3) Ьо =Ьо - 1+ЬО - 1й 1= Ь 1, О Ьг - 1лОЬ( - 1) 1 х хЛО" " +Ьп - 1 О (4) Цикл измерения температуры О начинается с поступления на шину запуска 3 устройства импульса, запускающего по управляющему входу преобразователь 2 напряжения во временной интервал (ПНВИ) и производящего запись кодовых уставок Во и В 1 Впв счетчик 9 результата измерения и в счетчики 71.7-1 импульсов соответственно(цепи записи счетчиков на чертеже не показаны), Для обеспечения более четкой работы устройства, запись кодовых уставок ВОВпдолжна производиться передним фронтом запускающего импульса, а запуск ПНВИ 2 - задним, либо запись указанных кодов должна производиться заранее перед запускающим импульсом, как операция по установке счетчиков 717 Пи 9 в исходное состояние. На выходе ПНВИ 2 формируется импульс напряжения, длительность Т которого пропорциональна выходному напряжению О. первичного измерительного преобразователя. 1, поступающему на информационный вход ПНВИ 2 Т=1 сО,(5) где К - коэффициент преобразования ПНВИ 2.Учитывая непрерывность и линейность преобразования напряжения О во временной интервал, можно считать справедливыми выражения но и при условии, чтобы в узлах аппроксимации функции преобразования(1) не претерпевала разрыва, т.е, чтобы соблюдалисьравенства(7) где Т 1 - время преобразования, пропорцио нальное разности текущего и начального значений напряжения на 1-м участке;Л Т - время преобразования, пропорциональное длине участка ЬО.Выходной импульс ПНВИ 2, поступая 10 на управляющий вход ключа 4, открывает последний, в результате чего импульсы с генератора 5 импульсов, приходящие на информационный вход ключа 4, поступают, на частотные входы преобразователей 15 818-1 и 12 кода в частоту (ПКЧ).Выходная частота 11 первого двоичного умножителя 61 на 1-м участке, равная выходной частоте ПКЧ 8 ь определяется выражением20 1 о В 1 то Ь Р 1 Р 1 2 2(8) 25 где 1 о - частота генератора 5 импульсов;Р 1 - число разрядов ПКЧ 81, равное числу разрядов счетчика 71 импульсов;Й 11 - выходной код счетчика 71.импульсов на 1-м участке, 30 1 о. Вг 1 о.фзтгР 2 Р 22 2(14) В каждый момент времени т в интервале длительности Т на любом 1-м участке выходной код М 1 счетчика 71 импульсов, поступающий на кодовые шины ПКЧ 81, будет 35 равен М 1, = В 1; + 12; 11 (15) 2 Знаки полярности "+" либо "-" в выражении (15) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 71 55 импульсов - в суммирующем либо в вычитающем соответственно, при этом выходной код счетчика,71 импульсов в начальный момент аппроксимации на 1-ом участке соответствует записанной в него ранее начальной уставке В 1. В 1; =В 1, - 1 + 12 - 1 ЛТ (10) где В 1 1, В 1 - выходные коды счетчика 71 импульсов, соответствующие начальным моментам аппроксимации на 1 - 1-м и 1-м участках;12- 1, 12; - выходные частоты второго двоичного умножителя 62 на 1 - 1-м и 1-м участках соответственно, равные выходным частотам ПКЧ 82:Рг - число разрядов ПКЧ 82, равное числу разрядов счетчика 72 импульсов;1 ч 2 - выходной код счетчика 72 и сов на 1-м участке,Знаки полярности "+" либо "-" в выражениях (9) и (10) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 71 импульсов - в суммирующем либо в вычитающем соответственно, при этом выходной код счетчика 71 импульсов в начальный момент аппроксимации на 1-м участке соответствует записанной в него ранее начальной уставке В 1.Подставляя выражение (9) в (8), получа- ем где Вг - выходной код счетчика 72 импульсов, соответствующий начальному моменту аппроксимации на 1-м участке;з - выходная частота третьего двоичного умножителя 6 з на 1-м участке, равная выходной частоте ПКЧ 8 з,и подставляя выражение (13) в (11), получа- ем Знаки полярности "+" либо " - " в выражении (14) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 72 импульсов - в суммирующем либо в вычитающем соответственно, при этом выходной код счетчика 72 импульсов в начальный момент аппроксимации на 1-ом участке соответствует записанной в него ранее начальной уставке В 2По аналогии с выражениями (12) и (14) выходная частота 11 )-го двоичного умножителя 61 на 1-м участке, равная выходной частоте ПКЧ 81, определяется выражением"до (2гКфЬф фРп Р 1+ Р 22 + +Р - 1 Щ ВщР 1+Р 22 + и -8) первого двоичногопреобразования Тультата измеренияв йь равное т;(19) В ыходная частота)ппоследнего по порядку(п)-го двоичного умножителя 6 пна 1-ом участке, равная выходной частоте ПКЧ 8 п, определяется выражением оВп - 1) 1 ю 1 щ Рп - 1 Рп - 1 2 2 где В (и - 1), - выходной код счетчика 7 пимпульсов, соответствующий начальному моменту аппроксимации на 1-ом участке;Рп- число разрядов ПКЧ 8 п, равное числу разрядов счетчика 7 пимпульсов;1 щ - выходная частота управляемого преобразователя 10 частоты (УПЧ) на 1-м участке;Рп - число разрядов ПКЧ 12, равное числу разрядов мультиплексора 11;Вщ - выходной код мультиплексора 11 на 1-м участке.Знаки полярности "+" либо " - " в выражении (16) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 7 пимпульсов - в суммирующем либо в вычитающем соответственно, при этом выходной код счетчика 7 пимпульсов в начальный момент аппроксимации на 1-ом участке соответствует записанной в него ранее начальной уставке Вп.Подставляя в (12) выражение (14) и используя при этом формулы (15) ,(17), получа- ем тОВ 1 6 В 211 Р - Р 1+ Р 2 2 2 С частотного выхода умножителя 61 за время на вход счетчика 9 рез поступит число импульсо Подставляя формулу (18) в (19) и производяинтегрирование, получаем 5 М 1= , Т+ + Т .,о В 1,Й В 2,Р 1 Р 1+Р 21 2 2 2 К моменту окончания длитветствующему концу циклапературы О, выходной корезультата измерения бувать числу импульсов, равн0= Во " - Й 25 причем, в силу плавности преобразования,характеризуемого отсутствием записи каких-либо чисел в этот счетчик в моменты прохождения узлов аппроксимации, что приводило бы к скачкообразному измене нию (разрыву) его выходного кода, будутсправедливы с учетом формулы (7) равенст, ва, соответствующие условию непрерывности функции преобразования (1) согласно выражениям (3) и (4)35 где Во- 1, Во - выходные коды счетчика 94 результата измерения, соответствующиеначальным моментам аппроксимации на 11-ом и 1-ом участках,Знаки полярности "+" либо " - " в выражениях(21) и (22) употребляются в зависимости от50 режима, в котором должен работать счетчик9 результата измерения - в суммирующемлибо в вычитающем соответственно, при этомвыходной код счетчика 9 результата измерения в начальный момент аппроксимации на55 1-ом участке соответствует записанной в негоранее начальной уставке Во,учитывая выражения (6) и (20), формулу(. 1. Ви.,1; а и. ( Ео 1 1 н и (24) Р,граф",оРР 1 о Ра а,. о Р Е -1 аа Сопоставляя формулы (1) и (24), можно отметить, что при соблюдении равенствбудет выполняться соотношение, выражающее прямо пропорциональную зависимость выходного кода КО счетчика 9результата измерения от температуры О где а - коэффициент масштабирования,Для удобства отсчета результата измерения счетчик 9 результата измерения может быть выполнен двоична-десятичным, а. коэффициент а выбран кратным десяти,Соблюдение равенства (25) при заданном а обеспечивается путем выборавеличины начальной уставки Во, соответствующей коэффициенту Ьо первого участкааппроксимации, и выполнения равенства(26) и (27) для каждого из т участков, необходимость выполнения которых вытекает изформул (3), (4), (22) и (23),В свою очередь соблюдение равенства(26) при заданных а, К 1 о, Р 1 Р 1 обеспечивается путем выбора кодовых уставокВ 1,В 1, соответствующих коэффициечтамЬ 1 Ь 1 первого участка аппроксимации, и выполнения для последующих участков определенного соотношения между значениемкоэффициента Ь 1 -го участка изначениямикоэффициентов Ь 1 Ьп- 1-го участка, которое сводится к следующему. По аналогии свыражением (18) формулу (14) запишем ввиде а ь а Л-ВЕ Во, Ео Ва 1 Ео Воо 1 иа Ео Ва; иаиора раора Рара+ -о Ри- ихраорао -ори2(29) причем для 12- 1 будет справедливо вцражение Е, в, , Е,.в, ,дт+ра Р Ри.а(32) 20 Учитывая, что в моменты прохождения узлов аппроксимации в счетчиках 717 пимпульсов не происходит каких-либо записей чисел, что приводило бы к ска,кообразным изменениям (разрцвам) их выходных кодов, 25 а также вычисляя эти коды к моменту окончания длительности Т подобно вычислению выходного кода М Д для счетчика 9 результата измерения и сравнивая вычисленные коды счетчиков 71,7 Псоответственно с производными функции преобразования (1), начиная с 1-ой и кончая (п)-ой, можно аналогично выражению (32) получить следующие соотношения 2 Ьр 24 +2 3 ьд, ьц+34 ь 4;, до + Рй(н;41 (и.Ц Ь.,1 дО" ь 1(и-ц и Ь;, ЬОЬ Ь;о 2 3 Ьь;, Е 2 3 4 Ъ 4;, ь 043 4 5 Ь . до +ои 1,+(ь-фв)-) Ь.,1, дО" (н-РИп.).и.Ь дО"й ЪЬ;,:ЯЗ 1 Ь;,таз (о) ЬЕ,1;., и 011 Ь Ф(ЕнЦ 1 ай) Ь;,а 1;, И + .+(ь,(п-й)(ь-) х45 хЬ.,1.,.дОа (ьЕ+11,(ии.Ь;, дО" а2 Ь" (н.2) (н) Ь,.О;=2 3 (ь-аЦиЬЕ.в,.,тй 2 Ь(ол Ьи;, дО т,е, при разбиении на участки диапазона изменения выходного напряжения О первичного измерительного преобразователя 1 значение коэффициента Ь 1-го участка должно определяться по значениям коэффициентов Ь 1Ь предшествующего 1-1-го участка. При этом нетрудно убедиться, что соблюдение соотношений (32) .(36) равносильно необходимости соблюдения в узлахции преобразования (1), начиная с Ь 1 и кончая Ь ( +), положительна, то счетчик 71 импульсов необходимо устанавливать в режим слежения, а если отрицательна, то в режим вычитания,Необходимо подчеркнуть. что в силу одинаковости знаков полярности перед одноименными коэффициентами функции преобразования (1) нд каждом из е ее участков, режим работы счетчиков 717 ои 9 на сложение либо на вычитание, заранее устанавливаемые согласно вышеуказанным знакам, также одинаковы на каждом из этих участков.Таким образом, благодаря связям, элементам и воэможности установки различного сочетания режимов работы счетчиков 717 пи 9, обеспечивается с учетом масштабирования аппаратурная реализация измерения температуры, первичным измерительным преобразователем которой может служить преобразователь, имеющий функцию преобразования, аппроксимируемую кусочно-полиномиальной функцией, причем знаки полярности перед коэффициентами этой функции могут принимать различные сочетания, но одинаковые для всех в участков за исключением тех сочетаний, при которых в диапазоне изменения выходного напряжения О вышеуказанного преобразователя происходит изменение знака полярности хотя бы одной иэ и производных функции преобразования(1), что позволяет более точно измерять температуру.Формула изобретения Устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь, выходом подключенный к информационному входу преобразователя напряжения во временной интервал, двоичный умножитель, включающий в себя последовательно соединенные счетчик импульсов и преобразователь кода в частоту, выходом подключенный к входу счетчика ре зультата измерения, управляемый преобразователь частоты, выполненный в виде последовательно соединенных мультиплексора и преобразователя хода в частоту, последовательно соединенные счетчик дли ны участка и счетчик номера участка, выходом подключенный к управляющему входу управляемого преобразователя частоты, и генератор импульсов, выходом подключенный к.информационному входу ключа, уп равляющий вход которого подключен квыходу преобразователя напряжения во временной интервал, а выход ключа подключен к частотным входам двоичного умно- жителя и управляемого преобразователя 20 частоты и к входу счетчика длины участка,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет реализации на каждом участке ьппроксимации полинома и-й степени, в него 25 дополнительно введены п - 2 двоичных умножителя, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных счетчика импульсов и преобразователя кода в частоту, причем частотные входы (и)-х 30 двоичных умножителей подключень, к выходу ключа, выход каждого следующего по порядку двоичного умножителя п дключен к входу счетчика импульсов предыдущего двоичного умножителя, выход управляемо го преобразователя частоты подключен квходу счетчика импульсов последнего по порядку (и - 1)-го двоичного умножителя, а управляющий вход преобразователя напряжения во временной интервал под ключен к шине запуска устройства,1809328 Составитель Л.Кренскийедактор В.Тычына Техред М.Моргентал Корректор С.Ю Пр одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 акэз 1281 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5