Устройство для измерения температуры

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ(5 )М. Кл. ( 01 К 7/00 3 Ьвудврстнкхьй квювтфт СССР аф леваю взебратеннк в втхрытивДата опубликования описания 03.03,81 Морской гидр изический институт АН Укра(54) УСТРОЙ(д Изобретение относ ым измерениям, а им ам для измерения те ей и предназначено длпературся к к устройстурных профиользования в нн перат я исп ей среды и системах контроля окружающ технологических процессов. Известно устройство для профиля температуры в жидк разных средах, содержащее чечных датчиков температур женных в узлах по траектор Однако это устройство не ет высокой точности измере туры,зим невозможно осуще ранственную фильтрацию сущ однрродньр температурных и Наиболее близким к пре по технической сущности явл ство для измерения темпера жащее распределенный термо тель и регистратор 2, Это обеспечивает высокую чувстерени х и есколько то- , располои профиля 11обеспечиваперапросто неия сгвлят ествен длагае мому яется устрой уры, содер- преобразоваустройство ительность й .в объеме Поставленная что в устройство включенные блок тор, аналогь-циф лок восстановл и точность измерения средитемпературы. МЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ о недостатком является невозмож ность получения температурного профиля по траектории датчика, а также невозможность реализации с помощьЮ датчика другого пространственного фильтра, кроме фильтра скользящего среднего при перемещении датчика в среде, Использование же в устройстве нескольких таких датчиков, последовательно размещенных на траектории профиля, не обеспечивает высокой точности восстановления профиля температуры и выполнение фильтрации,а также усложняет дистанционную аппаратуру.Цель изобретения - повышение точности измерения температурного профиля, а также расширение функциональных возможностей пространственной фильтрации температурного поля непосредственно те преобразователем. цель достигается тем, введены последовательн сьема сигнала, коммутаровой преобразователь иния, выход которого со ВОЙЙ 72единен с регистром, причем термопреобразователь выполнен в виде жгута из нескольких проводов с различным по длинепровода погонным сопротивлением, одниконцы которых соединены между собой исовместно с другими концами подключеныко входам блока сьема сигнала,На фиг, 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства; на фиг.2 - график изменения погонного сопротивления проводов термопреобразоватепя нофункциям тригонометрического ряда фурье на фиг, 3 - то же, по функциям Уолша-Адамара; на фиг. 4 - то же, по импульсным весовым функциям фильтровнизших пространственных частот; на фиг,5 - то жепо импульсным весовым функциям полосовых фильтров пространствен-.ных частот; на фиг, 6 - то же, по импульсным весовым функциям фильтровнизких пространственных частот в многоканальном устройстве. Устройство для измерения температуры содержит термопреобразователь 1, выполненный в виде жгута на )1+2 проводов (проводимых датчиков),одни концы которых соединены через провод 2, а другие концы непосредственно подключены к. блоку 3 сьема сигналов, выходы которого через коммутатор 4 подключены к аналого цифровому преобразователю 5 соединенному с блоком 6 восстановления и регистратор 7, Блок восстановления включает в себя источник 8 напряжения, стабилизаторы 9,10,11 и 12 тока, постоянные резисторы 13,14,15 и 16, развязываюшие усилители 17, 18 и 19, В качестве стабилизаторов тока могут использоваться постоянные резисторы с большим относительно проводных датчиков сопротивлением, или барретеры. В зависимости от конкретной .реализации устройства источник 8 напряжения а также развязывающие усилители 17, 18 и 19 могут быть постоянного или переменного тока. Каждый из проводных датчиков образует последовательную цепь с одним из резисторов и стабилизаторов тока. Все эти цепи параллельно через провод 2 подключены к выходу источника 8 напряжения так, что каждая из пар образует мостовую схему, выходы которых через развязывающие усилители подключены ко входу коммутатора. Такая схема соединения проводных датчиков позволяет по - лучать сигнал, пропорциональный разности сопротивлений проводных датчиков термопреобразователя,Проводные датчики термодреобразова теля изготовлены так, что погонное сопротивление (Омlм) 1 -датчика (1 =11 при некоторой начальной температуре Яо не является постоянным по длине Х , а промодулировано и изменяется по закону(Х= гс . 1"), 9;), 1 = 1, . и 11)1 Огде Г - постоянная доставляющая погонного сопротивления; 1 - максимальная амппи 1 уда переменной составляющей погонного со 15 противления;9,(Х) - 1 -ая функция, вид которой зависит от целей измерения.Модуляция погонного сопротивленияможет быть получена, например, за счет 20 изменения ппоааДи еГо попеРечного сечения, изменения удэльного сопротивленияматериала провода или запараплеливаниемпроводов с одинаковым сечением,Погонное сопротивление ГО(Х) первогопроводного датчика постоянно по длине иравно:3 О(г) = 1" ) 9 р(Х ), 4 й)что эквивалентно его модуляции функцией ФО( Х ) =1.Погонное сопротивление последнегодатчика постоянно по длине и равно:"11+1(Х) ="с р)При линейной зависимости сопротивления датчика от температуры и отклонениитемпературы в точке Х от начальной наЯ ( Х ) для погонного сопротивления первого, 1 -го и последнего датчиков справедливы выражения:401"оц =г н(Х) (1+0( Ч(Х 1) 3808872 6Для коэффициентов б разложения Я(К)в обобщенный ряд Фурье справедливы вы-ражения: К -нормир вида функц 1 =1жители заХ).ри измеройство рвоздейст) провотеля щие м ющих Выбор системы модулиру функций ( Р(Х)зависит от цели измерения.Устройство может использоваться для измерения температурного профиля вдоль траектории расположения чувствительного элемента в среде, а также для измеренияп остранственно отфильтрованных значерний температуры в одной или нескольких точках среды.Если целью измерения является получение профиля температуры вдоль неподвижного чувствительного элемента, то в качестве ((х) ) используется система ортонормированных на0, Х ) функций, образующих базис обоб- щенного ряда фурье. В этом случае в выражении (8) сящие Ф ст зовай;а) ортогональны поскольку функции отрезке 0, Х 1, а множительробобщенноо ряпроксимирующеурный профиль мирующий ффициент фурье, ап температ сражением- нор а - кс да" 1"сФ гщ соь ф -ЮЯХЬгафт 1 ии ф Поскольку коэффицне ые по выражению+ф Ь(х)дк+гф ( 3 Е ИО(х)Й.о о4 обеспечивают наилучшее по среднеквадративной погрешности приближение в выражении ( 9 ), значение сопротивления Й 1 й может быть представлено в виде:(П енин профиля температурыу р аботает следующим образом, 1 Под вием температуры средыЦ(Х дные датчики термопреобра 1 принимают сопротивление, (7), (11). Блок 3 съема сигнала 20 обеспечивает получениесигналов пропорциональных разности сопротивленийпроводных датчиков в соответствии сформулами ( 12), аналого-цифровой преобразователь преобразует эти сигналы в И цифровой код, блок 6 восстановления осуществляет вычисление температуры поформуле (10), значение которой фиксиру-ется регистратором 7.Если известно, что функция Я(Х) явЗв ляется периодичной и кусочно непрерывной на отрезке 0, Х 1 то эффективноесреднеквадратичное приближение можетбыть получено при использовании системытригонометрических функций ряда фурье,В этом случае используется (2 л+ 2)датчиков, погонные сопротивления которых промодулированы по функциям (фиг.2) случае; вычисление температуры пературы осуществляется по8 ОМ 72 10Зля получения непрерывных профилей отфильтрованной температуры Я,Х) чувствительный элемент необходимо сканировать вдоль оси Х в пределах Ь Х.З Устройство для измерения температурыобладает высоким быстродействием, позволяет с высокой точностью производитьизмерение температурного профиля среды,а также осуществлять пространственнуюО фильтрацию температурных полей. 9по выражению (19) для фильтра низкихпространственных частотВычитая попарно сигналы с выходов таких датчиков,можно получить широкий набор сигналов,отфильтрованных в определенных полосахНа фиг. 5 показаны графини модулируюших функций по выражению (20) для, полосовых фильтров пространственных частог, В этом случае устройство являетсяанализатором амплитудного пространственного спектра температуры.Во всех случаях вычисление отфильтрованных значений температуры Я 1( Хо)производится по формуле (18). Для получения профиля отфильтрованных значенийтемпературы Я.(Х), Х Е ЕОХ. 1 вдоль линии Х чувствительный элемент перемещают вдоль линии Х,Если требуется одновременно измеритьпространственно отфильтрованные. значениятемпературы 91)(ХО) в И точках вдольлинии Х, то в многоканальном устройствеиспользуется ф 1 групп по И датчиков модулированными сопротивлениями по функциям (фиг, 6 для ФНПЧ):1"1,(Л) = г, 1" И,(Л-АХ);"у Л)е Гс+ Гн 1 И 1(Л АКгде1, и, р 1и; ЬХ - расстояние между точками определения температуры по оси Х, При этом вычисление температуры осушествляется по формуле: 1 п - %м 1)п - Йтн 1 ф 1, ф, ОС 4,"И,формула изобретения 15Устройство для измерения температуры,содержащее распределенный термопреобразовагель и регистратор, о т л и ч а ю- .ш е е с я тем, что, с целью повышенияточности измерения температурного профит ля, в него введены последовательно включенные блок съема сигнала, коммутатораналог(цифровой преобразователь и блоквосстановления, выход которого соединенс регистратором, причем термопреобраэо 2 З ватель выполнен в виде жгута из нескольких проводов с различным по длине провода погонным сопротивлением, одни концы которых соединены между собой исовместно с другими концами подключеныко входам блока сьема сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 139105, кл, С 01 К 3/02, 7/02,, 19,09.60ЗЗ2. Авторское свидетельство СССРоставитель В. Куликовехред А.Савка Корираж 918го комитета СССРи открытий Раушская наб., д, 4/8 дактор П. карев рект Заказ 397/43 Т ВНИИПИ Государственн по делам изобретений 113038, Москва, ЖПодписи лиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная,