Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 801432348 А 1 5 И 4 С 01 К 7/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР901846, кл. б 01 К 7(22, 1980.Авторское свидетельство СССР128921, кл. б 01 К 7(02, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерения и достоверность определения момента фазового перехода, Устройство содержит первый усилитель, три аналоговых преобразователя, три источника опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь, три счетчика, три элемента И, триггер, генератор импульсов и второй усилитель, Для самокалибровки термоэлектрических преобразователей тестовый сигнал с заданными параметрами подается в определенные моменты времени на входы первичных измерительных преобразователей. В качестве образцового тестового сигнала использованы подаваемые на рабочие спаи термоэлектрических преобразователей известные и строго постоянные значения температуры фазовых переходов реперных материалов, в которые погружены рабочие спаи термоэлектрических преобразователей.2 з.п. ф-лы, 4 ил,Изооретецие относится к температурным измерениям с помощью термоэлектрических преобразователей и может найти применение цри высокоточном измерении температуры в технологических процессах в различных5 отраслях промышленности.Цель изооретения -- повышение точности измерения и лостоверности определения мочепта фазового перехода.На фиг. 1 приведена фуцкциоцальная схема устройства измерения температуры; на фиг. 2 - функциональная схема интерполятора; ця фцг. 3функциональная схема блока синхронизации; ца фиг. 4 -- графики изменения во време;и выходных сигналов термоэлектри еского преобразователя (а) и разцостцой термо-ЭДС (б).Устроцство измерения темцературь солержит дга идентичных термоэлектрических преобразователя 1 и 2, рабочие спаи которых разче;ецы в герметичных полостях двух изчерительных зондов 3 и 4, заполненных реперными материалами 5 и б с различными температурами фазового перехода, первые выводы соединены между собой и подключены к цервочу входу коммутатора 7, а вторые выводы подключены к второму и третьему 25 вхолам коммутатора 7, лва постоянных започи;аюцих устройства 8 и 9, блок О синхронизации и последовательно соединенные ицтерполятор 11, сумматор 12 и блок 13 индикации.Управляоп,ие входы ицтерполятора 1 и блока 13 индикации подключены к соответствуюцич выхолач блока 1 О синхронизации, цодклочеццого первым входом к управляюпсчу выходу готовности ицтерполятора 11, а вторыч входом - к управляюцему входу 1 уск устройства.Устройство солержит также первый 14 и второй 15 усилители, три аналоговых компаратора 6 в 18, три источника опорного напряжения Г.п;., Е, и Е, цифроаналоговый преобразователь 19, три источника 20 - 40 22, три элемента И 23 - 25, триггер 26 и генератор 37 им,ульсов.Интерполятор 1 (фиг. 2) содержит четыре сумматора 28- 31, два блока 32 и 33 делеция, реги тр 34 и элемент 35 задержки.Блок 10 сицхроцизации (фиг. 3) содержит семь триггеров 36 - 42, пять элементов Иг)И 4347, восемь элементов И 48 - 55, четыре элемента 5657 задержки, семь формирователей 60 66 импульсов и два триггера 67 и 68 признака. 50Устройство для измерения температуры работает слелующим образом.В основу работы устройства положен метол формирования и использования для самокалибровки термоэлектоических преобра 55 зовятелей тестового сигнала с заданными параметрами, подаваемого в определенные моменты времени ця входы первичных измерительных преобразователей. В качестве образцового тестового сигнала использованы подаваемые на входы (рабочие спаи) термоэлектрических преобразователей известные и строго постоянные значения температуры фазовых переходов реперных материалов, в которые погружены рабочие спаи термоэлектрических преобразователей. При включении питания на выходах блока 10 синхронизации отсутствуют какие-либо сигналы. Триггер 26 устанавливается в нулевое состояние.На вход Пуск устройства подается сигнал запуска. Устройство переходит в режим калибровки. При возрастании температуры контролируемого объекта рабочие спаи обоих термоэлектрических преобразователей имеют одинаковые температуры до тех пор, пока температура не достигнет значений Т, и Т соответствующих температурам фазовых переходов реперных материалов. До этих моментов времени выходные сигналы обоих термоэлектрических преобразователей равны по абсолютной величине, а при последовательно-встречном включении противоположны по знаку. Поэтому разностная термо-ЭДС Ер(.) =Е,(Я;) - Е (%) до момента времени- Ч., и , -в идеальном случае равна нулю (фиг. 4). По мере нагрева контролируемого объекта наступает момент фазового перехода первого реперного материала 5.Сигнал рассогласования, усиленный в М раз первым усилителем 14, сравнивается с уровнем Е в первом аналоговом компараторе 16, Полоса пропускания второго усилителя 15 определяет скорость протекания фазового перехода. В момент превышения усиленным сигналом рассогласования уровня Е первый аналоговый компаратор 16 вырабатывает сигнал, поступающий на третий вход блока 10 синхронизации. На пятом и девятом выходах последнего появляются управляющие сигналы, по которым к входам второго усилителя 15 через коммутатор 7 подключаются выводы первого термоэлектрического преобразователя 1 и разблокировывается второй элемент И 24. Одновременно на десятом выходе блока 10 синхронизации появляется импульс, заносящий во второй счетчик 21 содержимое первого постоянного запоминающего устройства 8, на восьмом выходе блока 10 синхронизации - импульс, обнуляющий первый счетчик 20, а на седьмом выходе блока 10 синхронизации - импульс, устанавливающий триггер 26 в единичное состояние.Сигнал единичного уровня, появляющийся на прямом выходе триггера 26, разблокировывает первый элемент И 23. Начинается процесс аналого-цифрового преобразования усиленного в К раз выходного сигнала первого термоэлектрического преобразователя.40 45 50 55 Счетные импульсы одновременно поступают на счетные входы первого 20 и второго 21 счетчиков. Как только выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 19 становится равным выходному сигналу второго усилителя 15, третий аналоговый компаратор 18 начинает вырабатывать сигнал, поступающий на шестой вход блока 10 синхронизации и одновременно обнуляюший триггер 26. На пятом и девятом выходах блока 10 синхронизации появляются сигналы нулевого уровня. В результате блокируется работа второго элемента И 24 и во втором счетчике 21 фиксируется значение отклонения выходного сигнала первого термоэлектрического преобразователя 1 от номинального значения при температуре фазового перехода первого оеперного материала 5. На третьем выходе блока 10 синхронизации появляется сигнал, по которому блок 13 индикации индицирует сигналА Е, определено.По мере нагрева контролируемого объекта наступает момент фазового перехода во втором реперном материале 6. Сигнал рассогласования, усиленный в М раз первым усилителем 14, сравнаес с урое Еоп, во втором аналоговом компараторе 17. В момент превышения усиленным сигналом рассогласования уровня Е второй аналоговый компаратор 7 вырабатывает сигнал, поступающий на четвертый вход блока 10 синхронизации. На шестом и одиннадцатом выходах последнего появляются управляющие сигналы, по которым к входам второго усилителя 15 через коммутатор 7 подключаются выводы второго термоэлектрического преобразователя 2 и разблокировывается третий элемент И 25. Одновременно на двенадцатом выходе блока О синхронизации появляется импуЛьс, заносящий содержимое второго постоянного запоминающего устройства 9 в третий счетчик 22. На седьмом выходе блока О синхронизации появляется импульс, устанавливаюший триггер 26 в единичное состояние, а на восьмом выходе блока 10 синхронизации - импульс, обнуляюгций первый счетчик 20.Сигнал единичного уровня, появляющийся на прямом выходе триггера 26 разблокировывает первый элемент И 23. Начинается процесс аналого-цифрового преобразования усиленного в К раз выходного сигнала второго термоэлектрического преобразователя 2. Счетные импульсы одновременно поступают на счетные входы первого 20 и третьего 23 счетчиков. Как только выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 19 становится равным выходному сигналу второго усилителя 15, третий аналоговый компаратор 18 начинает вырабатывать сигнал, поступающий на шестой вход блока 10 синхронизации и одновременно обнуляющий триггер 26. На шестом выходе блока 10 синхронизации присутствует сигнал единично 5 О 15 20 25 30 35 го уровня, а на одиннадцатом выходе блока 10 синхронизации появляется сигнал нулевого уровня. В результате блокируется работа третьего элемента И 25, а в третьем счетчике 22 фиксируется значение отклонения выходного сигнала второго термоэлектрического преобразователя 2 от номинального значения при температуре фазового перехода во втором реперном материале 6, а к входам второго усилителя 15 через коммутатор 7 подключены выводы второго термоэлектрического преобразователя 2. На блоке 13 индикации индицируется сигнал Ь Е определено.Устройство переходит в режим измерения. На первом выходе блока 10 синхронизации появляется сигнал, единичного уровня, запускающий интерполятор 11. По окончании операции вычисления на выходе Готов интерполятора 11 появляется сигнал единичного уровня, поступающий на первый вход блока 10 синхронизации. На втором выходе последнего появляется импульс, заносящий результат вычисления с выходов сумматора 12 в блок 13 индикации. Последний индицирует результат измерения (в данном случае значение температуры фазового перехода второго реперного материала 6).Одновременно на седьмом и восьмом выходах блока 10 синхронизации появляются импульсы, устанавливаюшие первый счетчик 20 в нулевое, а триггер 26 в единичное состояния. Начинается новый цикл измерений.В зависимости от того, в какой части диапазона осуществляются измерения, на пятом или шестом выходе блока 10 синхронизации присутствует сигнал единичного уровня, по которому через коммутатор 7 к входам второго усилителя 15 подключаются выходы первого 1 или второго 2 термоэлектрических преобразователей. В цикле измерений на седьмом и восьмом выходах блока 10 синхронизации появляются импульсы, устанавливающие триггер 26 в единичное, а первый счетчик в нулевое состояния. Разблокировывается первый элемент И 23 и на счетный вход первого счетчика начинают поступать импульсы. Выходные напряжения второго усилителя 15 и цифроаналогового преобразователя 19 сравниваются в третьем аналоговом компараторе 18. В момент равенства указанных напряжений последний вырабатывает сигнал, обнуляющий триггер 26. Одновременно этот сигнал поступает на шестой вход блока 10 синхронизации. Последний вырабатывает сигнал на своем первом выходе, поступающий на вход Запуск интерполятора 11. Последний осуществляет необходимые вычисления и вырабатывает сигнал Готов, поступающий на первый вход блока 10 синхронизации. Последний формирует сигнал, по которому блок 13 индикации индицируетрезультат измерения, Затем цикл измерения повторяется.При наступлении фазового перехода на соответствующий вход блока 10 синхронизации (третий или четвертый вход) поступает сигнал, по которому блок 1 О начинает вырабатывать сигналы, необходимые для определения отклонения передаточной характеристики термоэлектрического преобразователя от номинальной. При этом через коммутатор 7 к входам второго усилителя 15 подключаются выходы соответствующего термоэлектрического преобразователя, в соответствующий счетчик (второй или третий) заносится содержимое соответствующего запоминающего устройства и производится 15 аналого-цифровое преобразование выходного сигнала второго усилителя 15, при котором в соответствующем счетчике (втором или третьем) формируется код искомого отклонения. Затем этот код фиксируется в указанном счетчике, а устройство переходит в режим измерения.Интерполятор 11 реализует вычисление функцииХ = (ХХ,) Л, , )(У- У,1+Х, где Х,нХ, - цифровые коды, эквивалентныевеличине отклонения переда.точных характеристик термоэлектрических преобразователей от номинальных при температурах фазовых переходов первого и второго реперных материалов;У,ц У - цифровые коды, эквивалентныеноминальным значениям термоЭДС термоэлектрических преобразователей при указанных температурах;- цифровой код, эквивалентныйтермо-ЭДС термоэлектрического преобразователя при измеряемой температуре объекта.Первый 28, второй 29 и третий 30 сумматоры реализуют соответственно вычисление разностей (Х, - Х,), (УУ,), (У- - У 1), второй 33 и первый 32 блоки деления вычисляют соответственно (У, - У)/(У - У,) и (Х, - 45 - Х) (У -Ь, ),(У, -- У, ), а на выходе четвертого сумматора 31 формируется код Х=1.- У,Вычисления осуществляются по сигналу,поступающему на вход Запуск интерполятора 11. Через промежуток времени, определяемый параметрами элемента 35 задержки, результат вычислений записывается врегистр 34, а на выходе Готов интерполятора 11 появляется сигнал готовности данных,Блок 10 синхронизации работает следующим образом. При включении питания седьмой формирователь 66 импульсов вырабатывает импульс, обнуляющий второй 37, третий 38, четвертый 39, пятый 40 и шестой 41 триггерьь По сигналу Пуск второй триггер 37 устанавливается в единицу.С приходом на третий вход блока 10 сигнала с выхода первого компаратора 16 первый формирователь 60 импульсов вырабатывает импульс, устанавливающий первый триггер 67 признака и первый триггер 36 в нулевое, а четвертый триггер 39 в единичное состояния. На пятом и девятом выходах блока 10 появляются сигналы единичного уровня. Одновременно четвертый формирователь 63 вырабатывает импульс, появляющийся на седьмом, восьмом и десятом выходах блока 10.С приходом сигнала на шестой вход блока 10 шестой формирователь 65 вырабатывает импульс, по которому пятый триггер 40 устанавливается в единичное состояние, первый триггер 6 признака устанавливается в единичное состояние, четвертый триггер 39 в нулевое состояние, а на третьем выходе блока 10 появляется сигнал единичного уровня.С приходом на четвертый вход блока 10 сигнала с выхода второго компаратора 17 третий формирователь 62 вырабатывает импульс, устанавливающий второй триггер 68 признака в нулевое, первый триггер 36 в единичное, шестой триггер 41 в единичное, а третий триггер 38 в йулевое состояния. На шестом и одиннадцатом выходах блока 10 появляются сигналы единичного уровня. На седьмом, восьмом и двенадцатом выходах блока 10 появляются одиночные импульсы, сформированные пятым формирователем 64 им пульсов.С приходом сигнала единичного уровня на шестой вход блока 10 шестой формирователь 65 вырабатывает импульс, по которому шестой триггер 41 устанавливается в нулевое, второй триггер 68 признака в единичное, а третий триггер 38 в единичное состояния. На четвертом и первом выходах блока 10 появляются сигналы единичного уровня. Седьмой триггер 42 устанавливается в нулевое состояние. С приходом сигнала на первый вход блока 10 первый триггер 36 устанавливается в состояние, определяемое информацией, поступающей на пятый вход блока 1 О, в соответствии с которой сигнал единичного уровня появляется либо на пятом, либо на шестом выходе блока 10. Третий триггер 38 устанавливается в нулевое, а седьмой триггер 42 в единичное состояния. На втором, седьмом и восьмом выходах блока 10 появляются одиночные импульсы, формируемые вторым формирователем 61.Усиление в М раз разностного сигнала термоэлектрических преобразователей и сопоставление получаемого сигнала с уров 1432348Фор,)1 ула изобретения цями опорных напряжений позволяет исключить влияние случайных сигналов, поскольку )лоса пропускания первого усилителя 14 определяется скоростью протекания фазового перехола в реперном материале.Усилеие в К раз термо-Э,лС термоэлектрического преооразователя и сопоставление полученного сигнала с эталонными сигналами, пропорциональными номинальной термо- ЗДС термоэлектрического преобразователя прц температуре соответствующего фазово о перехода реперного материала, позволяет существенньм образом повысить точность определения погрешности термоэлектрического преобразователя при температуре фазового перехода, а также повысить точность вычислительных операций, осуществляемых интерцолятором 11.. Устройство для измерения температуры, содержащее лва идентичных термоэлектрических преобразователя, рабочие спаи которых размещены в герметизированных полостях двух измерительных зондов, заполненных реперными материалами с различной температурой фазового перехода, первые выволы соединены межлу собой и подключены к первому входу коммутатора, а вторые выводы подключены к второму и третьему входам коммутатора, два постоянных запоминающих устройства, сумматор, первый вход которого соединен с выходом интерполятора, а выход подключен к блоку индикации, блок синхронизации, первый,.второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к управляющим входам интерполятора и блока индикации, а первый и Второй входы соединены соответственно с управляющим выходом готовности интерполятора и управляющим входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый усилитель, три аналоговых компаратора, три источника опорного напряжения, цифроаналоговый преобразователь, три счетчика, три элемента И, триггер, генератор импульсов и второй усилитель, входы которого соединены соответственно с вторыми выходами термоэлектрических преобразователей, а выход соединен с первыми входами первого и второго аналоговых компараторов, вторые входы которых подключены к выходам первого и второго источников опорного напряжения, а выходы соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока синхронизации, пятый вход которого соединен. с выходом старшего разряда первого счетчика, а шестой вход соединен с выходом третьего аналогового компаратора, первый вход которого через первый усилитель соединен с вь- ходом коммутатора, а второй вход подключен к выходу цифроаналогового преобразос 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вателя, сцгцальцьш вход которого соединен с выходом третьего источника опорного напряжения, а управляющие Входы полк.к)е. цы к выходам первого е тчц.а. счстць 1 Й Вхол которого соединен с выходом первоо элемента И, вхолы которого сослинецы соответственно с выхолом генератора импульсов и прямым выходом триггера, вход установки в О которого полключен к выходу третьего аналогового компаратора, при этом первые входы второго и третьего эчементов И соелинены с выходом первого элемента, а их выходы подключены соответственно к счетным входам второго и третьего счетчиков, информационные входы которых соединены соответственно с информационными выходами соответственно первого и второго постоянных запоминающих устройств, информационные выходы второго, третьего и первого счетчиков и первого и второго ;истоянных запоминающих устройств полсое динены соответственно к первой, второй, трс тьей, четвертой и пятой группам входов ц терполятора, вторые входы сумматора цо.1 ключены к информационньм выходам первого счетчика, первый и второй управля)ощие входы коммутатора, вход установки в 1 триггера, вход начальной установки первого счетчика, второй вход второго элемента И, вход занесения информации второго счетчика, второй вход третьего элемента 11 и вход занесения информации третьего счетчика подключены соответственна с пятого по двенадцатый выходы блока синхронизации.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что интерполятор содержит лва блока леления, регистр, элемент задержки ц четыре сумматора, управляющие входы которых и вход элемента задержки подк;цочены и уп. равляюшему входу интерполятора, выход элемента задержки подключен к управляющему выходу готовности интерцолятора и входу управления записью регистра, выходы которого соединены с информационными выходамн ицтерполятора, первый сумматор подключен первой ц Второй группами входов СООтВЕтСтВЕННО К ПЕРВОЙ И ВтОРОй РУЦПах входов ицтерполятора, а выходами - к первой группе входов первого блока деления, подсоединенного второй группой вколов и выходам второго блока лелеция, соелицсццого первой и второй группми входов с выходами соответственно второго и третьего сумматоров, второй сумматор подключен первой и второй группами вхе)лов соответственно к третьей и четвертой гру 1 е входов интерполятора, третиЙ сумматор полключец первой и второй группами вколов соотвстственно к четвертой и пятой группа вхолоз интерполятора, четвертый сумматор цолкгпочен первой группой входов к первой Грх пс ехГ)етспо 1 т); 1;то)ой г)х и пои Вхо;Еов к В х), е х сВ1) ).)ке1432348 10 45 50 9лепия, а выходами -- к информационным входам регистра.3. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что блок синхронизации содержит семь триггеров, пять элементов ИЛИ, восемь элементов И, четыре элемента задержки, семь формирователей импульсов и два триггера признака, причем счетный вход первого триггера соединен с первым входом блока синхронизации, вход установки в 1 второго триггера соединен с вторым входом блока синхронизации, прямой выход третьего триггера соединен с первым выходом блока синхронизации, первый формирователь импульсов подключен входом к третьему входу блока синхронизации, а выходом - к первому входу первого элемента И, подключенного вторым входом к прямому выходу второго триггера, а выходом - к входу установки в 1 четвертого триггера, подключенного входом установки в О к входу установки в 1 пятого триггера, к входу установки в 1 первого триггера признака и к выходу второго элемента И, а инверсным выходом - к первым входам с третьего по седьмой элементов И, выход третьего элемента И подключен к входу установки в О шестого триггера и к входу установки в 1 второго триггера признака, инверсный выход шестого триггера подключен к вторым входам с четвертого по седьмой элементов И, седьмой элемент И подключен третьим входом к выходу первого элемента задержки, а выходом - к входу установки в 1 третьего триггера, подсоединенного прямым выходом к входу установки в О седьмого триггера, соединенного входом установки в 1 с выходом второго элемента задержки, а прямым выходом - с входом третьего элемента задержки, подключенного выходом к входу второго формирователя импульсов, подключенного выходом к второму выходу блока синхронизации, третий формирователь импульсов подключен входом к четвертому входу блока синхронизации, а выходом - к первому входу восьмого элемента И, соединенного вторым входом с вторым входом третьего элемента И и с прямым выходом пятого триггера. а выходом - с входом установки в 1 шестого триггера, пятый вход блока синхронизации соединен с информационным входом первого триггера, подключенного прямым выходом к третьему входу четвертого элемента И, а инверсным выходом - к третьему входу пятого элемента И, выходы пятого и четвертого элементов И соединены соответственно с первыми входами 5 10 Х 5 20 25 30 35 первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и третьего формирователей импульсов соединены с входами установки в О соответственно первого и второго триггеров признака, прямые выходы которых являются соответственно третьим и четвертым выходами блока синхронизации, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ являются соответственно пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами блока синхронизации, прямой выход четвертого триггера соединен с первым входом второго элемента И, с вторым входом первого элемента ИЛИ, с десятым выходом блока синхронизации и с входом четвертого формирователя импульсов, подключенного выходом к первым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ и к десятому выходу блока синхронизации, прямой выход шестого триггера соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, одинадцатым выходом блока синхронизации и входом пятого формирователя импульсов, подключенного выходом к вторым входам третьего и четвертого элементов ИЛИ и к двенадцатому выходу блока синхронизации, третьи входы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с выходом второго формирователя импульсов, шестой формирователь импульсов подключен входом к шестому входу блока синхронизации, а выходом - к третьему входу третьего элемента И, к входу первого элемента задержки и к входу четвертого элемента задержки, подключенного выходом к второму входу второго элемента И, пятый элемент ИЛИ подключен первым входом к второму входу блока синхронизации, вторым входом - к выходу шестого элемента И и к входу второго элемента задержки, третьим, четвертым и пятым входами - к выходам соответственно первого, третьего и седьмого формирователей импульсов, выходом - к входу установки в О третьего триггера, счетные входы четвертого, пятого и шестого триггеров и вход установки в О второго триггера подключены к выходу седьмого формирователя импульсов, информационные входы четвертого, пятого и шестого триггеров соединены с общей шиной устройства, вход седьмого формирователя импульсов подключен к источнику питания, первый триггер подключен входом установки в 1 к выходу третьего формирователя импульсов, а входом установки в О - к вы-. ходу первого формирователя импульсов, а третий вход шестого элемента И подсоединен к счетному входу первого триггера.ль Б. Кслиерес Редактор И. ДербакЗаказ 54 4/33ВНИИПИ Государствен113035, МПроизводственно-поли СоставитТехред И.Тираж 607ного комитета Сосква, Ж - 35,рафическое пред Корректор Э,ончаковПодписноеСР по делам изобретений и открытийаушская наб., д. 4(5риятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4