Устройство для определения температуры жидкого металла в конвертере

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУ БЛИН 191 СШ 0353 д 1)5 С 01 К 7/02 ЛЬСТИ У(21) (22) (46) (71) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯУ, И ОТКРЫТПРИ ПНТ СССР К АВТОРСКОМУ 4608325/24-1023.11.8823,10.90. Бюп. В 39Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Черметавтоматика"(56) Авторское свидетельство СССР В 1064159, кл, С 01 К 7/02, 1982.Авторское свидетельство СССР 9 1167448, кл. С 01 К 7/02, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕР (57) Изобретение относится к темпера турным измерениям и позволяет повысить точность определения температуры жидкого металла в конвертере путемуменьшения погрешностей, вызванныхнестабильностью параметров элементов,входящих в состав устройства. Выходной сигнал термоэлектрического преобразователя (ТП) 1 поступает черезкоммутатор 2, к входу которого подключен источник 3 опорных напряжений,и согласующий блок 4 на вход аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 7,соединенного с микропроцессорнымблоком 9 управления, Компенсация температуры свободных концов ТП осуществляется с помощью измерителя 5 температуры свободных концов ТП, подключаемого коммутатором б к второмувходу АЦП 7. Проверка цепей ТП осуществляется блоком 8. 5 ил.1601531 Х(1) -Х(С) при ( Х(г.) -Х(С) ( -зз.дп ( Х -Х(е) 1 при / Х(с) -Х(е) /)) 40 45 50 55 Изобретение относится к темпераГурным измерениям, а именно к устройствам для измерения температуры, и может быть использовано в черной И цветной металлургии, химической промышленности при циклическом измерении температуры и химических свойств металлов и сплавов.Целью изобретения является повы 1 шение точности определения температуры путем уменьшения погрешностей, 1 вызванных нестабильностью параметров 1 элементов, входящих в состав устрой 1 ства, 15На фиг, 1 изображена блок-схема :устройства; на фиг. 2 - внутренняя структура коммутатора, источника ,опорных напряжений и блока проверк 1. ,цепи термопреобразователя; на ,фиг. 3 - внутренняя структура анало;го-цифрового преобразователя с Фильт:,ром низкой частоты; на фиг. 4 - внутренняя структура микропроцессорного блока управления; на фиг. 5 - внут ренняя структура блока цифровой индикации.Устройство (фиг. 1) содержит термоэлектрический преобразователь 1, коммутатор 2, источник 3 опорных на" пряжений, согласующий блок 4, измеритель 5 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, второй коммутатор 6, аналогоцифровой преобразователь 7. с фильтгде Х(г) - выходной код фильтра низкой частоты в определенный момент й дискретноговремени;Х(г) - входной код Фильтра низкой частоты;(М выбирается экспериментально из диапазона0-1;. Р - примерно равным максимальной величине скорости изменения полезного сигнала) .Микропроцессорный блок 9 управления (фиг, 4) содержит кварцевый резонатор 35, резистор 36, конденсатор 37, однокристальную микроЭВМ 38 типа КМ 1816 ВЕ 48, децифратор 39, регистр 40 адреса, 11 адиально параллельром низкой частоты, блок 8 проверки цепи термоэлектрического преобразоватсля, микропроцессорный блок 9 управления и блок 10 цифровой индикации,Коммутатор 2 (Фиг. 2) содержит три транзисторных ключа 11-13, в базовую цепь которых включены ограничивающие резисторы 14-16, а в коллекторную цепь - герконовые реле 17-19.Источник 3 опорных напряжений (фиг. 2), может быть выполнен, например, на. операционном усилителе 20, стабилитроне 21 и резисторах 22-26 по стандартной схеме.В качестве согласующего блока 4 может быть использован любой серийный усилитель с необходимым коэффициентом усиления, обеспечивающий усиление сигнала с термоэлектрического преобразователя 1. Блок 8 проверки цепи термопреобразователя 1 (фиг, 2) содержит источник 27 зондирующего напряжения, оптопару 28 и ре зисторы 29 и 30Аналого-циФровой преобразователь 7 (АЦП) с фильтром низкой частоты может быть выполнен, например, на основе однокристальной микроЭВМ типа КМ 1813 ВЕ 1, включающей цифровой процессор 31, дифференциальный усилитель 32 с резисторами 33 и 34.Фильтр низкой частоты, реализованный в ЦПОС 31, описывается выраже- нием ный интерфейс 41, оперативно-запоминающее устройство 42, радиально последовательный интерфейс 43, делитель 44, блок 45 гальванической развязки.Устройство работает следующим образом.После включения электропитания в микропроцессорном блоке 9 управления начинает выполняться программа инициализации, которая приводит устройство в исходное состояние.В исходном состоянии транзисторные ключи 11-13 закрыты, Перед замером температуры жидкой стали на жезл через разъем вставляется сменный блок термоэлектрического преобразователя 1, При наличии цепи и готовности термоэлектрического преобразователя к измерению через нормально замкнутые5 16015 контакты герконового реле 13 подается напряжение от источника 27 зондирующего напряженияна вход оптопары 28, что приводит к появлению сигнала низкого уровня в коллекторной цепи опто- пары, который поступает на второй вход микропроцессорного блока 9 управления. Если в течение )й = 2 с, (величипа1, определяется опытным путем) си.п)л не меняется, что свидетельствует о наличии надежного контакта термопреобразователя 1 с измерительной цепью, то устройство переходит к выполнению процедуры автоматической калибровки, в противном случае устройство остается в исходном состоянииПроцедура автоматической калибровки осуществляется следующим образом, 20 По сигналу с второго выхода микропроцессорного блока 9 управления открывается транзисторный ключ 12, чтос приводит к размыканию нормально замкнутых контактов герконового реле 18 25 и подключению выходных цепей источника 3 опорных напряжений, с вьхода которого подается напряжение У 1 (величина Б 1 определяется опытным путем, исходя из диапазона вь)ходных напряжений термопреобразователя 1, применяемого для измерения температуры хащкого металла) в течениег - 0,8 с на вход согласующего блока(величинаг. определяется опытным путем), затем транзисторный ключ 1235 закрывается, что приводит к размыканию выходной пепи Б источника 3 опорных напряжений, далее по сигналу с второго выхода микропроцессорного блока 9 управления открывается транзисторный ключ 13, что приводит к размыканию нормально замкнутых контактов герконового реле 19 и подключению выходных цепей источника 345опорных напряжений, с выхода которогоподается напряжение Бг (величина Бгопределяется опытным путем, исходя из диапазона выходных напряжений термопреобразователя 1, причем П, выбирается в начале диапазона, ав конце диапазона выходных напряжений термопреобразователя 1) в течениеС= 0,8 с на вход согласующего блока 4 (величинаопределяется опытным путем), затеи транзисторный ключ13 закрывается, что приводит к размыканию выходной цепи Бг источника 3опорных напряжений и подключению вь)31 бхода термопреобразователя 1 к входу огласующего блока 4. Далее в микропроцессорном олоке 9 управления рассчитывается коэФФициент усиления и величина смещения нулевого уровня согласующего блока 4 по следующим зависимостям."(Жа, Паг.) /(0 Пг) ю11 = д,+ 5 - К(Г, +)/1, (3)где 1; - коэФФициент усиления;У - величина выходного напряже 01ния согласующего блока приподключении к его входу первого источника опорного напряж ения:Ч, - величина выходного напряжения согласующего блока приподключснии к его входу второго источника опорного напряжения;ве.-.ттна смещения нулевогоуровня согласующего блокана его выходе;,Б - величина напряжения первогоисточника опорного напряжения;Б - величина напряжения второгогисточника опорного напряжения,Далее по сигналу с второго выходамикропроцессорного блока 9 управлениятранзисторный ключ 13 закрывается, чтоприводит к размыканию выходной цепиБ источника 3 опорных напряжений,подключению выхода термоэлектрическог о пр ео бра зоват еля 1 к входу согласующего блока 4, По сигналу с четвертого выхода микропроцессорногоблока 9 управления второй коммутаторб коммутирует выход термопреобразователя 5 с вторым входом АЦП 7 с фильтром низкой частоты. Вторым входомАЦП 7 является вход 10 ЦПОС 3). Навход 10 ЦПОС 3 1 поступает сигнал оттермопреобразоватсля 5, пропорпионал:ный температуре окружающей среды,что позволяет учесть влияние термоЭДС свободных концов термоэлектрического преобразователя 1, При погружении термопреобразователя 1 вметалл сигнал термоЭДС, характеризующий температуру жидкого металла,усиливается в согласующем блоке 4 ипоступает на вход АЦП 7 с Фильтромнизкой частоты, где подвергается аналого-циФровому преобразованию и цифровой Фильтрации с помощью ЦПОС 31(фиг. 3) с шестнадцатиразрядной точнос тью п о зависимости . Р езул ьтатыпреобразования передаются в микропроцессорный блок 9 управления по 5тетрадно с первого, двадцать шестого,двадцать седьмого и двадцать восьмого выходов ЦПОС 31, Передача данныхсйнхронизируется сигналами с двадцатьпервого выхода ЦПОС 31, поступающимив микропроцессорный блок 9 управления,Дифференциацильный усилитель 32 срезисторами 33 и 34 (фиг. 3) поэвол 1 ет получить шестнадцатиразряднуюточность, так как аналого-циФровойпреобразователь ЦПОС 31 восьмиразрядный, При первом преобразовании получаются старшие восемь разрядов кода,гсоответствующий коду аналоговый сиг 11 ал появляется на втором выходеЦПОС 31. На дифференциальном усилителе 34 этот сигнал вычитается изходного сигнала, масштабируется на28 и полученный сигнал поступает на 251 ринадцатый вход ЦПОС 31, где послеЕго аналого-цифрового преобразованияполучаются младшие восемь разрядов,Величина выходного сигнала Ц термоэлектрического преобразователя 1 вы Очисляется в блоке 9 по формулее(яо)югде У - значение сиггала на выходесогласующего блока 4,Для определения наличия стацио 1 нарного участка на термограмме, соответствующего температуре жидкого металла, в микропроцессорном блокеуправления 9 осуществляется среднее 4 Означение х (Т) двух кодов на соседнихсротсчетах1 Х(С) + Х( 1)ср " 2а также сравнивается значение кодов 45Х(С) и Х(1-1), Если эти коды равны,1то вычисляется величина Х, (с)и средневзвешенное значение11 Хср (с) + Х ср(г 1)ср 21 1- Х + - Х(г.-1) + - Х(г.-2),4 24равное значению температуры измеряемой среды,Далее в соответствии с номинальной статической характеристикой термопр еобра зоват еля 1 опр еделя ется температура металла в градусах Цельсия, которая затем передается в ЭВМ верхнего уровня и отображается на индикаторе блока 10 цифровой индикации.Передача информации о температуре металла в ЭВМ верхнего уровня (не показана) осуществляется однокристальной микроЭВМ 38 (Фиг. 4) с помощью счетчика радиально последовательного интерфейса 43 и блока 45 гальванической развязки, введенного дпя повышения помехоустойчивости и электрической защиты устройства. Вывод инФормации на блок 10 цифровой индикации осуществляется с помощью однокристальной микроЭВМ 38, радиально параллельного интерфейса 41, кроме того., с помощью этого интерфейса осуществляется управление коммутатором 2, прием кодов из АЦП 7.Регистр 40.адреса и дешифратор 39 необходимы для связи с однокристальной микроЭВМ 38, радиально параллельным интерфейсом 41, оперативно-запоминающим устройством 42 и радиально последовательным интерфейсом 43. По окончании выдачи результата на блок 10 цифровой индикации и ЭВМ верхнего уровня микропроцессорный блок 9 управления переходит в исходное состояние и приступает к анализу наличия в цепи термопреобразователя 1,Индикация результатов замеров осуществляется с помощью блока 10 цифровой индикации, который содержит семисегментный дешифратор 46, семисегментные индикаторы 47-62, транзисторнь;е ключи 63-78 и дешифратор 79 адреса.Через радиально параллельный интерфейс 41 микропроцессорного блока 9 управления (фиг. 4 и 5) на семисегментный дешифратор 46 поступает двоичный код числа, преобразуется им в семисегментный код, который поступает на индикаторы 47.-62, в свою очередь на дешифратор 79 из микропроцессорного блока 9 управления поступает четырехразрядный адрес знакоместа, на котором должно быть индицировано данное число. На одном из выходов дешифратора появляется сигнал низкого уровня, что приводит к срабатыванию соответствующего ключа и подаче питающего напряжения на адресуемый индикатор. На индикаторе загорается выводимое число, че 9 16рез некоторое время на дешифратор 79поступает адрес очередного знакоместа, а на дешифратор чб - второй кодсоответствующего числа. Таким образом, осуществляется сканирование наиндикаторе. Полный цикл сканированиявсех индикаторов проходит за 0,1 с,затем сканирование повторяется. Из-заинерционности зрения сканирование незаметно и оператор на индикаторе блока 10 цифровой индикации все индика.оры видит светящимися одновременно,Запуск очередного цикла сканированияосуществляется по прерыванию от таймера, расположенного в однокристальной микроЭВМ 38.Для автоматического введения поправок по учету термо-ЭДС,свободныхконцов термоэлектрического преобразователя используют следующий метод .С помощью измерителя 5 температурысвободных концов термоэлектрическогопреобразователя, включающего термопреобразователь сопротивления с источником тока, перед замером температуры металла измеряется температураокружающей среды, где находятся свободные концы термоэлектрического преобразователя. В соответствии с номинальной статической характеристикойпреобразователя, применяемого дляизмерения температуры жидкого метал.ла термопреобразователя, определяется величина термо-ЭДС, соответствующая температуре окружающей среды, Впроцессе замера температуры металлак полученной величине термо-ЭДС, соответствующей температуре металла,суммируется величина термо-ЭДС, соответствующая температуре окружающейсреды. При изменении температурысвободных концов определяется новоезначение термо-ЭДС, которое суммируется со значением термО-ЭДС,полученной при измерении, Результирующеезначение термо-ЭДС масштабируетсяв градусах ЦельсияОпределение температуры металлав соответствии с номинальной статической характеристикой осуществляется по методу кусочно-линейной аппроксимации,При использовании данного методаноминальная статическая характеристика термопреобразователя представляется в виде таблиц в ПЗУ микроконтроллера, Точность аппроксимациизависит от количества точек в этойО 01531 таблице и шага дискретизации. В промежутках между точками значение температуры определяется по формуле где й - температура жидкого меЦетталла, С; 10 Е(д) - величина термо-ЭДС ближайшего к Е(х) меньшего значения из таблицы;Е(1+1) - величина термо-ЭДС ближайшего к Е(х) большего значения из таблицы;Е(х)- величина термо-ЭДС термопреобразователя в моментзамера температуры жидкогометалла;20 - шаг дискретизации,Таким образом, для определениятемпературы жидкого металла не требуется значительных программных ивременных затрат, а точность аппрок 25 симации зависит от величины Ь . Задаваясь допустимой погрешностью аппроксимации ;, можно методом подбора определить необходимые значенияЙ для номинальных статических хара 30 ктеристик преобразования термопреобразователя,15 Формула из обр ет ения 35 УстРОЙстВО ДлЯ ОпределениЯ температуры жидкого металла в конвертере, содержащее термоэлектрический преобразователь, блок цифровой индикации, согласующий блок, выход которого сое динен с входом аналого-цифрового преобразоватсля с фильтром низкой частоты, О т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышенйя точности определения температуры, в него введе ны два коммутатора, измеритель температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, блок проверки цепи термоэлектрического преобразователя, микропроцессорный блок упраВления и источник опорных напряжений, выход которого соединен с пер-.вым входом первого коммутатора, второй вход которого соединен с термоэлектрическим преобразователем, третий вход подключен к втоРому выходу микропроцессорного блока управления, первый выход соединен с входом согласующего блока, а второй выход подключен к входу блока проверки цепи тер 5 . Е(1 + 1)-Е(1) 1 = Е(Ц + --- .Е(х)-Е(Р.)мет Ь./ХО Моэлектрического преобразователя,выход которого соединен с вторым входом микропроцессорного блока управй 1 ения, первый выход которого соедиНен с блоком цифровой индикациитретий выход и первый вход соединены1Ф вторым входом и выходом цифроаналогового преобразователя соответственно, а четвертый выход подключен к первому входу второго коммутатора, первый вход которого соединен с измерителем температуры свободных концов т ермоэл ектрич еского пр еобр аз ователя, а выход подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя.1601531 Составитель В. КуликовТехред М,дидык Корр ект ор М. Ма ксимишинец Редактор И. Шулла Заказ 3267 Тираж 511 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101