Устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика

Устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеез Сееетскнх

Сецнелнстнчаскнх

Реслублнк («i1 000790 (61) Дополнительное и авт. саид-ву(22) Заявлено 291281 (21) 3372166/18-10 (51) М. Кп.

G 01 К 15/0(, с присоединением заявки М—

Государственный комитет

СССР

IIo делам изобретений н открытий (23) Приоритет(531УДК 536. 532 (088. 8, Опубликовано 280283. Бюллетень М 8

Дата опубликования описания 280283

;- <,", О.В. Бабак и A.Ñ. Гасан у - .*У f

: -;р.

Г

Ордена Ленина институт кибернетики. AH Укр (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

CP (54) УС РОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕПЛОВОЙ

ИНЕРЦИИ ТЕРМОДАТЧИКА е

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройству для измерения показателя тепловой инерции термодатчика.

Известно устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатиика, содержащее усилитель и ключ, соединенные с одним входом нуль-органа, к другому входу которого подключен источник опорного напряжения, причем выход нуль-органа замыкается на триггер, управляющий ключом, соединяющим между собой генератор опорной частоты, счетчик и индикатор g1 ).

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, определяющееся фактически временем нагрева термодатчика до температуры объекта, прн которой сигнал на его выходе примет установившееся значение.

Известно также устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика, содержащее усилитель, соединенный через ключ с входом запоминающего устройства и с входами нуль †орган, одновибратор, управляющий запоминающим устройством и ключом, через который выходы нуль-органов подключаются к измерителю временного интервала (2).

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное не только инерционностью датчика температуры, но н фактическим временем нагрева термодатчика до температуры объекта, при которой сигнал на выходе устройства примет установившееся значение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к нзобратению является устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика, содержащее уси" литель, выход которого соединен с одним из входов нуль-органа и через ключ с входом блока памяти, соединенного с индикатором, блок времен.ного интервала, подключенный к выходу нуль-органа и соединенный с управляющим входом ключа 1.3J.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обус. ловленное не только инерционностью датчика температуры, но и фактическим временем нагрева термодатчика до температуры объекта, при которой сигнал на выходе устройства примет установившееся значения. В ряде слу1000790 чаев это время достигает значительных величин. В то же время сокращение времени на определение постоянной времени необходимо при отбраковке изготавлинающихся на потоке термодатчиков, а также для быстрой коррекции измеряемых температур в измерительных устройствах повышенной точности. Кроме того, одним из недостатков известных устройств и прототипа является и их сравнительная сложность, вызванная применением генератора опорной частоты и счетчика импульсов.

В процессе работы известного устройства осуществляется запоминание (5 трех, четырех значений измеряемой термо-ЭДС, равного постоянной времени термодатчика в запоминающем устройстве. Это приводит к снижению быстродействия, так как процесс измерения и запоминания осуществляется только при значении напряжения, соответствующего некоторому значению температуры объекта и ограниченного постоянной времени, при этом процесс измерения жестко связан с постоянной времени.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства за счет уменьшения времени измерения.

Для достижения поставленной цели в устройство введены два источника эталонного напряжения, функциональный преобразователь и сумматор, при этом первый ис очник эталонного напряжения подключен к второму входу нуль-органа, выход блока памяти соединен с входом функционального преобразователя, выход которОГО псдКЛЮчен к одному иэ входов сумматора, другой вход которого соединен с вто- 40 рым источником эталонного напряжения, а выход сумматора подключен к входу индикатора.

Введение первого и второго источч.i ников напряжения, функционального преобразователя и сумматора в предлагаемое устройство позволило повысить быстродействие устройства эа счет уменьшения промежутка времени измерения, которое может быть выбрано достаточно малым. Для измерения показателя тепловой инерции термодатчика датчик температуры помещается в зону объекта, температура которой известна, например 100 С. Нульорган сравнивает температуру окружающей среды с измеряемой температурой объекта. Температура окружающей среды задается с помощью первого источника эталонного напряжения. 60

Второй фиксированный промежуток времени выбирается из расчета требуемого быстродействия при определении показателя тепловой инерции термодатчика, которая вместе с за- 65

Введение источников эталонного напряж ния в предлагаемое устройст-. во позволяет увеличить быстродействие при определении эа счет того, что не тратится время на задание и формирование исходных напряжений, т.е. имитировать заранее заданные фиксированные значения. Введение функционального преобразователя, сумматора позволяет реализовать алгоритм работы устройства в аналоговой форме.

Устройство работает следущцим образом.

Если в качестве термодатчика, например, используется термопара, то зависимость изменения напряжения или термо-ЭДС во времени t на выходе ее определяется выражением

Ю

e = E +(E„-E )(1-e ), (() /г где Е

П вЂ .установившееся значение термо-ЭДС, соответствующая измеряемой температуре

9(ЕП «Щ; ранее принятыми фиксированными значениями (такими например, как выбор температуры объекта, равного

100 С, задание температуры окружающей среды и т.д.) задается вторым источником эталонного напряжения.

Изменяя промежуток времени между двумя фиксированными точками и реализуя алгоритм. определения показателя тепловой инерции термодатчика в аналоговой форме, можно изменять быстродействие устройства. Указанное подключение введенных блоков обеспечивает повышение быстродействия устройства в результате изменения промежутка времени между двумя фиксированными точками.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит температурный датчик 1, усилитель 2, нуль-орган 3, ключ 4, блок 5 памяти, блок б временного интервала, первый источник 7 эталонного напряжения, функциональный преобразователь 8, сумматор 9, второй источник 10 эталонного напряжения, индикатор 11. Температурный датчик 1, усилитель 2, ключ 4, блок

5 памяти, функциональный преобразователь 8, сумматор 9, индикатор 11 соединены последовательно. Выход усилителя 2 подключен к первому входу нуль-органа 3, к второму входу которого подключен первый источник 7 эталонного напряжения. Выход нульоргана 3 соединен с блоком временного интервала б, подключенный к входу управления ключом 4. К второму входу сумматора 9 подключен цторой источник 10 эталонного напряжения.

1000790

Š— значение.термо-ЗДС, соответствующая температуре окружающей среди; Г - постоянная времени термодатчика. Г можно определить из (1) соотно-.шения (2)

ln

Еп - ед — е т. где е и е — значения термо-ЗДС, из. меренные в соответствующие моменты времени сл.и t (at = t — t„).

Из выражения (2) следует, что

1 1 г ьс n < at — = — 8и(Š— е ) — (Е -е ) . (3)

Если принять, что е, Е и at некоторые заранее заданные постоянные ве-20 личины, тогда, обозйачая первый член второй части выражения (3) через A(A consс), имеем — =A — — Яи (E -е ). (4) 25

1 1 у. дс в а

На основание выражения (4) и строится алгоритм предлагаемого устройства.

Пусть имеем термопары, калиброван-30 ные по термо-ЗДС, т.е. определенной температуре соответствует некоторая определенная, одинаковая у каждой термопары, термо-ЭДС. При этом предохранительные наконечники термопар могут быть различными. соответственно .различными будут и постоянные времени Y . Для измерения постоянной времени термопары она помещается в среду, температура которой заранее известна и поддерживается постоян- 40 ной (например, в кипящую воду

3 = --100sC). При этом будет заранее известно и Ед — термо-ЗДС, развиваемая каждой из испытываемых термопар (T e. En cons t) . 45

Сигнал с термопары 1 поступает на вход усилителя 2, с выхода которого он поступает на первый вход нуль-органа 3. Одновременно на второй вход нуль-органа 3 поступает сигнал от источника 7,эталонного напряжения, равный по величине е (е, =const).

При равенстве сигналов, поступающих с выхода усилителя 2 и от источника 7 эталонного напряжения, нульорган срабатывает и включает блок 6. временного интервала. Это соответствует моменту времени t< . По истечении промежутка времени at const, т.е. в момент времени с блок б временно- 60 го интервала вырабатывает сигнал, поступающий в цепь управления ключом 4, и размыкает его. При этом блок 5 памяти осуществляет запомина-. ние сигнала е . Вследствие этого, g5 что в блок 5 памяти заранее заносится известная величина Ей, на выходе его несложно получить значение (Еп — е ). Напряжение (Е -е ) поступ пает на вход функционального преобразователя 8 (например, логарифмический усилитель)., на выходе которого после деления на некоторую, выбранную в масштабе величину At=const получаем второй .член правой части выражения (4). Выход функционального преобразователя 8 подключен к одному входу сумматора 9, а на другой вход его поступает неокторое постоянное напряжение от источника

10 эталонного на пряження, равное по величине Д . Сложение с учетом знака напряжения на выходе функционального преобразователя 8 н напряжение А реализует правую часть выражения (4). T.å. на выходе сумматора 9 .имеем величину 1/с,, которая поступает на вход индикатора 11, шкала которого выражена в единицах .

Введение источников эталонного напряжения, функционального преобразователя и сумматора в предлагаемое устройство позволяет увеличить быстродействие при определении 2 за счет того, что не тратится время на получение установившегося значения Е„

Время, затрачиваемое на определение

Т, определяется в основном величиной at, которая может быть выбрана весьма .малой. Повышению быстродействия способствует и алгоритм работы ь устройства, связанный с обработкой информации в аналоговой форме. Это приводит .также и к резкому упроще-. нию схемы устройства за.счет исключения из нее генератора опорной частоты, счетчика и уменьшения количества ключей. В результате этого быстродействие предлагаемого устройства по сравнению с известным повышается в. 5-10 раз °

Ожидаеьый экономический эффект от применения предлагаемого устройства заключается в увеличении коли.чества испытываемых термопар при,.определении их показателя с., а также в повышении точности в устройствах для измерения температуры в результате быстрой коррекции измеряемых температур.в измерительных устройст. вах.

Формула изобретения.

Устройство для измерения показателя тепловой инерции термодатчика, содержащее соединенные последовательно датчик-температуры, усилитель, ключ, блок памяти, а также нуль-орган, один из входов которого соединен с выходом усилителя, а выход— с входом блока временного интервала

10ОО790

Составитель Н. Горшкова

Редактор И. Янович Техред Т.Иаточка КоРРектор В. Бутя га

Заказ 1361/40 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 выход которого соединен с управляющим входом ключа, и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены два источника эталонного напряжения, функциональный преобразователь и сумматор, при этом первый источник эталонного напряжения подключен к второму входу нуль-органа, выход блока памяти соединен с входом функционального преобразователя, выход которого подключен к одному из входов сумматора, другой вход которого соедин н с вторым источником эталонного напряжения, а выход сумматора подключен к входу индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 765674, кл. G 01 К 15/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 624123, кл. G 01 К 15/00, 1977.

10 3. Авторское свидетельство СССР

М 655912 - кл . G 01 К 15/ОО, 1977 (прототип).