Устройство для измерения температуры
Патент 1239530
Авторы
Классы МПК
Устройство для измерения температуры
Иллюстрации
Реферат
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„123953
А1 (51)4 G 01 К 7/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3667547/24-10 (22) 21 11.83 (46) 23.06.86. Вюл. В 23 (72) Е.И. Фандеев, В.Т. Стадник и С.К. Никифоров (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Ф 932281, кл. С 01 К 7/16, 1980.
Шукшунов В.Е. Корректирующие звенья в устройствах измерения нестационарных температур. — M.: Энергия, 1970, с. 89, рис. 56., (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ТЕИПЕРАТУРЫ (57) Изобретение может найти применение в системах контроля и регулирования температуры поверхности твердых тел, пристенных слоев жидких и газообразных сред. Цель изобретенияповышение точности измерения и быстродействия устройства путем установки оптимального режима работы термопреобразователя. Устройство содержит ности температур между спаями дифференциального термоэлектрического пре-, образователя 1 возникает термо-ЭДС.
Величина суммарного выходного сигнала зависит от теплового состояния термопреобразователя 1, его электрофизических параметров, значения измерительного тока и начального сопротивления термопреобраэователя I. Устройство обладает свойством адаптации к контролируемому объекту. 4 ил.
1239530 термопреобразователь 1, усилитель 2, регистратор 3, дифференциатор 4, формирователь импульсов 5, схемы совпадения 6 и 7, счетчик импульсов 8,регистр 9, триггер 10,программируемый источник тока 11 (ПИТ), генератор им пульсов 12 и блок управления 13. Измерительный ток, значение которого задается ПИТ 11, протекает через тер мопреобразователь 1, расположенный на объекте контроля. Вследствие раз-.
Изобретение относится к области температурных измерений и может найти применение в системах контроля и регулирования температуры поверх-. ности твердых тел, пристенных слоев жидких и газообразных сред.
Цель изобретения — повышение точности измерения и быстродействия устройства путем установки оптимального режима работы термопреобраэователя. 1О
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства;на фиг. 2— временные диаграммы изменения тока через термопреобраэователь и выходного напряжения усилителя; на фиг.З 15 переходные характеристики для дифференциального термоэлектрического преобразователя, терморезистора и термопреобразователя в целом; на фиг. 4 — конструкция термопреоб- 20 разователя и график распределения температур в тепловой системе объект контроля — термопреобразователь — окружающая среда.
Устройство содержит термопреобразователь 1, усилитель 2 с регулируемым коэффициентом усиления, регистратор 3, дифференциатор 4, формирователь 5 импульсов, первую схему 6 сов- зо падения, вторую схему 7 совпадения, счетчик 8 импульсов, регистр 9, триггер 10, программируемый источник 11 тока, генератор 12 импульсов, и блок
1.3 управления.
Устройство работает следующим образом.
При включении питания начинается процесс настройки (адаптации устрой2 ства). Блок 13 управления в момент времени t, (фиг. 2) вырабатывает одиночные короткие импульсы, которые устанавливают на двоичных выходах счетчика 8 код, состоящий из одних нулей, а на выходе триггера 10 и,следовательно, на входе схемы 6 совпадения — логическую единицу. Первый. импульс генератора 12 проходит через схему 6 совпадения и устанавливает на выходе регистра 9 код, состоящий из одних единиц. Этому состоянию соответствует наибольший ток I Тн, протекающий через термопреобразователь 1, задаваемый программируемым источником 11 тока и соответствующий ему коэффициент усиления усилителя
2. Величина коэффициента усиления К и значение тока I через термопреобраэователь связаны соотношением
K =U (I.R,P 9„) где П „ напряжение на выходе усилителя 2,соответствующее максимальной контролируемой температур е e„; сопротивление термопреобразователя при 0 С; температурный коэффициент сопротивления термореэистора термопреобразователя.
Термопреобразователь 1 нагревается током I„ (a . 2a). В это время с инверсного выхода генератора 12 подается логический нуль на вход схемы
7 совпадения, которая закрыта и не пропускает импульсы с выхода формиро1239530 4 вателя 5. Затеи логический нуль появляется на прямом выходе генератора
12 а единица — на инверсном. При этом на выходе триггера 10 устанавливается логический нуль, а на входах регистра 9 — код, соответствующий коду на выходах счетчика 8. На первом такте он равен 00...0". При этом . через термопреобразователь протекает наименьший ток 1 = I, и он начинает 1О остывать. Выходной сигнал в виде на-, пряжения на выводах термопреобразователя: усиливается, затем дифференцируется,и когда первая производная, меняет свой знак с минуса на плюс, в момент времени .t, (фиг. 28), формирователь 5 формирует импульс, который через схему 7 совпадения поступает на счетчик 8. Схема 7 совпадения находит-. ся в открытом состоянии, так как на 2О ее вход с инверсного выхода генератора 12 подана логическая единцца.
Импульс со,схемы 7 совпадения подается также на вход установки единицы триггера 10, что разрешает прохожде- 25 ние импульса генератора 12 через схему 6 совпадения. Этот импульс снова устанавливает единицу на выходах регистра 9, и цикл с нагревом и охлаждением термопреобразователя повторяется с той разницей, что при охлаждении устанавливается значение измерительного тока I и величина коэффициента усиления. К усилителя 2 в соответствии с кодом на выходе регистра
9, соответствующим количеству импуль«35 сов »а счетчик 8. Как только напряжение на.выходе дифференциатора 4 не будет изменять своего знака во время охлаждения термопреоб40 раэователя, триггер 10 закроет схему
6 совпадения и на управляющих входах программируемого источника 11 тока и усилителя 2 установится постоянный код, соответствующий оптимальному току I = I,„, через термопреобразователь. На этом заканчивается процесс настройки и устройство переходит в рабочий режим, в котором обеспечивается повышение точности и быстродействия.
Действительно, измерительный ток I значение которого задается программируемым источником тока,. протекает через термопреобразователь, 5 расположенный на объекте контроля, имеющего температуру 9 . На терморезисторе при этом падает напряжение (фиг. 3, кривая И ), равное IR+L 1+.
+ P (e„-à9, — 0,5аВ )3, (фиг. 48), а вследствие разности температур (Ь9,) между спаями дифференциального термо. электрического преобразователя возникает термо-ЭДС (кривая I) равная
Я 40., где S — чувствительность термоэлектрического преобразователя.
Величина суммарного выходного сигнала (кривая III) зависит от теплового состояния термопреобразователя (оно определяется параметрамиО„
rt 9 и ьй,фиг.4Ь),его электрофйэических параметров (P, Яу, значения измерительного тока I и начального сопротивления терморезистора R .
Из изложенного выше следует, что методическая погрешность, условленная теплоотводом по корпусу термопреобразователя (69 ) и термическим сопротивлением (д9, ), может быть сведена к минимуму (нулю) при значении измерительного тока> равном
1 S t Rî Р (b9т 9э+ 0,5))
Падение напряжения на термопреобраэователе при выполнении этого усло. вия равно IR (1 +PH ), т.е. однозначно и линейно связано с температурой поверхности.
Таким образом, в зависимости от характера поверхности контролируемого объекта и условий эксплуатации устройства максимальное быстродействие и минимальная погрешность предлагаемого устройства обеспечивается при вполне определенном токе через термопреобразователь. Величина этого тока определяется автоматически, т.е. устройство обладает свойством apatrтации к контролируемому объекту.
Соответствие оптимального значения измерительного тока, при котором рассматриваемая методическая погрешность сводится к нулю, и момента времени, когда производная сигнала с термопреобраэователя не изменяет знак, подтверждается результатами моделирования переходных процессов предлагаемого термопреобразователя на ЭВМ и экспериментальном исследовании на макетном образце устройства.
Формула изобретения
Устройство для измерения температуры, содержащее термопреобразователь, 1239530 усилитель, последовательно соединенные дифференциатор и формирователь импульсов, счетчик, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, и регистратор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и быстродействия путем установки оптимального режима работы термопреоб- 10 разователя, в него введены две схемы совпадения, генератор импуль- сов, программируемый источник тока, регистр и триггер, входы "Установка . единицы" которого соответственно
35 соединены с вторым выходом блока управления и счетным входом счетчика, выход подключен к первому входу первой схемы совпадения, второй вход ко. торои соединен с прямым выходом гене- 2О ратора импульсов, инверсный выход которого подключен к входу "Установка нуля" триггера н первому входу второй схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом формирователя импульсов, а выход подключен к счетному Входу счетчика„ выходы которого подключены к входам регистра, установочный вход которого соединен с выходом первой схемы совпадения, а выходы подключены к управляющим входам программируемого источника тока и входам управления коэффициентом усиления усилителя, выход которого соединен с входами регистратора и днф. ференциатора, а вход подклюиен к термопреобразователю, соединенному с выходом источника тока, при этом термопреобразователь выполнен в виде дифференциального термоэлектрического преобразователя, общим электродом которого является термореэистор.
1239530 пизолятщю
У измерив схему
ФиаФ
Составитель В. Куликов
Техред И. Попов ич
Корректор О. Луговая
Редактор Н. Тупица Заказ 3386/40 Тираж 778
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5
Подписное
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Укгород, ул. Проектная, 4