Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерения путем снижения погрешности измерения, вызванной отличием условий теплообмена термопреобразователя с образцовой поверхностью при настройке устройства от условий теплообмена этого термопреобразователя с поверхностью объекта контроля в процессе эксплуатации. Устройство содержит три управляемых генератора тока, нагреватель, программно-логический блок, коммутатор, два фильтра, два аналого-цифровых преобразователя и блок управления. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц4 G 01 К7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) !268968 (21) 4188562/24-10 (22) 30.01.87 (46) 23.10.88. Бюл. № 39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (72) В. T. Стадник, С. О. Терентьев, С. К. Никифоров, E. И. Фандеев и A. Е. Николаев (53) 536.53 (088.8) (56) !. Авторское свидетельство СССР № 1268968, кл. G 01 К 7/00, 1984.

„„SU„„1432345 .А 2 (54) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить точность измерения путем снижения погрешности измерения, вызванной отличием условий теплообмена термопреобразователя с образцовой поверхностью при настройке устройства от условий теплообмена этого термопреобразователя с поверхностью объекта контроля в процессе эксплуатации. Устройство содержит три управляемых генератора тока, нагреватель, программно-логический блок, коммутатор, два фильтра, два аналого-цифровых преобразователя и блок управления. 2 ил.

1432345 которого через усилитель переменного напряжения подключен к эмиттеру транзистора, последовательно соединенные фильтр, аналого-цифровой преобразователь, цифровой индикатор, второй транзистор, закрепленный над первым транзистором, второй управляемый генератор тока, усилитель постояшгого тока и сумматор, выход которого нодключеH к входу фильтра, а входы соответственно соединены с выходом синхронного детектора и выходом усилителя постоянного тока, вход которого подключен к эмиттерам транзисторов и первому выходу второго управляемого генератора тока, управляющий вход которого соединен с вторым выходом тактового генератора, а второй выход подключен к коллектору второго транзистора, база которого соединена с общей шиной устройства (1).

Цель изобретения — повышение точности измерения путем снижения погрешности измерения, вызванной отличием условий теплообмена термопреобразователя с образцовой поверхностью при настройке устройства от условий теплообмена этого термопреобразователя с поверхностью объекта контроля в процессе эксплуатации.

На фп г. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — блок управления.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы, которые являются термочувствительными элементами, нагреватель 3, расположенный над вторым транзистором 2. первый 4 и второй 5 генераторы тока, тактовый генератор 6, усилитель 7 постоянного тока, усилитель 8 переменного напряжения (тока) синхронный детектор 9, сумматор 10, первый фильтр 11, первый аналого-цифровой преобразователь 12, индикатор 13, коммутатор 14, второй фильтр 15, второй аналогоцифровой преобразователь 16, программнологический блок 17, блок 18 управления и третий управляемый генератор 19 тока.

Программно-логический блок 17 содержит микро-ЭВМ, включающую центральный

Изобретение относится к термометрии, может найти применение в системах контроля и регулирования температуры поверхности твердых тел, а также пристенных слоев жидких и газообразных сред. 5

По основному авт. св. № 1268968 известНо устройство для измереняя температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента закрепленный на тепловоспринимающей пластине первый транзистор, база которого подключена к общей шине устроиства, а коллектор и эмиттер подключены к выходу первого управляемого генератора тока, управляющий вход которого соединен с первым выходом тактового генератора, второй выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, вход процессор, оперативную память и постоянную память для хранения программы, связанные через информационную магистраль типа Π— шина (не показаны).

Блок управления может быть выполнен, например, по схеме, приведенной на фиг. 2.

Он включает в себя селектор 20 адреса, к которому подключены регистр 21 состояния и регистр 22 данных второго аналого-цифрового преобразователя, регистр 23 данных коммутатора, регистр 24 данных усилителя переменного напряжения и регистр 25 данных управляемого генератора 19 тока, причем все эти узлы соединены с информационной магистралью программно-логического блока 17.

Устройство работает следующим образом.

При соприкосновении тепловоспринимаю- щей поверхности термопреобразователя -с поверхностью объекта контроля, температура которой Т., сигналы на выходах усилителей постоянного тока 7 (U, ) и переменного напряжения 8 Т (U,) становятся пропорциональны средней температуре транзисторов 1 и 2 и разности их температур (дТ ) U„= К,S (Тп — ьТ, — Ю г — О, 5дТз ); (1 )

U = К,ЬдТ,, (3) где дТ, — искажение температурного поля в месте контакта термопреобразователя с поверхностью объекта контроля;

hT, — перепад температуры на тепловом сопротивлении между поверхностью объекта контроля и транзистором 1;

Д вЂ” чувствительность к температуре прямого напряжения на переходах база †эмитт транзисторов 1 и 2;

КиК; коэффициенты усиления сигналов по трактам усилителей постоянного тока 7 и переменного напряжения 8 соответственно.

Выходной сигнал после сумматора IO npu этом равен U,„=U„+U,.

Коэффициент К„устанавливается один раз при настройке устройства следующим образом.

Термопреобразователь устройства помещается в термостат с температурой теплоносителя Т„(при этом выполняется условие, что весь объем термопреобразователя прогрет одинаково, тогда дТ, =hT, =ЬТ, =О) и изменением коэффициента усиления (корректировки К,) усилителя 7 постоянного тока добиваются равенства выходного напряжения ()„„усилителя 7 постоянного тока сигналу U, пропорциональному температуре теплоносителя Т„.

Коэффициент К, определяется в следующей последовательности.

1432345

20 (7) 25

Фор,чу.га изобретения

При включении устройства программнологический блок 17 через блок 18 управления отключает управляемый генератор 19 тока, устанавливает максимальный коэффициент усиления усилителя 8 переменного напряжения К, и переключает коммутатор

14 в состояние, при котором на вход йторого аналого-цифрового преобразователя 16 проходит сигнал с выхода усилителя 7 постоянного тока. Затем программно-логический блок 17 через блок 18 управления производит пуск второго аналого-цифрового преобразователя 16 и по окончании преобразоания считывает и запоминает информацию а его выхода, пропорциональную сигналу L „.

После этого программно-логический блок 17 переключает коммутатор 14 в состояние, при котором на вход второго аналого-цифро вого преобразователя 16 проходит сигнал с выхода синхронного детектора 9 и происходит преобразование, считывание и запоминание информации, пропорциональной сигналу U,. Затем программно-логический блок

17 через блок 18 управления и третий управляемый генератор 19 тока задает ток через нагреватель 3.

После окончания переходных процессов аналогично описанному происходят преобразование, считывание и запоминание информации, пропорциональной сигналу U,", поступающему с выхода усилителя 8 переменного напряжения. Значение U зависит от величины теплового потока по корпусу термопреобразователя от перегретой относительно окружаюшей среды (воздуха) поверхности объекта контроля и мощности, выделяемой нагревателем 3. При мощности нагревателя 3, превышаюшей мошность теплового потока, по корпусу термопреобразователя от поверхности объекта контроля указанный тепловой поток направляется от нагревателя 3 к поверхности объекта тепловой поток направляется от нагревателя 3 к поверхности объекта контроля, т.е. U имеет х противоположный знак по отношению к U,.

В программно-логическом блоке 17 происходит сравнение по модулю сигналов 14 и

U",. По результату этого сравнения программно-логический блок 17 через блок 18 управления и третий управляемый генератор 19 тока изменяет ток через нагреватель 3 так, что уменьшает величину (U ) — (U",). Эти действия продолжаются до тех пор, пока не выполняется условие (U ) — (Ь ) — E где

Š— величина, определяемая требуемой точностью измерения. Для более быстрого выполнения указанного условия целесообразно для расчета тока через нагреватель 3 использовать, например, метод половинного деления.

При выполнении условия (U, ) — (U,") E напряжения на выходах усилителя 7 постоянного тока и усилителя 8 переменного напряжения соответственно равны

L;" = К, Я (Т„+ л Т," + Т + 0,5 ьТ, ), (3)

U", =КЬ ьТ» (4)

Так как тепловые потоки по корпх сх термопреобразователя от поверхности объекта контроля к отключенному нагревателю 3 и от включенного нагревателя 3 к объекту контроля равны (выполняется условие (U ) = (L1+), то и выполняются условия ь T„"-T1. ЬТ ьт

На основании описанного получают

Ь Вгх= 17» =0,5К,ST„= 0,5(U, +U,) ==4,+К„ЬдТ, (5) где К, — оптимальное значение коэффициента усиления усилителя 8 переменного напряжения, при котором выходной сигнал

11вых устройства пропорционален температуре поверхности объекта контроля Т, т.е. равен U .

Из выражения (5) следует, что

К„= (U,— U,) (2S дТ,), (6) а так как

U,= Ê,S äT,, то

К„= 0,5К,(U» — U,) Ь

Для расчета оптимального значения коэффициента усиления К„> программно-логический блок 17 через блок 18 управления, не изменяя тока через нагреватель 3, переклгочает коммутатор 14 в состояние. при котором на вход второго аналого-цифрового преобразователя 16 проходит сигнал с выхода vc!!лителя 7 постоянного тока и происходит преобразование, считывание и запоминание информации пропорциональной сигналу U< .

По запомненным значениям К„(<, L L программно-логический блок 17 рассчитывает значение коэффициента и через блок 18 управления устанавливает коэффициент усиления усилителя 8 переменного напряжения равным этому значению. Таким образом устраняется погрешность, обусловленная искажением температурного поля объекта конгрол я.

Устройство для измерения тем псратуры по авт. св. № 1268968, от.гичающееся тем. что, с целью повышения точности измедения температуры, в него введены третий управляемый генератор тока, нагреватель, программно-логический блок и последовательно включенные коммутатор. второй фильтр, второй аналого-цифровой преооразователь и блок управления, соединенный с программно-логическим блоком и правляющим входами коммутатора. второго аналого-цифрового преобразователя, усилителя переменного напряжения и третьего управляемого генератора тока, к выходу которого

1432345

Составитель В. Куликов

Редактор И. Дербак Тсхрсд И. Верес Корректор М. Васильева

Вака 5414Я3 Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 подключен нагреватель, расположенный над вторым транзистором термопреобразователя, при этой первый вход коммутатора соединен с выходом усилителя постоянного тока, а второй вход подключен к выходу синхронного детектора.