Устройство для измерения температуры

Устройство для измерения температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к приборостроению , а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей, и может быть использовано при точных измерениях температуры. Изобретение может найти применение при измерениях температуры теплоносителя в реакторах АЭС, а также при измерениях теплотехнических величин, первичные измерительные преобразователи которых имеют нелинейную зависимость. С целью повышения точности измерения в устройство введены преобразователь напряжения во временной интервал, (п-2) двоичных умножителя и преобразователь кода в частоту, причем частотные входы (п-2) двоичных умножителей и преобразователя кода в частоту подключены к выходу ключа, выход каждого следующего по.порядку двоичного умножителя подключен ко входу счетчика импульсов предыдущего двоичного умножителя , а выход преобразователя кода в частоту подключен к выходу счетчика импульсов последнего по порядку (п-1)-го двоичного умножителя. Это позволило повысить точность измерения температуры в силу того, что в отличие от прототипа, в котором алгоритм линеаризации позволяет реализовывать функциональные зависимости только квадратичного вида, в предлагаемом устройстве могут реализовываться функциональные зависимости, аппроксимируемые полиномом n-ой степени. 1 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и ч и (2 1) 4882695/10 (22) 15.11.90 (46) 15,04.93. Бюл, М 14 (71) Научно-производственное объединение

"Энергия" (72) Л.В.Кренский (56) Авторское свидетельство СССР

М 1536218, кл. G 01 К7/00; 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей, и может быть использовано и ри точн ых измерениях температуры.

Изобретение может найти применение при измерениях температуры теплоносителя в реакторах АЭС, а также при измерениях теплотехнических величин, первичные измерительные преобразователи которых имеют нелинейную зависимость. С целью

Изобретение относится к области температурных измерений, а именно, к устройствам для измерения температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей и может быть использовано при точных измерениях температуры, Цель изобретения — повышение точности измерения за счет реализации аппроксимирующего полинома п-й степени.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства.

Устройство для измерения температуры содержит первичный измерительный преобразователь 1, преобразующий температуру в напряжение, преобразователь 2

5U, 1809330 А1 повышения точности измерения в устройство введены преобразователь напряжения во временной интервал, (n — 2) двоичных умножителя и преобразователь кода в частоту, причем частотные входы (n-2) двоичных умножителей и преобразователя кода в частоту подключены к выходу ключа, выход каждого следующего по порядку двоичного умножителя подключен ко входу счетчика импульсов и редыдущего двоичного умножителя, а выход преобразователя кода в частоту подключен к выходу счетчика импульсов последнего по порядку (n — 1)-го двоичного умножителя. Это позволило повысить точность измерения температуры в силу того, что в отличие от прототипа, в котором алгоритм линеаризации позволяет реализовывать функциональные зависимости только квадратичного вида, в предлагаемом устройстве могут реализовываться функциональные зависимости, аппроксимируемые полиномом и-ой степени, 1 ил.

I ° екй напряжения во временной интервал, управ- (©. ляющий и информационный входы и выходы которого соединены соответственно с шиной запуска 3 устройства, выходом первичного измерительного преобразоватеЛя 1 и управляющим входом ключа 4, информационный вход которого подключен к выходу С генератора 5 импульсов, двоичные умножители б|...бл-1, кеждыи ие которых еклктчеет в себя последовательно соединенные счет- д чик 71...7n-i импульсов и преобразователь

8>...8 -1 кода в частоту, частотный вход и выход которого являются соответственно частотным входом и выходом двоичного умножителя 61...6п-1, счетчик 9 результата измерения и преобразователь 10 кода в

1809330 (2) Т=kU

f1 й1 о

2 Р1 (3) bn U", (4) N1= B1+ 2 причем

12= N2

2 Рг (5) Имея ввиду, что

Nz=В2 +тз (7) часготу, причем частотные входы двоичных умножителей 61...6>-1 и преобразователя 10 кода в частоту подключены к выходу ключа

4, выход первого по порядку двоичного умножителя 61 подключен ко входу счетчика 9 результата измерения, выход каждого следующего по порядку двоичного умножителя

6 +1 подключен ко входу счетчика 7 импульсов предыдущего двоичного умножителя 6j, а выход преобразователя 10 кода в частоту

ПОДКЛЮЧЕН КО ВХОду СЧЕтЧИКЭ 7л-1 ИМПУЛЬСОВ последнего по порядку двоичного умножителя 6,-1, где 1 < j < (n — 1).

Функцию преобразования первичного измерительного преобразователя 1, аппроксимируемую полиномом п-ой степени, можно представить в виде

О=ЬО Ь10 + Ь2U „. Ьп — 1U" где 0- измеряемая температура;

U — выходное напряжение первичного измерительного преобразователя 1;

bo...bп — постоянные коэффициенты, причем знаки полярности перед коэффициентами Ь1...bn могут принимать различные сочетания эа исключением тех, при которых в диапазоне изменения выходного напряжения U происходит изменение знака полярности хотя бы одной из л производных функции преобразования (1), т.е, рассматривается только такая функция преобразования, которая монотонна и не имеет точек перегиба.

Цикл измерения температуры Вначинается с поступления на шину запуска 3 устройства импульса, запускающего по управляющему входу преобразователь 2 напряжения во временной интервал (ПНВИ) и производящего запись кодовых уставок

Во и B1...В„-1 в счетчик 9 результата измерения и в счетчики 71...7л-1 импульсов соответственно (цепи записи счетчиков на чертеже не показаны), Для обеспечения более четкой работы устройства запись кодовых уставок Bo...B>-1 должна производиться передним фронтом запускающего импульса, а запуск.ПНВИ 2 — задним, либо запись указанных кодов должна производиться заранее перед запускающим импульсом, как

ОПЕрацИИ ПО уСтаНОВКЕ СЧЕТЧИКОВ 71...7л-1 И

9 в исходное состояние. На выходы ПНВИ 2 формируется импульс напряжения, длительность Т которого пропорциональна выходному напряжению U первичного измерительного преобразователя 1, поступающему на информационный вход

ПНВИ 2

5 где М вЂ” коэффициент преобразования

ПНВИ 2.

Выходной импульс с ПНВИ 2, поступая на управляющий вход ключа 4, открывает

"0 последний, в результате чего импульсы с генератора 5 импульсов, приходящие на информационный вход ключа 4, поступают на частотные входы преобразователей

81 ° „Bï — 1 и 10 кода в частоту (ПКЧ).

15 Выходная частота f1 первого двоичного умножителя 61, равная выходной частоте

ПКЧ 81, определяется выражением где fo — частота генератора 5 импульсов;

P1 — число разрядов ПКЧ 81, равное числу разрядов счетчика 71 импульсов;

К1 — выходной код счетчика 71 импульсов.

В каждый момент временит в интервале длительности Т выходной код N1 счетчика 71 импульсов, поступающий на кодовые шины

30 ПКЧ 81, будет равен где B1 — кодовая уставка счетчика 71. импуль40

f2 — выходная частота второго двоичного умножителя 62, равная выходной частоте

ПКЧ 82;

Pz — число разрядов ПКЧ 82, равное числу разрядов счетчика 7z импульсов;

Nz — выходной код счетчика 7z импульсов, Знаки полярности "+" либо "-" в,выражении (4) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик

71 импульсов — в суммирующем либо в вычитэющем соответственно.

Подставляя выражение (4) в (3), получа55 о В1 fo 12 (6)

2R1 2 Вг

1809330 (12) о B2 fo з, 2 Р2 2 Р2 (8) fo В) то fi+1

2Pi 2Pi (9) 2Pn — 1 2Рп — 1

* (15) N0=Во причем

to Bn

2 Рп (к !0} Bn — 1

55 то В! тО В2

2 Р1 2 Р! + Р2 где 82 — Yэдовая уставка счетчика 72 импульсов:

fg - выходная частота третьего двоичноr0 умножителя 6з, равная выходной частоте

ПКЧ 8з, и подставляя выражение (7) в (5). получаем

Знаки полярности "+" либо "-" в выражении (8) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 72 импульсов — e суммирующем либо в вычитающем соответственно.

По аналогии с выражением (6) и (8) выходная частота fi J-ro двоичного умножителя

6!, равная выходной частоте ПКЧ 8, определяется выражением

Знаки полярности "+" либо "-" в выражении (9) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 7! импульсов — в суммирующем либо в вычитающем соответственно, Выходная частота f>-1 последнего по порядку (и — 1)-го двоичного умножителя

6п-1, РавнаЯ выходной частоте ПКЧ 8л-1, определяется выражением где Вп-1 — кодовая установка счетчика 7п-1 импульсов;

P„! — число разрядов ПКЧ 8л-1, равное числу разрядов счетчика 7п-1 импульсов;

fï — выходная частота ПКЧ 10;

Рп — число разрядов ПКЧ 10;

Вл — кодовая установка ПКЧ 10.

Знаки полярности "+" либо "—" в выражении (10) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчика

7л-1 импУльсов — в сУммиРУющем либо в вычитающем соответственно.

Подставляя в (6) выражение(8) и используя при этом формулы (9)„.(11), получаем

Ю 1 В 1 2

- t

2 Р1+ Р2+... + P„— !

Щ В" ч 1

2 Р1+Р2+ ° .. +Pn

С частотного выхода первого двоичного умножителя 61 за время длительности Т на

10 вход счетчика 9 результата измерения поступит число импульсов N, равное т

N= ff1 dt (13)

Подставляя формулу (12) в (13) и производя интегрирование, получаем

2p fo В! т f|I В .т

1 2Р1 2 2Р1+Р2

Ц -1. В„ (и — 1) 2 P1+P2+... +Є—

X л — 1 6 Bé Tп и 2 Р1+ Рг +... + Рп (14)

К моменту окончания длительности Т, соответствующему концу цикла измерения температуры О, выходной код Ng счетчика 9 результата измерения будет соответство35 BBTb числу импульсов равному

Знаки полярности "+" либо "—" в выражении

40 (15) употребляются в зависимости от режима, в котором должен работать счетчик 9 результата измерения — в суммирующем либо в вычитающем соответственно.

Учитывая выражения (2) и (14), формулу

45 (15) запишем в виде

Ng- Во чk f0 В! U (2 20 В2 О2

1 2 Р! 2 2 Р1 Ф Р2 (и — 1 ) 2 P1+ Р2+.;. + P„— !

Х0 1+ 0" и 2 P1+ P2+.. + Рп (16)

Сопоставляя формулы (1) и (16), можно отметить, что при соблюдении равенств

1809330 (17) Ng=a0 (20) 55 ножителя.

Во цо =

Q ь|а J 2 P1 + Р2 +... + Р) (fo )" В а и 2 Pl +P2+... +Р, будет выполняться соотношение, выражающее прямо пропорциональную зависимость выходного кода N g счетчика 9 результата измерения от температуры О где a — коэффициент масштабирования, Для удобства отсчета результата измерения счетчик 9 результата измерения может быть выполнен двоично-десятичным, а коэффициент а выбран кратным десяти.

Соблюдение равенств (17)...(19) при заданных а, К fo, n,, Р1...Pn обеспечивается путем выбора величин кодовых устэвок

Во.„вп.

Упоминаемые ранее режимы работы счетчиков 7>...7п-1 и 9 на сложение либо на вычитание устанавливаются заранее, исходя из знаков полярности nðoèàâîäíûõ функций преобразования(1), а, именно: если знак полярности первой производной положителен, т.е. если функция преобразования (1) монотонно возрастающая, то счетчик 9 результата измерения необходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицателен, то в режим вычитания; если полярность произведения знаков полярности производных, начиная с первой и кончая (j+1)-ой положительна, то счетчик 71 импульсов необходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицательна, то в режим вычитания.

Учитывая, что в устройстве рассматривается функция преобразования (1), у которой полярность всех ее п производных неизменна во всем диапазоне изменения выходного напряжения U, в том числе и при

U = О, учет знаков полярности вышеуказанных производных при выборе режимов работы счетчиков 71...7>-1 и 9 можно заменить на более простой учет знаков полярности перед коэффициентами b>...b функции преобразования (1), а, именно: если перед коэффициентом ь1 знак "+", то счетчик 9 результата измерения необходимо устанавливат в режим сложения, а если знак "-", то в режим вычитания; если полярность произведения знаков полярности перед коэффициентами функ5

50 ции преобразования (1), начиная с bi и кончая bJ+1, положительна, то счетчик 7 импульсов необходимо устанавливать в режим сложения, а если отрицательна, то в режим вычитания.

Таким образом, благодаря новым связям, элементам и возможности установки различного сочетания режимов работы счетчиков 71...7п-1 и 9, обеспечивается с учетом масштабирования аппэратурная реализация измерения температуры, первичным измерительным преобразователе которой может служить преобразователь, имеющий функцию преобразования, аппроксимируемую полиномом и-й степени, причем знаки полярности перед коэффициентами полинома могут принимать различные сочетания за исключением тех, при которых в диапазоне изменения выходного напряжения U вышеуказанного преобразователя происходит изменение знака полярности хотя бы одной из и производных функции преобразования (1), что позволяет более точно измерять температуру, Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее первичный измерительный преобразователь, двоичный умножитель, включающий в себя последовательно соединенные счетчик импульсов и преобразователь кода s частоту, выходом подключенный к входу счетчика результата измерения, и генератор импульсов, выходом подключенный к информационному входу ключа, выход которого подключен к частотному входу двоичного умножителя, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены преобразователь напряжения во временной интервал, шина запуска, n — 2 двоичных умножителя и преобразователя кода в частоту, причем управляющий и информационный входы и выход преобразователя напряжения во временной интервал соединены соответственно с шиной запуска, выходом первичного измерительного преобразователя и управляющим входом ключа, каждый из (и — 2)-х двоичных умножителя вы пол не н в виде последовательно соединенных счетчика импульсов и преобразователя кода в частоту, частотные входы (и-2) двоичных умножителей и преобразователя кода в частоту подключены к выходу ключа, выход каждого следующего bio порядку двоичного умножителя подключен к входу счетчика импульсов предыдущего двоичного умноижтеля, а выход преобразователя кода в частоту подключен к входу счетчика импульсов последнего по порядку (n-1)-го двоичного ум1809330

Составитель Л,Кренский

Техред М.Моргентал Корректор,Н.Ренская

Редактор В.Тычына

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1281 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5