Патент на изобретение №2184943

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

(57) Реферат:

Способ измерения температуры относится к измерительной технике и может быть использован при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике. Целью изобретения является снижение инерционности измерений температуры при регистрации выходных характеристик сигналов в виде временных интервалов. Для этого в способе измерения температуры путем помещения терморезистора в контролируемую среду, подачи импульса напряжения на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, и регистрации интервала времени, на вход электрической цепи подают прямоугольный импульс напряжения, не вызывающий разогрева терморезистора, прерывают действие импульса при изменении выходного сигнала электрической цепи в течение фиксированного интервала времени от фиксированного уровня выходного сигнала, возобновляют подачу импульса в течение фиксированного интервала времени при достижении значения выходного сигнала фиксированного уровня и регистрируют интервал времени между моментами снятия и подачи входного импульса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении быстроменяющихся температур с централизованной обработкой информации на микропроцессорной технике.

Известен способ измерения температуры путем помещения спая двух электродов из разнородных металлов в контролируемую среду и измерения разности потенциалов между электродами [1] . Недостатком данного способа измерений является недостаточная чувствительность устройств, реализующих данный способ измерения температуры.

Известен способ измерения температуры путем помещения в контролируемую среду терморезистора и измерения его электрического сопротивления [2]. Недостатком данного способа измерения является отсутствие выходного сигнала в форме интервалов времени, удобной для обработки информации на микропроцессорной технике.

В качестве прототипа выбран способ измерений температуры путем помещения терморезистора в контролируемую среду, подачи на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, импульса напряжения и регистрации интервала времени сдвига в появлении одинаковых характеристик входных и выходных сигналов электрической цепи [3].

Недостатком данного технического решения является то обстоятельство, что при наличии временного интервала отсчета время между соседними измерениями не может быть меньше времени переходного процесса в электрической цели, что обуславливает большую инерционность при измерениях. Действительно, при регистрации временного интервала задержки выходного сигнала по отношению к входному сигнала, поступающему на вход электрической цепи, обязательным условием является изменение сигналов с нулевого уровня. Следовательно, после проведения измерения температуры (измерение временного интервала) необходимо ждать время установления нулевого сигнала, которое не может быть меньше времени переходного процесса в измерительной системе, обуславливая инерционность при измерениях и, как следствие, значительные динамические погрешности, т.к. интервал времени между соседними моментами измерения температуры не может быть меньше времени переходного процесса в измерительной системе.

Целью изобретения является снижение инерционности измерений температуры при регистрации выходных характеристик сигналов в виде временных интервалов, а также повышение точности и быстродействия измерения температуры.

Данная цель достигается за счет того, что в способе измерения температуры путем помещения терморезистора в контролируемую среду, подачи импульса напряжения на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, и регистрации интервала времени, на вход электрической цепи подают прямоугольный импульс напряжения, прерывают действие импульса при изменении выходного сигнала электрической цепи в течение фиксированного интервала времени от фиксированного уровня выходного сигнала, возобновляют подачу входного импульса в течение фиксированного интервала времени при достижении значения выходного сигнала фиксированного уровня и регистрируют интервал времени между моментами снятия и подачи входного импульса.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства, реализующего предложенный способ измерения температуры, на фиг. 2 – диаграммы изменений входных и выходных сигналов электрической цепи.

Терморезистор 1 составляет с конденсатором 2 емкостью С электрическую цепь, вход которой соединен с ключом 3, а цепь управления ключа 3 соединена с выходом электрической цепи, U₁ – входной сигнал, U₂ – выходной сигнал.

Работа устройства, реализующего предложенный способ измерения температуры, осуществляется следующим образом.

При скачкообразном изменении входного сигнала U₁, например напряжения от нуля до значения U₀ (см. фиг.2), выходной сигнал U₂ изменяется с запаздыванием по отношению к входному сигналу, зависящему от постоянной времени цепи
= 1/R_TC, (1)
а следовательно, как видно из соотношения (1), и от величины электрического сопротивления R_т терморезистора 1. Постоянная времени определяет скорость изменения выходного сигнала электрической цепи при скачкообразном изменении входного сигнала U₁ (время изменения выходного сигнала до своего установившегося значения). При этом влияние значения постоянной времени на скорость изменения выходного сигнала U₂ (на крутизну кривой переходного процесса) равноценно как на участках нарастания выходного сигнала, так и на участках его уменьшения (спада) при снятии входного сигнала U₁. Нарастание выходного сигнала U₁ при импульсном действии входного сигнала электрической цепи с амплитудой U₀ продолжается до тех пор, пока после достижения фиксированного значения U₂ не истечет интервал времени t₁. При истечении интервала времени t₁ (см фиг.2) с входа электрической цепи импульсное воздействие снимается размыканием ключа 3 при воздействии на его цепь управления выходного сигнала. Выходной сигнал U₂ начинает уменьшаться. При достижении выходным сигналом значения U’₂ ключ 3 снова замыкается, подавая импульсное воздействие на вход электрической цепи.

На выходе электрической цепи снова начинает нарастать выходной сигнал, начиная с уровня U’₂, в течение фиксированного интервала времени t₁, после чего снова размыкаются контакты ключа 3, снимается импульсное входное воздействие, и выходной сигнал уменьшается до уровня U’₂, после чего цикл подачи импульсного воздействия на вход электрической цепи повторяется.

Значению контролируемой температуры Т соответствует значение электрического сопротивления R_т терморезистора 1, помещаемого в контролируемую среду. Значение постоянной времени , функционально связанное с R_т, определяет крутизну кривой изменения выходного сигнала электрической цепи на участках нарастания и спада при наличии и отсутствии импульсного входного воздействия. Является очевидным, что временные интервалы t’₂ и t”₂, а при условии t₁ – const, и длительность t₀ импульса выходного сигнала функционально связаны со значением постоянной времени , а следовательно, и со значением контролируемой температуры Т, т.е.

t₂‘=F₁(T), t”₂=F₂(T), t₀=F₃(T). (2)
Выделение информации о температуре Т контролируемой среды по значению временных интервалов t₂ и t₀ обеспечивает эффективную обработку информации с помощью микропроцессорной техники, т. к. существенно снижается сложность аналого-цифровых устройств ввода информации в ЭВМ.

Одновременно следует иметь в виду, что при регистрации временных интервалов t₂ и t₀ не следует ждать окончания переходных процессов в измерительной системе, т.к. импульс на выходе электрической цепи формируется из ограниченных участков кривой переходного процесса и его длительность всегда может быть обеспечена существенно меньше результирующей длительности переходного процесса в измерительной системе путем выбора режима коммутации (длительность t₁ – const, уровень U’₂) выходного сигнала.

Таким образом, формирование выходного измерительного импульса из ограниченных участков кривой переходного процесса в измерительной системе с регистрацией временных интервалов изменения составляющих выходного измерительного импульса позволило снизить инерционность измерений (уменьшить время между соседними измерениями температуры) при выделении информации о контролируемой температуре по значениям временных интервалов. Это позволяет эффективно измерять более быстро протекающие температурные изменения в контролируемых потоках (средах) и обрабатывать весь поток информации на ЭВМ, повысить точность, быстродействие, а также расширить область применения информационных измерительных систем.

Техническая реализация способа требует применения известных технических средств и технологий реализации отдельных операций.

Ориентировочные сроки внедрения способа измерения температуры в производство 2-3 месяца.

Имеются аналитические и экспериментальные результаты, позволяющие обоснованно выбирать параметры и режимы работы технических устройств, реализующих предложенный способ.

Источники информации
1. Топерверх Н.И., Шерман М.Я. Теплотехнические измерительные и регулирующие приборы, М., Металлургия, 1966, с.32.

2. Топерверх И.И., Шерман М.Я. Теплотехнические измерительные и регулирующие приборы. М., Металлургия, 1966, с.21.

3. Авторское свидетельство 777:85, СССР, МКИ G 01 Р 5/12,1980 – прототип.

Формула изобретения

1. Способ измерения температуры путем подачи импульса напряжения на вход электрической цепи, содержащей терморезистор, и регистрации интервала времени, отличающийся тем, что на вход электрической цепи подают прямоугольный импульс напряжения, прерывают действие импульса при изменении выходного сигнала электрической цепи в течение фиксированного интервала времени от фиксированного уровня выходного сигнала, возобновляют подачу входного импульса в течение фиксированного интервала времени при достижении значения выходного сигнала фиксированного уровня и регистрируют интервал времени между моментами снятия и подачи входного импульса.

2. Способ измерения температуры по п. 1, отличающийся тем, что регистрируют интервал времени между моментами подачи входных импульсов.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 06.03.2003

Извещение опубликовано: 20.12.2004 БИ: 35/2004