Пристрій для виміру температури

Союз Советских Социалистических Республик (И) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)3аявлено 2 8 . 0 3 . 7 9 (21) 2 7 5 5 8 2 8 / 1 8 - 1 0 с присоединением заявки № (51 )М. Кл. G 01 К 7/00 t ІЬеударственньїіі комитет (23)Приоритет СССР яо деліи изобретений и открытий Опубликовано 2 8 . 0 2 . 8 1 . Бюллетень № 8 (53)УДК536.53 Дата опубликования описанияОЗ.03.81 (72) Автор изобретения (71) Заявитель (088.8) В, А. Райский Морской гидрофизический институт АН Украинской ССР ( 5 4 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ 1 Изобретение относится к температур-ным измерениям, а именно, к устройствам для измерения температурных профилей и предназначено для использования в системах контроля окружающей среды и технологических процессов. Известно устройство для измерения профиля температуры а жидких и газообразных средах, содержащее несколько точечных датчиков температуры, расположенных в узлах по траектории профиля [1]. 10 Однако это устройство не обеспечивает высокой точности измерения температуры,* им невозможно осуществлять пространственную фильтрацию существенно неоднородных температурных полей. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры, содержащее распределенный термопреобразователь и регистратор [ 2 ] . Это устройство обеспечивает высокую чувствительность и точность измерения средней -в объеме температуры. ш'Л Его недостатком является невозможность получения температурного профиля по траектории датчика, а также невозможность реализации с помощью датчика Другого пространственного фильтра, кроме фильтра скользящего среднего при переме-^ щении датчика в среде. Использование же в устройстве нескольких таких датчиков, последовательно" размешенных на траектории профиля, не обеспечивает высокой точности восстановления профиля температуры и выполнение фильтрации, а также усложняет Дистанционную аппаратуру. Цель изобретения - повышение точности измерения температурного профиля, а также расширение функциональных возможностей пространственной фильтрации температурного поля непосредственно термопр е обр аз ова те ле м. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены последовательно включен ше блок съема сигнала, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и бпок восстановления, выход которого со 606872 единен с регистром, причем гермопреоб- і раооБвтель выполнен в виде жгуга нз нескольких проводов с различным по длине провода погонным сопротивлением, одни ко'щьх которых соединены между собой и совместно с Другими концами подключены ко входам блока съема сигнала. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - график изменения погонного сопротивления проводов термопреобраэователя по функциям тригонометрического ряда Фурье; на фиг. 3 - то же, по функциям Уолum-Адамара; на фиг. 4 - г о же, по импульсным весовым функциям фильтров низших пространственных частот; на фиг. 5 - то же, по импульсным весовым функциям полосовых фильтров пространственных частот; на фиг. 6 - г о же, по импульсным весовым функциям фильгров НИЗКИХ пространственных частот в многоканальном устройстве. Устройство для измерения температуры содержит термопреобразователь 1, выполненный в виде жгута на и + 2 проводов (проводимых датчиков),одни концы которых соединены через провод 2, а другие концы непосредственно подключены к. блоку 3 сьема сигналов, выходы которого через коммутатор 4 подключены к ана— лого цифровому преобразователю 5, соединенному с блоком 6 восстановления и регистратор 7. Блок восстановления включает в себя источник 8 напряжения, стабилизаторы 9 , 1 0 , 1 1 и 12 тока, постоянные резисторы 1 3 , 1 4 , 1 5 и 16, развязывающие усилители 17, 18 и 1 9 . В качестве стабилизаторов гока могут использоваться постоянные резисторы с большим относительно проводных датчиков сопротивлением, или барретеры. В зависимости от конкретной реализации устройства источник 8 напряжения, а также развязывающие усилители 17, 18 и 19 могут быть постоянного или переменного тока. Каждый из проводных датчиков образует последовательную цепь с одним из резисторов и стабилизаторов тока» Все эти цепи параллельно через провод 2 подключены к выходу источника 8 напряжения так, что каждая из пар образует мостовую схему, выходы которых через развязывающие усилители подключены ко входу коммутатора. Такая схема соединения проводных датчиков позволяет по — лучать сигнал, пропорциональный разности сопротивлений проводных датчиков термопреобразователя. Проводные датчики гермопреобразователя изготовлены так, что погонное сопротивление (Ом/м) ^ -датчика (І -1,...гр при некоторой начальной температуре 0 0 не является постоянным по длине X , а промодулировано и изменяется по закону (V 10 г с - постоянная составляющая погонного сопротивления; Гт - максимальная амплитуда переменной составляющей погонного сопротивления; Ч^'ОО - і ~ а я функция, вид которой зависит от целей измерения. Модуляция погонного сопротивления может быть получена, например, за счет изменения площади его поперечного сече кия, изменения удельного сопротивления материала провода или запараллеливанием проводов с одинаковым сечонием. Погонное сопротивление Р 0 (х) первого проводного датчика постоянно по длине и равно: где 15 25 30 что эквивалентно его модуляции функцией Ч»0(Х )=*1. Погонное сопротивление последнего датчика постоянно по длине и равно: Г 35 н ч ( х ) = 1-С (9) При линейной зависимости сопротивления датчика от температуры и отклонении температуры в точке X от начальной на Q{ X )° для погонного сопротивления первого, 1 -го и последнего Датчиков справедливы выражения: 40 45 где 06 - температурный коэффициент датчика. Интегральные сопротивления датчиков соответственно равны: 50 55 (?) 606672 X - длина дат чика; Q - средняя температура. Для сопротивлений F^,Q проводных чиков справедливо выражение: 6 Для коэффициентов ctі разложения Q(X) в обобщенный ряд Фурье справедливы вы-1 ражения: где ,дат of to где і =1,..ц; Rm 3 2m x *o K1 -нормирующие множители зависящие от вида функции Выбор системы модулирующих функЧ>1(Х). ций С ^ 1 ^ М *• зависит от цели изПри измерении профиля температуры мерения. устройство работает следующим образом. Устройство может использоваться для ц Под воздействием температуры среды измерения температурного профиля вдоль Q ( X ) проводные датчики термопреобратраектории расположения чувствительного зователя 1 принимают сопротивление элемента в среде, а также для измерения Rifl в соответствии с зависимостями пространственно отфильтрованных значе( 5 ) , ( 7 ) , ( 1 1 ) . Блок 3 сьема сигнала ний температуры в одчой или нескольких 20 обеспечивает получение,- сигналов проточках среды. порциональных разности сопротивлений Если целью измерения является полу* проводных датчиков в соответствии с чение профиля температуры вдоль неподформулами ( 1 2 ) , аналого-цифровой превижного чувствительного элемента, то в образователь преобразует эти сигналы в качестве { *И*) } используется си25 цифровой код, блок 6 восстановления осустема ортонормированных иа отрезке ществляет вычисление температуры по tO f X] функций, образующих базис обобформуле ( 1 0 ) , значение которой фиксирущенного ряда Фурье. В этом случае в ется регистратором 7. выражении (8) Если иэвесгно, что функция Q(x) яв30 ляется периодичной и кусочно непрерывной на отрезке 10, X], то эффективное ( х) ортогональны на поскольку функции среднеквадратичное приближение может отрезке[О, X ] , a 'быть получено при использовании системы тригонометрических функций ряда Фурье. В этом случае используется ( 2 п + 2) датчиков, погонные сопротивления которых прсмодулированы по функциям (фиг.2) где К і - нормирующий множитель? - коэффициент обобщенного ряС1« да Фурье, аппроксимирующего температурный профиль 40 выражением Q(0*£ СП*і00 ' W lib) 45 к; Поскольку коэффициенты ti\ , определенные пр выражению S O обеспечивают наилучшее по среднекіад— ративной погрешности приближение в выражении ( 9 ), значение сопротивления может быть представлено в виде: В этом случае вычисление температуры профиля температуры осуществляется по 59 формуле 2. іч 7 S03872 получаемой на--(9), где коэффициенты Qj, $1 определится по формулам ( 1 2 ) t e при К о = 2 , Ki = 1/2 (і =1ІГ.И>, Riq l?f R*. 8 Член г ж т n;(x-*p)dx+r m ,~ const f (гак как он не зависит от измеряемой температуры, а определяется только весовой функцией h i ( * ) заданного фильт$ ра, т.е. конструктивными параметрами. Отфильтрованное значение температуры будет равно Наиболее просто реализуются распределенные датчики с модуляцией погонного сопротивления по системам функций Уолша. В этом случае модуляц-ия сопротивления может осуществляться простым запараллеливанием идентичных проводов. Из различных систем функций Уолша наибоЮ Из результатов измерения сопротивлений лее удобны те, в которых начальные ^•iq і ^іи+-і)