Przedmiotem wynalazku jest uklad do pomiaru róznicy temperatur.Uklady pomiarowe do pomiaru róznicy temperatur sa zlozone ogólnie z czujników torów pomiarowych i srodków pomiarowych. W ukladach do pomiaru temperatury i róznic temperatur stosuje sie czesto w charakterze czujników termometry oporowe i termoelementy.Srodki pomia¬ rowe oparte sa na elementach techniki analogowej, wzglednie cyfrowej. Duzy wplyw na doklad¬ nosc i niezawodnosc ukladów pomiarowych przy pomiarze temperatur i róznic temperatur maja czujniki. Porównanie termometrów oporowych i termoelementów pod katem dokladnosci i nieza¬ wodnosci pomiaru wykazuje, ze charakteryzuja sie one w stosunku do siebie okreslonymi zaletami i wadami.Do zalet termometrów oporowych nalezy zwlaszcza ich duza dokladnosc, do wad - mala niezawodnosc /zwlaszcza przy wystepowaniu drgan mechanicznych/, brak moznosci dokonywa¬ nia pomiarów punktowych, duza stala czasowa i koniecznosc zasilania.Do zalet termoelementów nalezy prostota, male wymiary, mala stala czasowa, brak potrzeby zasilania, duza niezawodnosc, do wad - stosunkowo niska dokladnosc.Dokladnosc pomiaru temperatury przy pomocy termometrów oporowych i przy pomocy termoelementów w warunkach przemyslowych, jesli pominac dalsze bledy w torze przesylowym i przyrzadach pomiarowych, moze osiagnac w przypadku termometrów oporowych wartosc w przyblizeniu setnej czesci stopnia Celsjusza, a w przypadku termoelementów z metali nieszlachet¬ nych - okolo jednego stopnia Celsjusza. Stosunkowo mala dokladnosc pomiaru przy pomocy termoelementów jest spowodowana przede wszystkim tym, ze nie mozna odniesc sprawdzonych parametrów termoelementów z laboratorium do rzeczywistych warunków.Dokladny pomiar temperatury za pomoca termometru oporowego osiaga sie dzieki zastoso¬ waniu metody czterech przewodów, gdzie dwa przewody sluza do doprowadzenia pradu zasilaja¬ cego, a dwa pozostale przewody sluza do pomiaru napiecia. Napiecia na zaciskach termometrów oporowych i rezystorach wzorcowych mierzy sie za pomoca przetwornika analogowo-cyfrowego.Temperaturysa obliczane na podstawie ustalonego napiecia za pomoca dowolnie programowanej maszyny matematycznej, w której sa zakodowane stale wielomianów dla poszczególnych termome¬ trów oporowych. Maszyna taka umozliwia nastepujace po sobie przylaczenia poszczególnych termometrów oporowych do przetwornika analogowo-cyfrowego oraz oszacowanie ich wartosci pomiarowych.2 145 428 W ukladzie czteroprzewodowym do pomiaru temperatury termometrem oporowym jako tory pomiarowe moga byc jednak zastosowane elektrody termoelementów, dzieki czemu wlasciwie powstaja dwa niezalezne od siebie uklady, laczace w sobie zalety obu ukladów. W takich ukladach, zastosowanychjuz w praktyce, czujnik lub odpowiednie urzadzenie odczytujace stanowi kombina¬ cja termometru oporowego i termoelementu. Przez sprawdzenie w laboratorium uzyskuje sie stale wielomianów dla kazdego termometru oporowego, co od poczatku umozliwia zapewnienie wyso¬ kiej dokladnosci pomiaru temperatury, nawet w warunkach przemyslowych. Przy stosowaniu elektrod termoelementów w ukladzie czteroprzewodowym moga powstawac napiecia pasozytni¬ cze, które nastepnie nakladaja sie na napiecie uzytkowe. Wplyw tego rodzaju napiecia pasozytni¬ czego eliminuje sie przez pomiar ze zmiana polaryzacji pradu zasilania lub tez przez pomiar tego napiecia w stalych warunkach pracy przy wylaczonym pradzie zasilania, a nastepnie przez oblicza¬ nie wedlug programu mikrokomputera. Przy dlugotrwalych procesach na skomplikowanych obiektach technologicznych przy pomiarze temperatur i róznic temperatur niezbednajest pewnosc, ze dokladnosc pomiaru nie pogorszyla sie i pozostaje na wartosci poczatkowej. Kazde pogorszenie dokladnosci oddzialywuje bowiem na wynik procesu, w którym mierzy sie temperature. Stosowane dotychczas uklady do dokladnego pomiaru temperatury i róznicy temperatur przy zastosowaniu termometrów oporowych nie maja ani dostatecznej niezawodnosci w warunkach ekstremalnych, ani mozliwosci automatycznej kontroli dokladnosci w ciagu dostatecznie dlugiego okresu czasu, który wynosi okolo jednego roku.Przedmiotem wynalazku jest uklad do pomiaru róznicy temperatur zawierajacy termometry oporowe do pomiaru temperatury wlaczone w ukladzie czteroprzewodowym z przewodami w postaci elektrod termoelementów, przetwornik analogowo-cyfrowy do przetwarzania sygnalów elektrycznych uzyskiwanych z termometrów oporowych i termoelementów, programowana elek¬ troniczna maszyne cyfrowa do szacowania sygnalów uzyskiwanych na wyjsciu przetwornika analogowo-cyfrowego oraz urzadzenie wskazujaco-rejestrujace do odwzorowywania wyników pomiaru róznicy temperatury. Zgodnie z wynalazkiem konce kompensacyjne termoelementów dolaczonych do punktów polaczenia wlaczonych szeregowo termometrów oporowych w kazdym punkcie pomiaru róznic temperatury oraz termoelementów dolaczonych do drugich wyprowadzen termometrów oporowych w kazdym punkcie pomiaru róznicy temperatury sa umieszczone w komorze izotermicznej. Termometry oporowe sa dolaczone do zródla pradu zasilania poprzez polaczone szeregowo: zestyk rozlaczny, rezystor wzorcowy i galezie zasilajace termoelementów dolaczonych do drugich wyprowadzen termometrów oporowych. Przy tym wyprowadzenia ter¬ moelementów oraz rezystora wzorcowego sa dolaczone do wejscia przetwornika analogowo- -cyfrowego poprzez przelacznik punktów pomiarowych.Korzystnym jest, gdy zestyk rozlaczny wlaczony w obwodzie zasilania termometrów oporo¬ wych jest sprzezony z urzadzeniem sterujacym polaczonym z programowana elektroniczna maszyna cyfrowa.W ukladzie wedlug wynalazku, gdzie do pomiaru temperatury zastosowano kombinacje termometrów oporowych i termoelementów, laczy sie w odpowiedni sposób zalety obu rodzajów czujników - dokladnosc i niezawodnosc, i osiaga sie przy tym nowe, lepsze efekty. Dzieki podwój¬ nemu pomiarowi temperatury i róznicy temperatur przy pomocy termometrów oporowych pod¬ wyzsza sie dokladnosc pomiaru temperatury i róznicy temperatur. Z pomierzonych róznic tempe¬ ratury pary termometrów oporowych, które znajduja sie w identycznej temperaturze, uzyskuje sie mozliwosc sledzenia dokladnosci pomiarowej termometrów oporowych w czasie. Przez piecio¬ krotne próbkowanie temperatury w jednym z miejsc wystepowania róznic temperatur, gdzie temperatura jest próbkowana, dwukrotnie przy pomocy termometrów oporowych, raz przy pomocy termoelementu dolaczonego do punktu polaczenia termometrów oporowych i dwukrotnie przy pomocy termoelementów dolaczonych do drugich wyprowadzen termometrów oporowych, osiaga sie wyjatkowo duza niezawodnosc próbkowania, takze w trudnych warunkach eksploatacji., Przy zaklóceniach pomiaru wskutek przerywania dzialania termometru oporowego, wyjscie i ukladu pomiarowego zostaje automatycznie przelaczone na pomiar z termoelementami dolaczo¬ nymi do punktów polaczenia termometrów oporowych, które zostaly przed zastosowaniem sprawdzone termometrami oporowymi i zostaja okreslone i wypisane adresy przerwanego obwodu pomiarowego. Wykorzystywane w ten sposób termoelementy osiagaja dokladnosc, która sie zbliza145428 • do dokladnosci pomiaru termometrami oporowymi. Przy jednoczesnych zaklóceniach w dzialaniu termometrów oporowych i tych termoelementów, moga byc wykorzystane, po przelaczeniu, do pomiaru róznic temperatur, termoelementy dolaczone do drugich konców termometrów oporowych.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat ukladu do pomiaru róznic tempereatur, termoelementy dolaczone do pomiaru róznicy temperatur wedlug wynalazku.Uklad do pomiaru róznicy temperatur wedlug wynalazku zawiera czujniki temperatury, które sa umieszczone w punktach pomiarowych 1 wystepowania róznicy temperatur, przy czym kazdy czujnik temperatury zawiera dwa termometry oporowe 2, jeden termoelement 3 wlaczony miedzy termometrami oporowymi 2 i dwa termoelementy 4 dolaczone do drugich konców termometrów oporowych 2. W izotermicznej komorze 5 sa umieszczone termostatycznie konce kompensacyjne termoelementów 3 i konce termoelementów 4. Zródlo pradowe 6 poprzez zestyk rozlaczny 7, wzorzec opornosci 8 i galezie zasilajace termoelementów 4, zasila termometry oporowe 2.Uklad pomiarowy zawiera ponadto listwe zaciskowa 9, przelacznik 10 punktów pomiaro¬ wych, przetwornik analogowo-cyfrowy 11, element sterujacy 12, programowane urzadzenie 13 do przetwarzania danych oraz przyrzad wskazujaco-rejestrujacy 14. Przelacznik 10 punktów pomia¬ rowych, przetwornik analogowo-cyfrowy 11, element sterujacy 12 i przyrzad wskazujaco- -rejestrujacy 14 stanowia urzadzenia peryferyjne swobodnie programowanego urzadzenia 13 do przetwarzania danych.Uklad pomiarowy moze pracowac w trzech rodzajach pracy, stosownie do stanu technicznego czujników temperatury: w pierwszym, podstawowym rodzaju pracy, gdy nie wystepuje przerwa w dzialaniu termometrów oporowych 2, w drugim, kiedy jest uszkodzony jeden, wzglednie wiecej termometrów oporowych 2 i uklad wykorzystuje do pomiaru termoelementy 3 oraz w trzecim rodzaju pracy, kiedy wystepuje przerwa jednoczesnie w termometrach oporowych 2 i termoelemen- tach 3 i uklad wykorzystuje do pomiaru termoelementy 4. W podstawowym rodzaju pracy w kazdym cyklu pomiarowym mierzone sa spadki napiec na termometrach oporowych 2, sygnaly napieciowe z termoelementów 3 i spadek napiecia na wzorcu opornosci 8. Przed przetworzeniem danych pomiarowych, zebranych w cyklu pomiarowym, swobodnie programowane urzadzenie 13 do przetwarzania danych oblicza na podstawie spadków napiecia na termometrach oporowych 2 i spadku napiecia na wzorcu opornosci 8, temperatury wszystkich termometrów oporowych 2, róznice temperatur w punktach pomiarowych 1 wystepowania róznic temperatur i róznice tempe¬ ratur mierzone przez pary termometrów oporowych 2, które znajduja sie w identycznych tempera¬ turach. Nastepnie oblicza ono na podstawie sygnalów napieciowych z termoelementów 3 róznice temperatur punktów pomiarowych 1 wystepowania róznic temperatur.Przy obliczaniu temperatur na podstawie danych z termometrów oporowych 2 niezbedne jest uwzglednienie pasozytniczych napiec termoelektrycznych w torach pomiarowych, które nakladaja sie na spadki napiec na termometrach oporowych 2. Wartosc pasozytniczego napiecia termoelek¬ trycznego w torach pomiarowych okresla sie przy przerwaniu obwodu pradowego zasilania ter¬ mometrów oporowych 2 przy pomocy zestyku rozlacznego 7. Czestotliwosc dokonywania pomiaru pasozytniczych napiec termoelektrycznych zalezy od szybkosci zmiany temperatur na dlugosci torów pomiarowych w czasie. Uruchamianie zestyku rozlacznego 7 w zaleznosci od czestotliwosci dokonywania pomiarów pasozytniczych napiec termoelektrycznych moze byc realizowane przy pomocy elementu sterujacego 12 programowanego urzadzenia 13 do przetwarzania danych, wzgle¬ dnie recznie. Z obliczonych danych dotyczacych temperatur dla cyklu pomiarowego w podstawo¬ wym rodzaju pracy, otrzymywane sa dane dotyczace temperatur i róznicy temperatur punktów pomiarowych 1 wystepowania róznic temperatur, które sa obliczane na podstawie danych z termometrów oporowych 2 i sa podawane do przyrzadu wskazujaco-rejestrujacego 14. Dane dotyczace pomiarowych róznic temperatur pary termometrów oporowych 2, które znajduja sie w identycznych temperaturach, zostaja wykorzystane do obliczania odchylenia standardowego.Odchylenie standardowe charakteryzuje dokladnosc ukladu pomiarowego, przy pomocy którego mozna sledzic dokladnosc pomiaru przy uzyciu termometrów oporowych 2 w czasie. Liczba cykli pomiarowych, dla których przebiegu jest obliczane odchylenie standardowe, zalezy od doklad¬ nosci, z jaka odchylenie standardowe powinno zastapic srednie odchylenie standardowe ukladu pomiarowego z termometrami oporowymi 2.4 145 428 Dane dotyczace róznic temperatur punktów pomiarowych 1 wystepowania róznic temperatur, które sa otrzymywane jednoczesnie z termometrów oporowych 2 i termoelementów 3, sa wykorzy¬ stywane do wyznaczania wspólczynników korekcyjnych dla termoelementów 3. Wspólczynniki korekcyjne wyznaczane sa dla kazdego cyklu pomiarowego i na ich podstawie przez filtracje uzyskuje sie wynikowe wspólczynniki korekcyjne. Liczba cykli pomiarowych, które zostaja uwzg¬ lednione przy obliczaniu wynikowych wspólczynników korekcyjnych, zalezy od dokladnosci dzia¬ lania przetwornika analogowo-cyfrowego 11 i od poziomu napiec zaklócajacych w torach pomia¬ rowych. Uzyskane w ten sposób wynikowe wspólczynniki korekcyjne sa wynikiem sprawdzania termoelementów 3 przy pomocy termometrów oporowych 2 w warunkach rzeczywistych; sa one wykorzystywane w przypadku zaklócen w dzialaniu termometrów oporowych 2. W przypadkach praktycznych liczba cykli, na podstawie których oblicza sie odchylenie standardowe i wynikowe wspólczynniki korekcyjne, moze wynosic od 1 do 100 /jeden cykl pomiarowy dla obliczenia odchylenia standardowego móglby wystarczac tylko w tym przypadku, gdyby wynikowa róznica byla zlozona z kilku czastkowych róznic temperatur/.W przypadku, gdy w cyklu pomiarowym po próbkowaniu programowane urzadzenie 13 przetwarzania danych stwierdzi, zejeden z obwodów pomiarowych termometrów oporowych 2jest przerwany, uklad przechodzi do drugiego rodzaju pracy. W tym rodzaju pracy programowane urzadzenie 13 do przetwarzania danych ustala adresy przerwanego obwodu pomiarowego termo¬ metrów oporowych 2 i oblicza róznice temperatur punktów pomiarowych 1, wystepowania róznic temperaturjuz na podstawie danych ze skontrolowanychtermoelementów 3. Przyrzad wskazujaco- rejestrujacy wskazuje i rejestruje adresy przerwanego obwodu pomiarowego termometrów oporo¬ wych 2 i róznice temperatur z termoelementów 3. Adres przerwanego obwodu pomiarowego termometrów oporowych 2 zostaje okreslony na podstawie wielkosci spadków napiecia termome¬ trów oporowych 2. W nieprzerwanych obwodach pomiarowych termometrów oporowych 2 zos¬ taja pomierzone spadki napiec, które sa w przyblizeniu równe zeru, podczas gdy w przerwanym obwodzie pomiarowym zostaje pomierzony spadek napiecia, któryjest równy napieciu nieobcia- zonego zródla pradowego 6. Zróznicowanie temperatur punktów pomiarowych 1 wystepowania róznicy temperatur okreslone z termoelementów 3, zostaja obliczone z uwzglednieniem wyniko¬ wych wspólczynników korekcyjnych, które sa wyznaczane przy pomocy termometrów oporowych 2 w podstawowym rodzaju pracy. W ten sposób zostaje znacznie zwiekszona dokladnosc pomiaru róznicy temperatur termoelementów 3, która zbliza sie do dokladnosci pomiaru róznicy tempera¬ tur przy wykorzystaniu termometrów oporowych 2.W przypadku gdy w jednym wzglednie obu czujnikach temperatury powstanie przerwa jednoczesnie, w termometrach oporowych 2 i w termoelementach 3, uklad przechodzi do trzeciego rodzaju pracy. Przy pracy w ten sposób niezbedne jest przelaczenie termoelementów 4 w miejsca termoelementów 3 za pomoca przelacznika 10 punktów pomiarowych.Zastosowanie ukladu wedlug wynalazku jest szczególnie korzystne w tych przypadkach, gdy róznica temperatur jest mierzona wielokrotnie. Jako przyklad mozna przytoczyc wielokrotny pomiar róznicy temperatur srodka chlodzacego reaktora jadrowego w poszczególnych petlach chlodzenia. W takim przypadku mozna sledzic dokladnosc ukladu pomiarowego przy wykorzy¬ staniu odchylenia standardowego dla poszczególnego cyklu pomiarowego. Przez odpowiedni dobór wzorca opornosci w schemacie ukladu pomiarowego mozna wyeliminowac wplyw bledu systematycznego przetwornika analogowo-cyfrowego na wartosc temperatury mierzonej termo¬ metrami oporowymi.Zastrzezenia patentowe 1. Uklad do pomiaru róznicy temperatur zawierajacy termometry oporowe do pomiaru temperatury wlaczone w ukladzie czteroprzewodowym z przewodami w postaci elektrod termoe¬ lementów, przetwornik analogowo-cyfrowy do przetwarzania sygnalów elektrycznych uzyskiwa¬ nych z termometrów oporowych i termoelementów, programowana elektroniczna maszyne cyf¬ rowa do szacowania sygnalów uzyskiwanych na wyjsciu przetwornika analogowo-cyfrowego oraz145428 5 zadzenie wskazujaco-rejestrujace do odwzorowywania wyników pomiaru róznicy temperatury, znamienny tym, ze konce kompensacyjne termoelementów (3) dolaczonych do punktów polaczenia wlaczonych szeregowo termometrów oporowych (2) w kazdym punkcie (1) pomiaru róznic tempe¬ ratury oraz termoelementów (4) dolaczonych do drugich wyprowadzen termometrów oporowych (2) w kazdym punkcie (1) pomiaru róznicy temperatury sa umieszczone w komorze izotermicznej (5), a termometry oporowe (2) sa dolaczone do zródla (6) pradu zasilania poprzez polaczone szeregowo zestyk rozlaczny (7), rezystor wzorcowy (8) i galezie zasilajace termoelementów (4) dolaczonych do drugich wyprowadzen termometrów oporowych (2), przy czym wyprowadzenia termoelementów (3, 4) oraz rezystora wzorcowego (9, 8) sa dolaczone do wejscia przetwornika analogowo-cyfrowego (11) poprzez przelacznik (10) punktów pomiarowych. 2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zestyk rozlaczny (7) wlaczony w obwodzie zasilania termometrów oporowych (2)jest sprzezony z urzadzeniem sterujacym (12) polaczonym z programowana elektroniczna maszyna cyfrowa (13).145418 * K P K=a li i r i i ki M ft T T h y y y ! Tl _L a 1 i ii i i t l rt l i t I ! I 1 ' SU^^t Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 400 zl PL