Система измерения температуры

Полезная модель относится к средствам измерения, представляет собой многоканальную измерительную систему и предназначена для измерения температуры в реальном масштабе времени на основе беспроводной связи при проведении баллистической подготовки стрельбы объектов артиллерийского вооружения с возможностью цифровой обработки полученной информации и передачи ее на ЭВМ автоматизированных систем управления огнем артиллерии. Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание многоканальной измерительной системы, позволяющей обеспечить автоматизацию процесса измерения и цифровую обработку с помощью ЭВМ в реальном масштабе времени результатов измерений температуры зарядов артиллерийских выстрелов при проведении баллистической подготовки стрельбы объектов артиллерийского вооружения, беспроводную передачу результатов измерений температуры на ЭВМ автоматизированных систем управления огнем артиллерии, уменьшение срединной погрешности и повышение точности измерений температуры, снижение баллистической составляющей суммарной ошибки подготовки стрельбы артиллерийских орудий, улучшение характеристик рассеивания снарядов по дальности, повышение удобства в пользовании, сокращение времени измерения температуры и общего времени подготовки стрельбы. Это же, по существу, является и техническим результатом, для получения которого предназначена предлагаемая полезная модель.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что предлагаемая полезная модель содержит современные средства удаленной передачи данных и аппаратной части системы, состоящей из ЭВМ, беспроводных термодатчиков, аккумуляторной батареи, источника стабилизированного напряжения, приемо-передаточного модуля с антенной и двух аналого-цифровых преобразователей, первый из которых является многоканальным, а второй выполнен с возможностью передачи данных на ЭВМ по интерфейсу RS-232. При этом каждый из термодатчиков содержит элемент чувствительный, аналого-цифровой преобразователь, приемо-передаточный модуль с антенной, источник питания, источник стабилизированного напряжения и аккумуляторную батарею. Достигается повышение точности измерения температуры зарядов артиллерийских выстрелов, уменьшение времени подготовки стрельбы объектов артиллерийского вооружения, а также улучшение характеристик рассеивания снарядов по дальности. Полезная модель обеспечивает автоматизацию процесса измерения температуры и обработку результатов измерений с помощью ЭВМ в реальном масштабе времени.

Полезная модель относится к средствам измерения, представляет собой многоканальную измерительную систему и предназначена для измерения температуры в реальном масштабе времени на основе беспроводной связи при проведении баллистической подготовки стрельбы объектов артиллерийского вооружения [1] с возможностью цифровой обработки полученной информации и передачи ее на ЭВМ автоматизированных систем управления огнем (АСУО) артиллерии [2].

Известно устройство мобильной связи с температурным датчиком [3] с возможностью приема-передачи информации по проводному или беспроводному каналу связи (функция Bluetooth) сопряженным периферийным устройствам и выводом на дисплей для отображения информации данных измерений, а также возможностью автономного функционирования датчика температуры в отдельном выносном устройстве.

Недостатками указанного технического решения являются отсутствие многоканальности измерения температуры, сложности измерения температуры ввиду ограниченной дистанции действия функции Bluetooth, отсутствие связи с ЭВМ для сбора, обработки и анализа полученной информации.

Другим аналогом заявленной полезной модели является многоканальная измерительная система [4], содержащая набор терминальных блоков для подсоединения датчиков измерения температуры, при этом указанные блоки связаны с модулями согласования сигналов, объединенными в шасси согласования сигналов, которое связано с платой сбора данных, взаимосвязанной, в свою очередь, через шасси управления с контроллером управления, предназначенным для обработки и передачи результатов измерения.

Недостатками данной полезной модели, в сравнении с описываемой, являются отсутствие связи с ЭВМ для сбора, обработки и анализа полученной информации, отсутствие беспроводной связи для передачи данных, поступаемых от датчиков измерения температуры.

Известно устройство для измерения температуры [5], выбранное за прототип, содержащее последовательно соединенные терморезистор и добавочный резистор, коммутатор, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), ЭВМ, подключенную первым входом и первым выходом соответственно к выходу первого аналого-цифрового преобразователя и управляющему входу коммутатора, и цифроаналоговый преобразователь, подключенный входом ко второму выходу ЭВМ.

Недостатком указанной полезной модели является отсутствие беспроводной связи с датчиками измерения температуры.

Целью заявленной полезной модели является автоматизация процесса измерения и цифровая обработка с помощью ЭВМ в реальном масштабе времени результатов измерений температуры зарядов артиллерийских выстрелов при проведении баллистической подготовки стрельбы объектов артиллерийского вооружения, беспроводная передача результатов измерений температуры на ЭВМ автоматизированных систем управления огнем артиллерии, уменьшение срединной погрешности и повышение точности измерений температуры, снижение баллистической составляющей суммарной ошибки подготовки стрельбы артиллерийских орудий, улучшение характеристик рассеивания снарядов по дальности, повышение удобства в пользовании, сокращение времени измерения температуры и общего времени подготовки стрельбы.

Поставленная цель достигается тем, что система измерения температуры (СИТ), содержащая ЭВМ, термодатчики (ТД) и два аналого-цифровых преобразователя (АЦП), согласно полезной модели выполнена многоканальной и на основе беспроводной связи, при этом в состав СИТ введены приемо-передающий модуль (ППМ) системы с антенной, источник стабилизированного напряжения (ИСН) СИТ, аккумуляторная батарея (АКБ) СИТ, а в состав каждого ТД введены элемент чувствительный (ЭЧ), АЦП ТД, ППМ ТД с антенной, источник питания (ИП) ТД, ИСН ТД, АКБ ТД, причем антенна ППМ СИТ соединена с входом ППМ СИТ, выход которого соединен с первым входом первого АЦП СИТ, выход которого соединен с первым входом второго АЦП СИТ, подключенного к ЭВМ, причем выход АКБ СИТ соединен с входом ИСН СИТ, выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго АЦП СИТ, а также входом ППМ СИТ, при этом выход ЭЧ соединен с первым входом АЦП ТД, выход которого соединен с первым входом ППМ ТД, соединенного с антенной ППМ ТД, причем выход аккумуляторной батареи термодатчика соединен с входом источника стабилизированного напряжения термодатчика, выходы которого соединены с вторым входом аналого-цифрового преобразователя термодатчика, вторым входом приемо-передающего модуля термодатчика и входом источника питания термодатчика, выход которого соединен с входом ЭЧ.

Причем первый АЦП СИТ является многоканальным и выполнен с возможностью управления работой ППМ СИТ, формирования запросов для ТД, получения ответных пакетов и передачи данных на ЭВМ, а второй АЦП СИТ выполнен с возможностью передачи данных на ЭВМ по интерфейсу RS-232.

Вместе с тем, СИТ выполнена с возможностью приема и отображения информации температурных показаний на экране монитора ЭВМ и автоматического сохранения показаний температуры по дате и времени в памяти ЭВМ.

При этом АЦП ТД выполнен с возможностью цифровой обработки измерительного сигнала, включающей в себя цифровую фильтрацию измерительного сигнала, корректировку аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности, линеаризацию передаточной функции датчика и нормирование диапазона выходного сигнала, а также возможностью управления работой ППМ ТД.

Причем ППМ ТД выполнен с возможностью передачи результатов измерения ППМ СИТ и приема от него запросов по радиоканалу через антенну, а ППМ СИТ выполнен с возможностью приема результатов измерения от ППМ ТД и передачи ему запросов по радиоканалу через антенну.

Структурная схема СИТ представлена на фиг.1, где изображены:

1 - термодатчик;

2 - аналого-цифровой преобразователь термодатчика;

3 - приемо-передающий модуль термодатчика;

4 - источник питания термодатчика;

5 - источник стабилизированного напряжения термодатчика;

6 - аккумуляторная батарея термодатчика;

7 - второй аналого-цифровой преобразователь системы;

8 - первый аналого-цифровой преобразователь системы;

9 - приемо-передающий модуль системы;

10 - источник стабилизированного напряжения системы;

11 - аккумуляторная батарея системы.

Принцип действия СИТ основан на измерении температуры зарядов артиллерийских выстрелов ЭЧ ТД с АЦП ТД и беспроводной передаче результатов измерений на многоканальный первый АЦП СИТ с помощью ППМ ТД и ППМ СИТ с антеннами для дальнейшей передачи данных через второй АЦП СИТ по интерфейсу RS-232 на ЭВМ автоматизированной системы управления огнем артиллерии. ЭЧ ТД преобразовывает измеряемую температуру в пропорциональный электрический сигнал. Электрический сигнал передается на АЦП ТД, где производится цифровая обработка измерительного сигнала, включающая в себя цифровую фильтрацию измерительного сигнала, корректировку аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности, линеаризацию передаточной функции ТД и нормирование диапазона выходного сигнала. После цифровой обработки измерительный сигнал поступает в ППМ ТД, служащий для передачи результатов измерения на многоканальный первый АЦП СИТ и приема запросов от него. Передача и прием данных осуществляются радиосигналом через антенну. От первого АЦП СИТ данные передаются через второй АЦП СИТ по интерфейсу RS-232 на ЭВМ автоматизированной системы управления огнем артиллерии, где производится их обобщение с данными баллистической подготовки стрельбы, а также автоматическое сохранение по дате и времени в памяти ЭВМ. Питание термодатчиков и системы осуществляется источниками стабилизированного напряжения. В качестве автономных источников питания термодатчиков напряжением постоянного тока используются аккумуляторные батареи.

Разработанная СИТ имеет следующие технические характеристики:

- измерение температуры в реальном масштабе времени;

- диапазон частот - от 10 до 300 Гц;

- потребляемый ток:

- ТД - не более 15 мА;

- СИТ - не более 30 мА;

- значение рабочей частоты радиоканала датчика - 433,92 МГц;

- скорость передачи данных - 9600 бит/с;

- дальность беспроводной связи - не менее 100 м;

- измерение температуры со срединной погрешностью - не более 0,5°С;

- время измерения температуры СИТ - не более 1 с;

- запись результатов измерений на жесткий диск;

- система расширяема и легко реконфигурируется под разные задачи;

- СИТ не создает помех.

Полезная модель может быть изготовлена в условиях серийного производства ОАО «НИИФИ» с использованием имеющегося оборудования, не требующего дополнительной оснастки и материалов, а также сложных технологических и измерительных операций при изготовлении.

Использованные источники

1. Левашов В.Ф. Внешняя баллистика и теория стрельбы комплексов РАВ. Часть 2. Основы стрельбы и управления огнем ствольной артиллерии. Учебное пособие. - Пенза: ПАИИ. 2004. - 376 с.

2. Левченко В.А., Сергин М.Ю., Иванов В.А., Зеленин Г.В. Стрельба и управление огнем артиллерийских подразделений: Учебное пособие. - Тамбов: ТГТУ. 2004. - 268 с.

3. Патент на полезную модель РФ 2008134213/22 от 20.08.2008, МПК: G01K 7/24.

4. Патент на полезную модель РФ 2009135300/22 от 23.09.2009, МПК: G01K 19/00.

5. Патент на полезную модель РФ 2007130738/22 от 06.08.2007, МПК: G01K 7/16.

6. Медведева Н.П. Экспериментальная баллистика. Часть I (Методы измерения давления). Учебное пособие. - Томск: ТГУ. 2006. - 172 с.

1. Система измерения температуры, содержащая ЭВМ, термодатчики и два аналого-цифровых преобразователя, отличающаяся тем, что система выполнена многоканальной и на основе беспроводной связи, при этом в состав системы введены приемопередающий модуль системы с антенной, источник стабилизированного напряжения системы, аккумуляторная батарея системы, а в состав каждого термодатчика введены элемент чувствительный, аналого-цифровой преобразователь термодатчика, приемопередающий модуль термодатчика с антенной, источник питания термодатчика, источник стабилизированного напряжения термодатчика, аккумуляторная батарея термодатчика, причем антенна приемопередающего модуля системы соединена с первым приемопередающим модулем системы, выход которого соединен с первым входом первого аналого-цифрового преобразователя системы, выход которого соединен с первым входом второго аналого-цифрового преобразователя системы, подключенного к ЭВМ, причем выход аккумуляторной батареи системы соединен с входом источника стабилизированного напряжения системы, выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей системы, а также входом приемопередающего модуля системы, при этом выход элемента чувствительного соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя термодатчика, выход которого соединен с первым входом приемопередающего модуля термодатчика, соединенного с антенной приемопередающего модуля термодатчика, причем выход аккумуляторной батареи термодатчика соединен с входом источника стабилизированного напряжения термодатчика, выходы которого соединены с вторым входом аналого-цифрового преобразователя термодатчика, вторым входом приемопередающего модуля термодатчика и входом источника питания термодатчика, выход которого соединен с входом элемента чувствительного.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый аналого-цифровой преобразователь системы является многоканальным.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что первый аналого-цифровой преобразователь системы выполнен с возможностью управления работой приемопередающего модуля системы, формирования запросов для термодатчиков, получения ответных пакетов и передачи данных на ЭВМ.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что второй аналого-цифровой преобразователь системы выполнен с возможностью передачи данных на ЭВМ по интерфейсу RS-232.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью приема и отображения информации температурных показаний на экране монитора ЭВМ.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью автоматического сохранения показаний температуры по дате и времени в памяти ЭВМ.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что аналого-цифровой преобразователь термодатчика выполнен с возможностью цифровой обработки измерительного сигнала, включающей в себя цифровую фильтрацию измерительного сигнала, корректировку аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности, линеаризацию передаточной функции датчика и нормирование диапазона выходного сигнала, а также возможностью управления работой приемопередающего модуля термодатчика.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что приемопередающий модуль термодатчика выполнен с возможностью передачи результатов измерения приемопередающему модулю системы и приема от него запросов по радиоканалу через антенну, причем приемопередающий модуль системы выполнен с возможностью приема результатов измерения от приемопередающего модуля термодатчика и передачи ему запросов по радиоканалу через антенну.