СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН Российский патент 1997 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к электронным измерениям и может быть использовано во многих отраслях промышленности, где требуется осуществить контроль параметров различной физической природы, например для измерения потоков теплового излучения в энергетических установках, при актинометрических исследованиях, а также метеорологических измерениях в атмосфере и космосе. Из патентно-технической литературы известен способ измерения величин различной физической природы, основанный на последовательном измерении контролируемого параметра, тестовой величины, составленной в виде суммы контролируемого параметра и параметра аддитивного теста, и тестовой величины, представленной в виде произведения измеряемой величины и коэффициента преобразования, с последующей обработкой результатов измерений по специальному алгоритму (1).

Однако недостаток известного способа состоит в том, что во многих случаях не представляется возможным формирование тестового сигнала в виде суммы контролируемого параметра и параметра аддитивного теста, например при измерениях плотности или вязких жидких сред. Эта особенность ограничивает область применения известного способа измерения.

Более совершенным техническим решением прототипом предлагаемого объекта изобретения является способ измерения электрических и неэлектрических величин (2), основанный на последовательном измерении контролируемого параметра Х, мультипликативной тестовой величины КХ и величины образцовой меры Х_э с последующим определением истинного значения контролируемого параметра из соотношения:
, (1)
где Y₁ результат измерения контролируемого параметра Х;
Y₂ результат измерения мультипликативной тестовой величины КХ;
Y₃ результат измерения величины образцовой меры Х_э;
K коэффициент преобразования.

В данном способе измерения по сравнению с аналогом повышение точности измерения достигнуто путем замены операции измерения тестовой величины, составленной в виде суммы контролируемого параметра и параметра аддитивного теста, операцией измерения образцовой меры, не связанной с измеряемой величиной. Это существенно расширяет область применения известного решения. Однако, как видно из алгоритма (1), результат измерения зависит от параметров Х_э и К. Если получение стабильного значения параметра Х_э не вызывает особых затруднений, то создание мультипликативного тестового сигнала со стабильным коэффициентом преобразования К не всегда осуществимо. Например, в процессе эксплуатации устройства для реализации известного способа фильтр из стекла ИКС 2 покрывается пылью, в результате изменяется его коэффициент пропускания и, следовательно, снижается точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния коэффициента преобразования К на результат измерения.

Эта цель достигается тем, что в способе произвольной последовательности измеряют контролируемый параметр Х, мультипликативную тестовую величину КХ и величину образцовой меры Х_э, дополнительно измеряют мультипликативную тестовую величину КХ_э, а истинное значение контролируемого параметра определяют из соотношения:
,
где Y₁ результат измерения контролируемого параметра Х;
Y₂ результат измерения мультипликативной тестовой величины КХ;
Y₃ результат измерения величины образцовой меры Х_э;
Y₄ результат измерения мультипликативной тестовой величины КХ_э;
K коэффициент преобразования мультипликативного теста.

Указанная совокупность отличительных признаков отсутствует в известных способах и принципах построения измерительных систем. Она позволяет устранить влияние нестабильности коэффициента преобразования на итоговый результат измерения. Поэтому следует считать предлагаемое техническое решение соответствующим критериям новизны и существенности отличий.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения радиации.

Устройство состоит из фильтра 1 и последовательно включенных первичного термоэлектрического преобразователя 2, измерительного устройства 3, вычислительного устройства 4 и блока индикации 5.

Устройство работает следующим образом. Процесс измерения состоит из четырех произвольно выбранных последовательных тактов. При первом тактовом измерении под действием теплового потока преобразователь 2 воспринимает его и генерирует термоЭДС, соответствующую значению измеряемого уровня радиации Х. Электрический сигнал фиксируется измерительным устройством 3 и результат измерения Y₁ заносится в запоминающее устройство вычислительного устройства 4. Во время второго тактового измерения над приемной поверхностью преобразователя 2 теплового потока размещают фильтр 1, ослабляющий поток радиации в К раз (например, фильтр из стекла ИКС 2 толщиной 1 мм при потоке радиации с длиной волны 2,1 мкм имеет коэффициент пропускания 0,87). Измерительное устройство 3 регистрирует термоЭДС, представляющую собой контролируемый параметр уровень радиации Х, умноженную на коэффициент преобразования К фильтра 1, т.е. КХ. Результат измерения Y₂ также заносится в запоминающее устройство вычислительного устройства 4. Далее фильтр 1 убирают. В процессе третьего тактового измерения измерительным прибором 3 фиксируется термоЭДС, соответствующая образцовому значению радиации Х_э (в качестве образцовой меры Х_э может быть использована нулевая радиация ночью, либо заданная радиация от установленной над приемной поверхностью преобразователя 2 лампы). Результат измерения Y₃ вновь заносится в вычислительное устройство 4.

Во время четвертого такта измерения над приемной поверхностью преобразователя 2 вновь устанавливают фильтр 1, ослабляющий поток заданной радиации в К раз, т.е. КХ_э. Результат измерения Y₄ также вносится в вычислительное устройство 4. Последний, исходя из системы уравнений
, (3)
определяет значение контролируемой радиации Х из соотношения
. (4)
Значение радиации с выхода вычислительного 4 поступает в блок индикации 5 искомого результата. Таким образом, как следует из формулы (4), точность измерения не зависит от изменяющихся параметров α₁ и α₂ функции преобразования измерительной системы и коэффициента преобразования К мультипликативного теста КХ или КХ_э, а определяется в основном стабильностью образцовой меры Х_э, что при реализации предложений не вызывает технических затруднений. В результате достигается повышенная, в сравнении с известным способом точность измерения. Кроме того, алгоритм автоматической коррекции значительно проще, что упрощает техническую реализацию вычислительного устройства, а следовательно, повышает его надежность и снижает стоимость.

По предложению разработан макетный образец устройства. В качестве первичного термоэлектрического устройства был использован абсолютный радиометр типа ПЛТПпр измерительного устройства милливольтметр В-27 с выходным преобразователем, а в качестве измерительно-вычислительного устройства - микрокомпьютер Электроника МК 64, имеющий в своем составе приборный интерфейс, с соответствующим алгоритму (4) программным обеспечением. В качестве вспомогательного звена, обеспечивающего изменение коэффициента преобразования в К раз, применен фильтр из стекла ИКС-2 толщиной 1 мм с коэффициентом пропускания 0,87 при потоке радиации с длиной волны 2,1 мкм.

В процессе испытаний коэффициент пропускания фильтра варьировался в диапазоне от 0,46 до 0,87 путем нанесения на его поверхность пылевого слоя. При этом суммарная погрешность измерительной системы изменялась от 0,3% при изменении по алгоритму автокоррекции известного способа до 0,05% по предлагаемому способу измерения.

Таким образом, испытания макетного образца устройства полностью подтвердили осуществимость, работоспособность и эффективность предлагаемого изобретения.

Использование: в отраслях промышленности, где требуется осуществить контроль параметров различной физической природы, например, для измерения потоков теплового излучения в энергетических установках, при актинометрических измерениях в атмосфере и космосе. В известном способе, основанном на последовательном измерении исследуемой величины Х, мультипликативной тестовой величины К_x и образцовой меры X_э, дополнительно измеряют мультипликативную тестовую величину КХ_э, а истинное значение исследуемой величины определяют из соотношения: X = (Y₂ - Y₁/Y₄ - Y₃) • X_э, где Y₁ - результат измерения исследуемой величины Х; Y₂ - результат измерения мультипликативной тестовой величины К_x; Y₃ - результат измерения образцовой величины Х_э; Y₄ - результат измерения мультипликативной тестовой величины КХ_э; K - коэффициент преобразования мультипликативного теста. 1 ил.

Способ измерения электрических и неэлектрических величин, заключающийся в том, что в произвольной последовательности измеряют контролируемый параметр Х, мультипликативную тестовую величину КХ и величину образцовой меры Х_э, где К коэффициент преобразования мультипликативного теста, и на основании измеренных величин рассчитывают истинное значение контролируемого параметра, отличающийся тем, что дополнительно измеряют мультипликативную тестовую величину образцовой меры КХ_э и при расчете истинного значения контролируемого параметра используют следующее математическое выражение:

где Y₁ результат измерения контролируемого параметра Х,
Y₂ результат измерения мультипликативной величины тестовой величины КХ;
Y₃ результат измерения величины образцовой меры X_э;
Y₄ результат измерения мультипликативной тестовой величины образцовой меры КХ_э.