Устройство для измерения нескольких физических величин одним чувствительным элементом Советский патент 1986 года по МПК G01D21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических параметров (влажность, температура, давление, уровень солнечной радиа

ЦИИ,

газовый состав и т.д.).

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок исключения воздействия на чувствительный элемент измеряемых величин.

Устройство содержит чувствительный элемент 1 блок 2 исключения воз- действия на чувствительный элемент измеряемых величин, измерительный блок 3, блок 4 управления, блок 5 памяти, вычислительный блок 6, кроме того, регистратор 7. Вход измеритель- кого блока 3 соединен с выходом чувствительного элемента, выход вычислительного блока 6 соединен с входом регистратора;. 7, первьй информационный вход - с выходом блока 5 па- мяти, а второй йнформацио.нный вход - с выходом измерительного блока 3 и . информационным входом блока 5 памяти Выходы блока 4 управления подключены к управляющим входам блока 2, блока 5 и вычислительного блока 6 соответственно.

В некоторых вариантах исполнения блоков 5 и 6 может потребоваться введение коммутатора 8, причем выход измерительного блока соединен с информационными входами блоков 5 и 6 через коммутатор 8, управляющий вход которого подключен к дополнительному выходу блока 4 управления.

Блок 2 содержит немагнитный корпус 9, на котором закреплены обмотки 10 и подпружиненный сердечник 11 из магнитомягкого материала, на котором закреплен чувствительньй эле- мент 1. Между каждой парой обмоток 10 в корпусе 9 имеется отверстие, причем во всех отверстиях, кроме одного, установлены избирательные фильтры 12 Сверху и снизу от места расположения чувствительного элемента 1 на сердечнике 11 закреплены герметизирующие прокладки 13 в виде колец.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал чувствительного элемента 1 можно описать уравнением

F(X, )H-F(X). + Г: F(ap,

.+F(X )+

П

где X

JF(ap

..,Х - измеряемые параметры;

Ej (j 1 ,2,,. . ,ni) - неинформативные

(неизмеряемые) параметры;

F(X..) -: составляющие выходного сигнала от измеряемого параметра, r где ,... ,п; суммарная составляющая выходного сигнала от всех неинформативных параметров aj .

Процесс измерения состоит из п+1 циклов. В первом цикле измеряется выходной сигнал чувствительного элемента 1 при воздействии на него всех измеряемых и неинформатнвных параметров, во втором цикле чувстви- тельш 1й элемент 1 изолируется от воздействия одного измеряемого параметра, например Х, в третьем - от параметра X , в (п+1)-ом - от параметра Х. Полученные результаты измерений У, , У , . .. , У, образуют систе1му уравнений

.+F(X )+

г

j-1

F(a. );

Y,F(Xj)4F(X ) + ...+F(X)+Ii:F(a );

jrl

. (1)

(X )+F(X)+. . .+F(X , ) +

(T

bF(X ) +

h

F(a,)-;

(X)+F(X) + ...+F(X)-H

riF(a. ).

j t Если время реализации процесса

измерения выбрано таким, что за п+1 циклов величины Х, X, ..., а , .. а не претерпевают из менений, то информацию об измеряемых параметрах легко можно выделить, решая систему уравнений, т.е.

F(X,)Y,-Y ; (2)

F(X.)Y,-Y, ;

F(,-Y,,

3

Таким образом, измеряемая информация для каждого X. параметра получается независимой от остальных измеряемых и неинформативных параметров, что позволяет существенно повысить точность измерения нескольких незлектрических параметров одним чувствительным злементом, характеристики которого зависят от множества параметров.

Блок 4 управления в первом такте работы устанавливает в исходное состояние блок 2 исключения воздействия .блок 5 памяти и вычислительный блок 6. Затем он осуществляет последовательную изоляцию чувствительного элемента 1 от одного из воздействующих параметров в соответствии с сис- темой уравнений (1).

Измерительный блок 3 преобразует выходную величину чувствительного злемента 1 в величину, удобную для дальнейшего преобразования, например в цифровой код. Блок 3 в зависимости от выходной величины конкретного чувствительного элемента 1, по которой судят об измеряемых параметрах (ток, напряжение, магнитный поток, проводимость и т.д.), может быть выполнен в виде аналого-цифрового следящего преобразователя, преобразователя напряжения в частоту и т.д. Блок 4 управления синхронно с работой блока 2 исключения воздействия обеспечивает запись в блок 5 памяти информации с измерительного блока 3 первом такте, т.е. при воздействии всех измеряемьпс и неинформативных параметров и передачу информации при всех последующих тактах работы (когда исключается один из измеряемых параметров) в вычислительный блок 6, которьга совместно с блоком 5 памяти осуществляется определение результата измерений по алгоритму (2). Результат измерения подается на регистратор 7, который осуществляет отображение информации о каждом измеряемом параметре или ее запись.

Отображение информации может быть раздельно во времени или проводится одновременно.

В простейшем случае блок 4 управления представляет собой пульт, на котором оператор может набрать номер измеряемого параметра и дать команду на запуск. Вычислительный

379114

блок 6 можно в этом случае вьтолнить в виде арифметического устройства, выполняющего операцию вычитания входных величин с масштабным преобразова- 5 нием (при необходимости) получение разности.

Блок 2 исключения воздействия измеряемых величин (фиг. 2) представляет собой со схемотехнической точки

10 зрения многополюсный линейный шаговый двигатель, на роторе которого закреплен чувствительный элемент 1. В первом такте (воздействуют все величины) запитывается верхняя его

t5 обмотка 10 и чувствительный элемент находится в показанном на фиг. 2 положении. Во втором такте запитьшает- ся следующая обмотка 10 и чувствительный элемент 1 перемещается вмес20 те с сердечником 11 на одну позицию вниз, и так далее.

Выбор материала и конструкции фильтров 12 производят исходя из кон5 .кретной реализации измерительных устройств для измерения конкретных физических величин. Так, например, при измерении составляющих спектра электромагнитного излучения (наQ пример, для измерения составляющих солнечной радиации) можно использовать селективные избирательные фильтры, которые бы поглощали определенный участок спектра излучений и пропускали другие участки. Для построения фильтров при измерении концентрации газов, кислорода, азота, аммиака и т.д. могут быть использованы материалы, поглощающие или вступающие в реакцию с конкретным газом и пропускающие другие газы. Для этих же целей могут быть использованы ноноселективные мембраны.

5 Предлагаемое устройство производит измерение точнее известного, поскольку позволяет практически полностью компенсировать влияние на датчик всех физических величин, кроме

0 измеряемой.

Кроме того, предлагаемое устрой ство позволяет производить измерения нескольких физических величин в 5 труднодоступных местах с малым рабочим объемом, где установление нескольких отдельных датчиков не- возможно.

5

0

Формула изобретения

Устройство для измерения нескольких физических величин одним чувствительным элементом, содержащее чувствительный элемент, измерительный блок, вычислительный блок, выход которого является выходом устройства и блок воздействия на чувств ительный .элемент измеряемых величин, причем выход чувствительного 1элемента- подключен по входу измерительного блока , отличаю

щ е с с я тем, что, с целью повыше НИН точности измерения, в него введены блок памяти и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока исключения воздействия на чувствительный элемент измеряе1-1ых величин, блока памяти и вычислительного блока, первый информационный вход вычислительного блока подключен к выходу блока памяти, а второй информационный вход - к информационному входу блока памяти и выходу измерительного блока.

Изобретение может быть использовано для измерения неэлектрических параметров как, например, влажность, температура, давление, уровень солнечной радиации, газовый состав и т.д. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит чувствительный элемент 1, блок 2 исключения воздействия на чувствительный элемент измеряемьгх: величин, измеряемый блок 3, вычислительный блок 6, регистратор 7. Для повьшения точности измерений в устройство введены блок 4 управления и блок 5 памяти. Функциональная схема блока 2 приводится в описании изобретения. Устройство позволяет практически полностью компенсировать влияние на датчиках всех физических величин, кроме измеряемой, производить измерения нескольких физических величин в труднодоступных местах с малым рабочим объемом, когда установление нескольких отдельных датчиков не представляется возможным. 2 ил. б 1чЭ Од С0

Редактор Н. Швыдкая

Составитель С. Кабиков Техред Л.Олейник

3278/41

Тираж 705 ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Л. Па тай

Подписное