Способ измерения электрических и неэлектрических величин Советский патент 1986 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к измеритель способам ной технике, в частности к и неэлектриизмерения электрических быть испольческих величин, и может системах иззовано в автоматических мерения и контроля. Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повышение точности при проведении многократных од нотипных измерений за счет введения нелинейной аппроксимации функции пре образования . На чертеже представлена схема уст ройства, реализующего способ измерения электрических и неэлектрических величин. I Весь цикл измерений состоит из четырех тактов. Измерения проводятся измерительным преобразователем, описываемым нелинейной функцией вида у аХ +Ъ-Х + с, (1) где .X - исследуемый параметр; а,Ь,с неизвестные коэффициенты, характеризующие измерительный преобразователь, завися щие от различных факторов (например, дрейфа нулп, их изменения при воздействии температуры и старения элементов , из которых выполнен измерительный преобразователь) . В первом такте фиксируют значения исследуемой величины X вместе со значением образцовой меры М , Резуль тат измерения у (Х+М) связан со значением исследуемой величины X следующим соотношением: У(Х+М)а(Х+М) + Ъ( , (2) Второе и третье измерения градуировочные, предназначенные для опреде ления параметров измерительного преобразователя. Их проводят однократно в процессе подготовки к проведению многократных однотипных измерений (например, взвешивания совокупности движущихся объектов) . Во автором такт в качестве тестового воздействия выбирают значение образцовой меры М. При этом результат второго измерени у (.М) записьшается в виде ) ciM + Ь М +С, 3 в третьем такте в качестве тестового воздействия выбирают значение образцовой меры М, умноженное на коэффициент передачи входного звена К. При этом результат . у КМ) оказывается связанным с параметрами изме18S ительного преобразователя следующим оотношением: у(КМ): аКм + ЬКМ + с. (,4) В четвертом такте формируют тестоое воздействие путем суммирования начения исследуемой величины X и начения образцовой меры М , умноженого на коэффициент передачи входноо звена К. Результат четвертого изерения у (Х+КМ) оказывается связаным с исследуемым параметром следуюим соотношением . у() а(х+КмГ (х+КМ) + с . (зГ Путем решения полученной системы уравнений определяют значение исследуемой величины V из следующего выражения(6) (М)+у(Х+КМК, . у(Х+М)-уСКМ)+уШ|-у(.Х+КМ) Анализ выражения 6) показывает, что результат измерения исследуемого параметра V не зависит от коэффициентов а,Ь ,.е. не зависит от дрейфа нуля, нелинейности характеристики измерительного преобразователя, а также от их изменения при воздействии температуры окружающей среды и старения элементов, из которых выполнен измерительный преобразователь. При измерении электрических и неэлектрических параметров, суммирование и масштабное преобразование которых может быть выполнено с высокой точностью в случае нелинейной функции преобразования, предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность измерений, поскольку значительно уменьшается погрешность аппроксимации нелинейной характеристики используемого измерительного преобразователя. Устройство, реализуюп;ее предлагаемый способ, проводит измерение веса движущихся или неподвижных объектов и содержит измеряемый объект .1 , платформы 2 и 3, электромагниты 4 и 5, жесткий рычаг 6 с коэффициентом передачи, равным единице, жесткий рычаг 7 с коэфс ициектом передачи К, блок 8 управления, массоизмерительный датчик 9 с нелинейной характеристикой преобразования, вторичный электрический линейньй измерительный преобразователь К), вычислительный блок 11 и одинаковые по величине эталонные грузы 12 и 13.

Устройство работает следующим образом. . I

Перед -началом измерений при от.сут ствии объекта I на платформе 2 блок 8 управления включает электромагнит 4, При этом вес платформы 2 Р, увеличивается на величину Р, эталонного груза 12. Характеристика пре образования датчика 9 описывается Ие линейной функцией вида

N а,. Xtd, X +01, , (7) где X - входная величина; a,,0j.ar неизвестные коэффициенты

аппроксимации характеристики датчика 9, В силу :уравнения; () результат измерения Nj выражается следующим qooтнoшeниeм: ..(Рп«.КР„„,-ьР„ +а,.(Р„ла КРпм ) где POJ, 5 - вес платформы 3. Блок 8 Управления отключает электромагнит 4 и включает электромагнит 5, увеличивая тем самым вес платформы 3 на величину Р, эталонного груза 13. Результат измерения М запишем в виде -ЬКР,) -ЬО, (Рп„.7 М, аДРп„,, ,., + а, .(9) КРп, + КР„) На платформу 2 устанавливают объект 1, вес Р которого необходимо измерить. Он может быть подвижным, либо неподвижным в процессе измерений. Результат измерения N4 выражается следующим соотношением: .(P,+P,., -ьКР„„.,+KP,J -ьа,(Р, + +Рп«.г КР„,,, -ьКР,,) -1-а, (10) Блок 8 управления отключает электромагнит 5 и включает электромагнит 4. При этом вес платформы 3 уменьшается на величину Р,- , а платформы 2 увеличивается на эту же величину. Результат L измерения М, запишем в ви де N,0. ( Р,-ьр„,., +кр„,., +р„) +а,(Рх + .t ,., +Р„) -ьа,. . (11)

690384

В вычислительном блоке 11 решается система уравнений (8), (9), (10), (11) относительно :неизвестного веса

РК 5 N,.+ N4 . .

Р - N7-N, (,2) В предлагаемом устройстве погрешность суммирования Р, +р., и Р, + JQ +КР, отсутствует, а коэффициент К определяют по соотношению плеч жесткого рычага 7, линейные размеры которого могут быть измерены с высокой точностью. Точность измерения неизвестного веса Р существенно повышается. Формула изобретения Способ измерения электрических и неэлектрических величин, основанный на проведении четырех последовательных измерений, первое из которых предусматривает измерение суммы значений измеряемой величины X и образцовой меры М, второе и третье измерения предусматривают измерение значения образцовой меры М и значения образцовой меры М, умноженного на коэффициент передачи входного звена К соответственно, при этом второе и третье измерения осуществляют однократно при проведении однотипных многократных измерений, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повьш1ения точности измерения, при четвертом измерении измеряют сумму значений измеряемой величины X и значения образцовой ме-. ры М, умноженного на коэффициент передачи входного звена К, при этом искомое значение величины X определяют по формуле x-Zlx±Ml-x (кмЬуMizlXiKM),, . j у(Х+М)-у(КМ)+у(М)-у(Х+КМ) где у(Х+М), у(М), у(КМ, у(Х+КМ) - результаты первого, второго, .третьего и четвертого измерений.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частностиок снособам измерения электрических и неэлектрических величин, и может быть использовано в автоматических системах измерения и контроля. Целью изобретения является расширение диапазона измерения и повьшение точности при проведении многократных одно.типных измерений за счет введения нелинейной аппроксимации функции преобразования. Устройство, реализующее способ измерения электрических и неэлектрических величин, содержит измеряемый объект 1, платформа 2, 3, -: электромагниты 4, 5, жесткий рычаг 6 с коэффициентом передачи, равным единице, жерткий рычаг 7 с коэффициентом передачи К, блок 8 управления, массоизмерительный датчик 9 с нелинейной характеристикой преобразования, вторичный электрический линейный измерительный преобразователь 10, вычислительный блок 11, одинаковые i по величине эталонные грузы 12 и 13. Способ предусматривает проведение че(Л тырех последовательных измерений, причем при четвертом измерении измеряют сумму значений измеряемой величины X и значение образцовой меры М, умноженное на коэффициент передачи входного звена, и по формуле определяют искомое значение величины X. 1 ил.