Способ определения мгновенного значения ЭДС термопары на фоне синусоидальной помехи Советский патент 1987 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к измерителной технике, в частности к термометрии, и может быть использовано в цифровых термометрах.

Целью изобретения является повышение точности определения при измерении быстроменяющихся, температур и в условиях воздействия помехи произвольной частоты.

На фиг. 1 изображен график изменения сигнала ЭДС термопары с наложенной на него помехой во времени; на фиг. 2 - блок-схема устройства дл реализации предлагаемого способа.

На схеме обозначены устройство 1 управления, аналого-цифровой преобразователь 2, арифметико-логическое устройство 3 и регистрирующее устройство 4.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

В начале процесса измерения (момент времени t,) по команде устройства 1 управления аналого-цифровой преобразователь 2, на вход которого поступает входной сигнал, преобразует его в цифровой код U , который по команде устройства 1 управления передается в арифметико-логическое устройство 3 и там хранится. Далее через одинаковые интервалы времени

С

ut, задаваемые устройством 1 управления, процесс, измерения повторяется в результате чего в арифметико-логическом устройстве хранятся цифровые коды и,, Uj, Uj, U и Uy . Затем арифметико-логическое устройство 3 производит расчет мгновенного значения ЭДС и выводит результат измерения на регистрирующее устройство 4.

Предлагаемый способ основан на том, что входной сигнал описывается следующей зависимостью:

и Kt + b + As in (со г. +1 ) (1) где К - ср орость изменения сигнала

ЭДС термопарыi

b - значение сигнала ЭДС в момен в-ремени, принятый за начало отсчета t 0; - соответственно амплитуда, частота и фаза сигнала помехи.

По измеренным трем отсчетам входного сигнала U, , U и U, в моменты

А и tf

времени t

1

и

i и, в и двум дополнительным отсчетам U и U в моменты времени t и t

4 s

составляют пять

уравнений с пятью неизвестными (К, Ь, А, (О и ц)

Kt, Kt, Kt, Kt.

AsinCcjt, +4 ) ,

Asin(ut,j + cf) + Asin(ut + tf ) + Asin(ut +ц )

(2)

Ktj + Ъ + AsLn(otj +tf )

10

Интервалы времени между отсчетами приняты равными и некратными периоду помехи

Ч t,

t, - t,

2/ л- i

t, дс ,n

(3)

где п - целое число.

Интервал времени между отсчетами не должен бе1ть кратен периоду помехи, так как в противном случае значения сигнала помехи равны. С учетом (3) можно записать

ut, +Ц1 u(t - 2ut) + (f (О t, + If - 2out;

cot (t,-ut) +tp cot, +cf -o)i,t;

cot w(t j + ut) +(f CO t, + Ч +Uut(4)

Cotj +q «(t5 + 2bt) +tp ut, + ц + 2out.

На:годят разности между значениями отсчетов-в содного сигнала

и, cos(ut.

и,

JUJ о U ч

+ .) .

Kut + 2A-sin()

3cout

и, 0

X cos((0t5 + tf a, и,

X cos(ot, a

U, Kut + 2A.-sin(-) X

ODUt.

U Kit + Cf

U, - U

ill) . 2 Kut

(5) + 2A.sin(5|-) X

, COЛt

5 X COS (cot, +1 +

+ 2A.sin(|-) X

3uit. 2

Вычитают в (5) первое уравнение из второго, второе из третьегоj третье из четвертого

- а

-4A-sin2 (-|-) , S in (cot,

+ ср - со U t);

5

Ч );

- а

.- а, + 4- + oDut).

-4A.sin4™)

T4A.sin4-|-)

sin(co t, +

(6) sin (cot, +

Производят деление в (6) первого уравнения на второе и третьего на второе

EiDiSJEl.-lJf-lii.. а, - а sinTutj + ф Т

sinCwt, + Ч +C5ut)

аз sin(.ut

.Tut, +ifT

Умножают обе части в уравнениях (7) на sinCcatj +cf)

а, - а.

sin(ot, + (f) sin(cot, +

+ cf)cosoit - cos((jtj +tp )sLny Д t; (8)

a - a

sinCcot +tf) sin(atj +

+ q)cosobt + cosCut, +ц )з1палс. Суммируют полученные уравнения

- а,

а4 - аэ

sin(ot, +cf)

2 sin (cot, +4 )cosobt.

Сокращая в (9) sinCcot, лучают

(f ),

COSUAt

a - a, ( аП

Находят мгновенное значение ЭДС в средней, третьей, точке (t,) из третьего уравнения (2):

Kt, + b и, - Asin(ot, +Cf). (11) Значение амплитуды помехи А находят из второго уравнения (6):

А ..

.(12)

4sin (-2)sin(otj + Ц) ) Подставляя (12) в (11), получают

Kt, + b и.

.

4sin(-)sin(ot, +(f) (13)

X sin(ut, +tp).

Сокращая в (13) sin (tot j + tf ) , учи,2

тьшая, чтосрз1п -2- 2(l-cosu&t), подставляя (10) в (13), получают

Kt, + b и.

).L

- а,Т - 2Та, Г) (14)

Подставляя в (14) выражения для

- а.

из (5), получают

и Kf, + ь и,

10

f5

(,) , . Uf - 4 + 6U, - 4Uj , .

Знаменатель дроби в (14) равен нулю, только когда синусоидальная помеха пересекает сигнал ЭДС термопары в момент Cj и Ktj + b Uj.

Следовательно, если выполняется равенство а а, то мгновенное значение ЭДС термопары в средней точке равно значению третьего отсчета. Если это равенство не выполняется , то ни числитель, ни знаменатель дроби в (14) не равны нулю, и мгновенное значение ЭДС термопары в средней точке вычисляется по формуле (15).

20

30

35

Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять мгновенное значение сигнала ЭДС термопары на фоне синусоидальной помехи, при этом сигнал ЭДС в процессе измерения может 25 изменяться по линейному закону, а частота помехи может иметь любое (постоянное по величине на время измерения) значение. Повышение точности обеспечивается тем, что медленные (долговременные) изменения частоты помехи не вносят погрешности в результат измерения, в отличие от известного способа при котором медленные изменения частоты (например, изменения частоты промьшшенной сети 50±0,5 Гц) приводит к погрешности измерения.

Формула изобретения

40

Способ определения мгновенного значения ЭДС термопары на фоне синусоидальной помехи, включающий измерение через равные интервалы вре45 мени первого, второго и третьего

мгновенных значений выходного сигнала термопары, отличающи й--- с я тем, что, с целью повышения точности определения при измерении

50 быстроменяющихся температур и в условиях воздействия, помехи произвольной частоты, дополнительно измеряют четвертое и пятое значения выходного сигнала термопары через интервалы

55 времени, равные инетрвалам времени между первыми тремя измерениями, а мгновенное значение ЭДС термопары в момент проведения третьего измерения определяют по формуле

и и 2У1 и,,

и,,

и, - 4U4 + + и, где и - мгновенное значение ЭДС тери.

мопары в момент проведения третьего измерения.

соответственно первое, второе, третье, четвертое и пятое мгновенные значения выходного сигнала термопары.

ар П t

i Т (.I

Изобретение относится к термо- метрии и может быть использовано в цифровых термометрах. Цель изобретения - повышение точности определения при измерении быстроменяющихся температур и в условиях воздействия помехи произвольной частоты. Способ позволяет измерять мгновенное значение сигнала ЭДС термопары на фоне синусоидальной помехи, при этом сигнал ЭДС в процессе измерения может изменяться по линейному закону, а частота помехи может иметь .любое значение. Повышение точности обеспечивается тем, что медленные изменения частоты помехи не вносят погрешности в результат измерения. 2 ил. i (Л

Фиё.г

Составитель Е.Рязанцев Редактор О.Юрковецкая Техред л.Сердюкова Корректор Г.Решетник

Заказ 3475/44 Тираж 776Подписное

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