Способ измерения электрических и неэлектрических величин Советский патент 1990 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно может быть использовано при реализации информационно-измерительных систем.

Цель изобретения - повышение точности путем более короткого временного интервала выполнения посдедователь- ных тактов измерения, меньшего влияПИЯ нелинейности реальной функции преобразования, повьпиенной точности формирования меры &.

На чертеже изображена схема устройс Гва, реализующего способ.

Устройство содержит однозначную образцовую меру 1 (значением 9), образцовую меру 2 (значением 9), источ- ник 3 необразцового сигнала фиксиро- ванной величины, измерительный блок 4, блок 5 обработки и управления, блок б сравнения значения и:сследуемого па- р$метра с мерой &, сумматор 7, уп- рг вляемые ключевые злементы 8 и 9с

I Устройство, реализующее способ, ра бфтает следующим образом.

Измеряемьш параметр X ч;ерез сумматор 7 подается к выходу измерительного блока 4, преобразующего его в . вЬгходной сигнал Y. Одновременно из- м ряемьй сигнал поступает на блок 6 сравнения, где сравнивается со-значением в меры 2.

Выбор значения д„ меры 2 осуществ- лЯется следующим образом,, Анализируется рабочая область измерения исследуемого параметра X и характер изменения показаний измерительного блока 4: при подключении к нему исследуемого п араметра X - скачкообразный или Постепенный. При скачкообразном изме- н1ении показаний значение 0 выбирается б лизким к гранш1е рабочей области изменения исследуемого napaf ieTpa, При постепенном изменении показаний измерительного блока (постепенный выход на рабочий режим измерений) значение 0- может быть любым, включая нулевое значение, В качестве меры &, может быть использована реперная точка исследуемого процесса, в этом случае устройство, реализующее способ вместо блока 6 сравнения должно содержать датчик, реагирующий на достижение исследуемым параметром репер- иой точки (например, в полупроводниковых элементах при определенной температуре в области криогенных значе-- НИИ достигается явление сверхпроводимости,, которое может быть использовано в качестве признака, характеризующего определенную реперную точку температуры),

В момент совпадения значения Q меры 2 и значения исследуемого параметра X к входу измерительного блока 4 через ключевой элемент 9 подключают источник 3 необразцоБого сигнала

в

фиксирова 1:ной величтасы. Измеряют сум мУ-.знан-ен51Й Хд параметра и t необразцового сигнала от источника 3, запоминают попучениый на выходе результат YP (L означает результат, свя- занньй с операц таки с необразцоньм сигналом), затем откгасчшот источник 3 необразцового сигнала и продолжают измерения параметра X, Значения Yg (при измерении Х,. f/, ) и Y / характеризуют гранип,ы линеаризованного участка функции преобразования измерительного блока . и аапомина отся в блоке 5 обработки и управления, кото рьй управпкет работой ключевых элементов 8 н. 9- При достичении иссле- Iдуемым парз-метром значения, соответс вукщего выходному ср;гналу Y , блок 5 замыкает клочевой элемент У и на выходе измерктелы-юго блока noAy-iajoT результа ): Yg,, который запоми :ается .в блоке 5 в качестве новой грани11,ы линеаризованног о участка Затем блок 5 размыкагйт ключевой зленент 9, отключая источ:кик 3 необразцового сигнала.

В да;1Ьг;ейшем5 в процессе изманенк исследуемого парш- гетра Xj г сследова- тельность операций с н аобразцовь. сигналом., направленных на линеариза- цшо реальной фзяпчции праобразованил измерительнс Го устройств а сохрзляет аналогрг-гньй поря,,ок. При этом каждый из полученньж результатов измеренз-ю Y такой; что Yf.j , и в

блоке 5 об;; аботки ;вглр;1;каеч ся в размерности, едкнг-щ 4 иксированного значения необразцозого сигнала. Для этого на,и Ytf , - Yp.

KV 1t-tc

ходятся разности Y , - Y

и их отношение,, которое складьшается

с порядковым номером k подключения

источника 3 необразцового сигнала,

тогда

Xj- 0„-1- ,(k

Y,

Y« . - Yii

J-)

-С

(«1

где эна -геиие необразцового сигнала от источника 3,, которое в данном выражении представляет собой едини™ цу измерения,

Перевод значений Х; исследуемого параметра, в установленную для них размерность осуществляется после измерения сдного из значений X г параметра совместно с -образцовой мерой 1 Iзначения 6. Для этого блок 5 ет ключевой элемент 8 и подк-пючает т

число подкгаочений источника необразцового сигнала; значение выходного сигнала при измерении i-ro значения

параметра («,

Y. :$: Y .

t

%

+ t

);

«v7

значения выходных сигналов, соответствующие измерениям параметра вместе с необраз- цовым сигналом при его k-м (k +l)-M подключениях; Ti - значение необразцового сигнала фиксированной величины в установленных единицах измерения.

Для реализации способа не требуется разработка специальных технических средств, особенно при его использовании в информационно-измерительной , технике. Функции блока 5 могут выполняться ЭВМ или децентрализованными микропроцессорами, входяпщми в состав ИИС. Реализация источника 3 необраз- црвого сигнала зависит от контретных свойств исследуемого параметра, при этом реализуемость определяется самой возможностью измерения параметра и возможностью создания меры соответствующей физической величины.

Данньш способ измерения обеспечивает инвариантность результатов измерения к стабильности параметров реальной функции преобразования.

а

Упрощение технической реализации осуществляется за.--.счет более простых требований (условий), выполнение которых обеспечивает независимость результата измерения от параметров функции преобразования измерительного устройства: исследуемый параметр должен быть неизменным в течение только двух (а не четырех) тактов измерений, результаты только двух тактовых измерений (измерение параметра и измерение параметра совместно с фиксированным значением необразцового сигнала) должны принадлежать линейному участку функции преобразования измерительного устройства, т.е. только значение i необразцового сигнала определяет длину участка функции преобразования, подлежащего линейной аппроксимации; необходимы две однозначные меры 6 и бо, а не набор мер; ис- следуемьй параметр, может не отключаться от измерительного устройства в процессе реализации способа.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Данный способ перед промьшленным применением требует выбора (создания) однозначных мер б и бд , источника не- образцового сигнала фиксированной величины и сумматора с учетом информации об особенностях процессов изменения исследуемого параматра, целей измерения и сравнительной оценки продолжительности непрерывных измерений и временной стабипьности влиявших факторов в реальных условиях.

Формула изобретения

Способ измерения электрических и неэлектрических величин, состоящий в том, что измеряют исследуемый параметр, затем измеряют исследуемый параметр вместе с образцовой мерой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, выбирают образцовую меру, значение которой находится в области исследуемого па- раметра, сравнивают исследуемый параметр с выбранным значением меры и с момента совпадения значения меры и исследуемого параметра к входу измерительного блока периодически подключают источник необразцового сигнала фиксированной величины, измеряют исследуемый параметр вместе с необ- разцовым сигналом, запоминают значения выходного сигнала, соответствующие результатам измерения, ичисло пгод- ключенйй источника необразцового сигнала, отключают источник необразцового сигнала, затем в се последующие, после первого, подключения источника необразцового сигнала измерения исследуемого параметра выполняют в момент появления выходного сигнала, равного по величине значению ранее запомненных при измерении исследуемого параметра вместе с необразцовым сигналом, далее к входу измерительного блока подключают образцовую меру, .запоминают значения выходных сигналов из-, мерительного блока в момент подключения меры и в момент измерения исследуемого параметра вместе с мерой, отключают меру, выражают полученные значения выходных сигналов в размерности единиц фиксированного значения необразцового сигнала, определяют их разность, приравнивают.ее известному значению образцовой меры и находят значение необразцового сигнала фиксированной величины в устаобраздовую меру 1 через сумматор 7 совместно с.параметром Х; к входу измерительного блока 4, При этом в бло ке 5 запоминается значение Y выходного сигнала, соответствующее значению X.- параметра в момент подключения меры, и значение Yj выходного сигнала, соответствующее сумме значений X ; + 0 параметра и меры 1.

Момент подключения меры 1 относи-, тельно начала процесса измерений определяется знач1 1остью тех или иных участков диапазона изменений параметра по отношеншо к конкретной цели измерений, так как высокая точность определения действительных значений параметра достигается в способе после выполнения операций,. связанных с образцовой мерой 1. До этого момента все измеренные значения пара четра выражаются в размерности единиц необразцового сигнала, т„е. известны приближенно, но эта приблилсенность является достаточной для определения момента подключения меры 1, Это объясняется тем, что, как правило, в реальном масштабе времени выполняются измерения, связан:ные непосредственно с процессами управления (контроля).

Для процессов управления (контроля) в диапазоне наблюдаемого изменения параметра всегда можно выделить участки, представляющие собой наиболее важное (критическое) значение для целей контроля (управления), т,е операции с образцовой меррй 1 должны выполниться раньате, чем значение исследуемого параметра, а также сумма параметра и меры достигнет значимых зон изменения параметра, В измерительных системах (например, тедеметрнческие системы) набо подения за изменением параметра в целях изучения какого-либо процесса обычно не связаны с обработкой и использоЕ анием измерительной информации в реальном масштабе времени, поэтому момент подключения меры можно выбирать произвольно,,

Если свойства физической величины, параметр которой измеряется, позволяют вычитать физическую меру из параметра, тогда в блоке 5 обработки действительное значение необразцового сигнала может .быть получено сразу же после .операции подключения меры 1 к измерительному устройству с В противном случае измерение параметра совт местно с мерой 1 вызовет появатение на

1594436

выходе измерительного блока А такого значения Y-g сигнала, которое может быть выражено в размерности единиц f необразцового сигнала только после

дос:тижения параметром соответствующей ;области значений. Величина такого скачка и соответствующее ему время, необходимое для передачи единиц

установленной размерности от меры 1к измеренным значениям параметра, зави- си :: от скорости изменения параметра и , от значений 6 меры 1 и 2 необразцового сигнала. Например, при Q . t

результат измерения в установленных дл.5 него единицах измерения можно получить сразу после подключения меры 1 (в 1 амках линеаризированного участ- ка Y,,).

При всех возможных вариантах подключения меры 1 на выходе измеретель- ного блока 4 в конечном итоге будут зарегистрированы 1 два значения выходного сигнала - Y.- , соответствующее значению X . параметра в момент подключения меры, и Yg, соответствующее результату измерения суммы значений X + б параметра и меры 1. Учитывая, что в процессе измерений

число подключений источника 3 необразцового сигнала фиксируется для каждого нового линеаризированного участка функции преобразования, в блоке 5 обработки выражают полученные значеншс Y- и Y g выходного сигнала в размерности ед1-шиц С необразцового сигнала

xrVCi Y V

+ (n+,|i M-L ;

Y, +Y f«+i I

n+i

45

Затем определяется их разность и находят значение необразцового сигнала в установленной для параметра раз- мер1Ности

.

9

rv-n-b

Y;- Y-

тогда текущие значения параметра X определяются в блоке 5 в виде

У fl + (k + ) . i V Y, -Y.

1

где X. - текущее значение исследуемого парг1метра; 00 - значение меры 2;

.1594436

новленных для параметра единицах измерения, а действительные значения исследуемого параметра Х определяют по формуле

X,- Х,+ (k

, Y, -Yf,

де

е

-Уя) г,

X

k

значение параметра, соответствующее значению JQ меры 00 ;

- число, подключений источника необразцового сигнала;

Y. - значение, выходного сиг- J5 нала при измерении i-ro

10

Значения параметра, при этом ,. У, ., If, значения выходных сигналов, соответствующих измерениям исследуемого параметра вместе с необразцовым сигналом фиксированной величины при его k-M и (k4-1)-M подключениях;

f - значение необразцового сигнала фиксированной величины в установленных для параметра единицах измерения.

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно может быть использовано при реализации информационно-измерительных систем. Цель изобретения - повышение точности путем более короткого временного интервала выполнения последовательных тактов измерения, меньшего влияния нелинейности реальной функции преобразования, повышения точности формирования меры Θ. СПОСОБ СОСТОИТ В ТОМ, ЧТО ИЗМЕРЯЮТ ИССЛЕДУЕМЫЙ ПАРАМЕТР, ЗАТЕМ ИЗМЕРЯЮТ ИССЛЕДУЕМЫЙ ПАРАМЕТР ВМЕСТЕ С ОБРАЗЦОВОЙ МЕРОЙ Θ, выбирают образцовую меру Θ 0, значение которой находится в области изменения исследуемого параметра, сравнивают исследуемый параметр с выбранным значением меры и с момента совпадения значения меры Θ 0 и исследуемого параметра к входу измерительного блока периодически подключают источник необразцового сигнала фиксированной величины, измеряют исследуемый параметр вместе с необразцовым сигналом, запоминают значение выходного сигнала, соответствующее результатам измерения, и число подключений источника необразцового сигнала, отключают необразцовый сигнал, продолжают измерения исследуемого параметра, при этом все последующие операции, после первого подключения источника необразцового сигнала, выполняют в момент появления на выходе измерительного блока выходного сигнала, равного по значению ранее запомненным сигналам при измерении параметра вместе с образцовым сигналом, затем к выходу измерительного блока подключают образцовую меру Θ 0, запоминают значения выходных сигналов измерительного устройства в момент подключения меры и в момент измерения параметра вместе с мерой, отключают меру, выражают полученные значения выходных сигналов в размерности единиц фиксированного значения необразцового сигнала, определяют их разность, приравнивают ее известному значению образцовой меры Θ и находят значение необразцового сигнала фиксированной величины в установленных для параметров единицах измерения, а действительные значения исследуемого параметра определяют по формуле. 1 ил.