Цифровое устройство для измерения относительной влажности Советский патент 1979 года по МПК G01W1/11 

(54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА П ставШ связйно также с измерительной схемой, нормирующим преобраэователем, узлом допусков, с пусковым устройством. . Датчик температуры и датчик абсолютной влажности включены в иэмерй тельную схему так, чтобы напряжение на ее выходе соответствовало непосредственно относительной влажности Связь измерительной схемы с устройством автоматического перебора уставок обеспечивает режимные изменения в измерительной схеме в зависимости от значений набранной уставки. Напряжение с выхода измерительной схе№1, пропорциональное относительной влажности, поступает на вход нормирующего преобразователя, где вычитается из нап1 яжения уставки, поступаю щего с нелинейного выхода устройства автоматического перебора уставок Полученную разность напряжений норШруют и сравнив.авэт с допуском в цифровой форме, и, если величина нърмирбванного напряжения меньше или равна допуску, прекращают автомати .ческий перебор уставок, получая при эт6й относительную влажность воздуха в цифровой форме. Недостатком этого устройства являеТсЯ невозможность получения высокой точности при определении относи;тельной влажности воздуха. Этот недостаток вызван тем, что фактически относительную влажность воздуха определяют,, оперируя аналоговыми вели чинами, причем уставки для оперирования с этими величинами задают так же в аналоговой форме,«и, таким образом, к notpeimocTH, которую дает. саОма измерительная схема при требуе мом режиме, прибавляется погрешност Ьтйетбчности установки самого режи ма. ., .....,. -ч .;..,: .... , . .: Целью изобрет,ения является првыШёние точности измерения относитель ной влажности воздуха. Эта цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве измерительная схема выполнена в виде подключе ных входами к выходам преоЬразбвате ля двух элементов И, Другие входа которых соедшнены с выходом третьего элемента и и входом первого счёт чйка, сбединенного по выходам через группу схем переноса со вторым .счетчййом, первый вход которого сое . с генератором импульсов и пер вым входом четвертого элемента И, а выходы - с входами пятого элемента И, выход которого соединен с импуль ными вход aNm группы, схем переноса НС йходсял триггера, выходом подклю че 1ного к второму Гвходу второго сче чйка, второму входу четвертого элемента И и к входам делитель пер вого к второго узлов деления, причем вход делимое первого узла деления соединен с выходом четвертого элемента И, а вход делимое второго узла деления соединен с выкодом первого узла деления и с входом третьего счетчика, выход которого соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подсоединен к выходу второго узла деления и к первому входу третьего элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго триггера, при этом выходи первого и второго элементов и соединены соответственно с входами делимое и делитель третьего узла деления, выход которого соединен со счетчиком ре-. зультата, -: На фиг, 1 п|редставлена Функцирйальйая схема описываемого цифрового устройства для измерения относительной .вла ности воздуха; на фиг.2 Фувкцио1 альная схема узла деления. Устройство содержит датчик 1 температуры точки росы, датчик 2 температуры воздуха, преобразователь 3, эЯеМёнтьа и 4, 5, б, счетчик 7, группу схем переноса 8, счетчик 9, генератор 10 импульсов, элементы И 11, 12, триггер 13, узел деления 14, 15, счетчик 16, триггер 17, узел деления 18, счетчик результата 19. Узел деления 14 состоит из счетчика делимого 20, счетчика делейия 21f группы схем переноса 22. ВЬзходы датчиков 1 и 2 соединены :С входами преобразователя 3, выходы которого соединены с одними из входов элементов И 4 и 5, другие вхоДы этих элементов срединены с входом счетчика 7 и Выходом элемента И б. Установочные входы счетчика 9 соединены через; группы схем переноса 8с выхоДаШ счетчика 7, Выход генератора импульсов 10 соединен с суммируюВзии входом счетчика 9 и с одним из аходОв эяёйе та И ii. выходы счётчика 9 4eipfe3 эйёмент И 12 соединены с. импульййыш входами группы схем переноса 8 и с входом триггера 13, внход соединён с вычитаюшм входом счетчика 9, с . входом элемента И 11 и входами делитель узлов деления 14 и 15. Вход делимое узла деления 14 соединен с выходом элемента И 11, а вход делиузЛа Jделения 15 соединен с выходом узла деления 14 и входом счетчика 16, выхрд которого соединен с одним из входов триггера 17, другой вход этого триггера соединен с выходом узла деления 15, Выход триггера 17 связан с одним из входов элемента И 6, другой вход это.го элемента соединен с выходом узла деления 15, Выходы элементов И 4 и 5 связаны с входами делимое и делитель узла деления 18, выход которого подключен -к счетчику результата 19.-/ В предлагаемом устройстве определение относительной влажности производится по формуле f «-1-100%, , где f - относительная влажность воздуха6 - упругость водяного пара при температуре точки росы; Е - упругость водяного пара при температуре сухого термсячвтра (температуре воздуха). Особенностью работы устройства яв ляется формирование последовательнос ти импузпьсов, частота которых во времени изменяется пропорционально скорости изменения упругости водяного пара от температуры. Одновременно с началом формирования этой последовательности начинедат формирование двух временных интервалов. Длительность первого временно О интервала пропорциональна измеренно му значению температуры точки росы, длительность BTOpoto временного интё вала пропорциональна измеренному значению тештерату аз воздуха. Суммируя импульсы сформированной последовательности за первый времённой интервал, получают величину,пропорциональную С. Это следует из зако на, по которому изменяется частота импульсов пооледовательности, Аналогично, суммируя импульсы сформированной последовательности за второй временной интервал, получают величину, пропорциональную Е, Затем делением числа, полученного за первы временной интервал на число, получен кое за второй временной интервал, получают величину, пропорциональную относительной влажности воздуха, ; в устройстве временные интервалы, |пропорциональныв температуре точки росы и температуре воздуха, формируются соответственно на первом и втором выходах преобразователя 3, На йёрвый и второй входы этого преобразователя 3 поступают сигналы с датчи ка 1 температуры точки росы и датчика 2 тектературы воздуха сОответст.венно. Временной интервал на первом выходе преобразователя 3 является сигналом разрешения для элемента И 4 временной интервал на втором выходе преобразователя 3 является сигналом разрешения для элемента И 5. На вторые входы элементов И 4, 5 поступает частота с выхода элемента И б. Эта частота во времени изменяется пропор ционально скорости изменения упругос ти водяного пара от т.емпературы, С выхода элемента И 4 эта частота посту пает в течение временного интервала. пропорционального температуре точки росы, на вход делимое узла деления 18, с выхода элемента И 5 эта частота поотупает на вход делитель узла деления 18 в течение временного интед вала, пропорционального температуре воздуха, с выхода узла деления 18 частное от деления количества импульсов этих частот поступает на счетчик результата 19, ЧтоОа яопучить последовательность импульсов, частота которых во време ки изменяется пропорцисжгшьно скорости из №Нвния yitpyfocTH водяного паjpa от текшёрату|ЯУ, необходимо в терпение каждо о временного дискрета, соответствующего даскрету температуjpta ДТ, делить число импульсов, пропфциональных Е на число импульсов, пррпорцнональяых квадрату интервала времени с начала 1работы уст- рсйства, и вычитать из полученного значения число импульсов, пропорциональйых отноыейин) величины Е к постоянному коэффициенту и к интервалу времени с начала рабсты устройства. Этот принцип и реализован в устрсйст:Ве, . , ; Предлагаемое устройство работает следуювдам образом, ; В счетчики 7 и 9 в момент команды начальная усггановка (цепи этой команды на , 1 не показаны) записывается число импульсов, состветст-. вуюиее величине Е - начальное значение упругости водяного дара при нижней границе тe пepaтypнoгo диапазона ({31 ерения, По этой же ксжанде в счетчики делителя узлов деления 14 и 15 записывается число импульсов, соответствующее Значению температуры Т при Е, - температура нижнего диапазона измерения). Триrreip 13 управляет релсимсм работы счетчика 9, исходное состояние триггера - О, при этом счётчик 9 работает на сложение, Имлульсы с генератора 10 начинают поступать на счетный выход счётчика 9, работающего на слсисение, и на элемент И 11, на втсфом входе которого нет разрешения с выхода триггера 13, т,ё, импульсы с генератора 10 чеоеэ элемент И 11 не проходят, В счетчике 9 производится суммирование импульсов генератораЮ с начальной установкой, соответствующей Е, Как только счетчик 9 переполнится и, следовательно, обнулится, на выходе элемента И 12 формируется сигнал, так как элеент И 12 расшифровывает нулевое сосояние счетчика 9, Сигнал с выхода элемента И 12 поступает на счетный выход триггера 13, триггер 13 уста, поэтому счетчик авливается в 9 теперь будет работать на вычитание, на втором входе элемента И 11 появЯяется разрешение. Этот,.же сигнал с выхода элемента И 12 поступает на входы группы схем переноса 8, тем баЙЕЗм даетсяразрешение на установку Б счетчик 9 из счетчика 7 числа соответствующего Е. Импульсы с генератора 10 продопжайт поступать на счетный вход счетчика 9, р ботающе-го на вычитание и через элемент й 11, нГа втором входе OWpt ro есть раз р ё1цёниё с выхода триггера 13, импульсы поступаютна вход делимое узла деления 14.Как только из счетчика 9 вычтется число импульсов, соответствующее Е, при этом на входе делимое узла деления 14 поступит такое Же количество импульсов, счетчик 9 обнулится, при на элементе И 12 появится сигнал по которому в счетчик 9 будет введено Число из счетчика 7. Ниже будет .. показано, что число, установленное в счетчик 9, будет соответствовать Е, при температуре Tj Т + дТ. По.этому же сигналу с выхода элемента И 12 триггер 13 устанавливается в О в счетчики делителя узлов деления 14 и 15 пёрвпадом с этого триггера добавится по , т.е. значение тем пёратуры изменится на один дискрет. Этотйь «ёнт и является моментом оконч йнйя первого дискрета времени и мойШтс начала второго дискрета времени. Длительность первого .дискрета вр мени, как и любого последующего неиз Шнна и определяется частотой импульсов генератора 10 и емкостью счетчик 9. В Первую часть дискрета времени счетчик 9 работает на сложение от не которой начальной установки до обнулйния, во второй части - на вычитани от той же начальной установки до обнуления. Таким образом, количество им пульдов, поступающих на счетчик 9 за отдельный дискре - времени неизменно и равно полной емкости счетчика 9. В первсм дискрете на вход делимое узла деления 14 поступило число импульсов, соответствующее Е, в счетчике делитель этого узла было установлено значение Т; . На выходе узла деления 14 будет получено ко личесТво импульсов, равное , Эти импулйсы поступают на вход целимое узла деления 15, с выхода узла деления будут поступать импульсы, количество которых определяются соотнаие Емкость счетчика 16. выбирается ра ной С, следовательно количество) импульсов переполнения с выхода счет чика 16 определяется соотношением Е .... Ef 17 стТ Триггер 17 и элемент И б предназначены для вычитания импульсных пос,педоватэльностей с выхода узла деле ния 15 и счетчика 16, т.е. для получения на выходе элемента И б разнос L JЗаведомо известно. т, ст, Jli.-ll Следовательно, в прот„ съ межуток времени между двумя импульсами на выходе узла деления 15 может появиться только один импульс на выходе счетчика 16. Импульсы с выхода узла деления 15 поступают также на триггер 17, устанавливая его в О, тем самым триггер 17 дает разретиение на элемент и 6, и импульсы с выхода узла деления 15 проходят на выход элемента И 6. Если появляется импульс iHa выходе счетчика 16, триггер 17 устанавливается в , формируя запрет на элементе И 6. След.ующий импульс с выхода узла деления 15 через элемент И 6 не пройдет, и только по окончании этого импульса триггер 17 установится в О, разрешая прохождение импульсов с. выхода узла деления 15 через элемент И 6. Так осуl lществляется вычитание Результат этого вычитания, получаемый в течение первого дискрета времени, соответствующего Т, поступает на счетный вход счетчика 7, в котором суммируется с величиной, соответствующей Е. В результате к началу второго дискрета времени в счетчике 7 зафиксирована величина Е, соответствующая установленным коэффициентам деления Tj в счетчиках дели.теля узлов деления 14 и 15. Во втором и последующих дискретах времени схема функционирует так же. Как и в первом дискрете, Таким образом, на один вход элемента И 4 будет поступать частота, скорость изменения которой во времени пропорциональна скорости изменения упругости водяного пара от температуры. На другой вход элемента И 4 поступает сигнал разреиения, длительность которого пропорциональна температуре точки росы. Поэтому на вход делимое узла деления поступит число импульсов, пропорциональное упругости водяного пара при температуре точки росы. Аналогично, с выхода элемента И 5 на вход делитель узла деления 18 поступит число импульсов, пропсчрциональное упругости водяного пара при температуре воздуха. Частное от деления этих чисел, про.порциональное относительной влажности воздуха, поступит с выхода узла деления 18 на вход счетчика результата 19.

Узел деления 14 или 15 (см, фиг712) состоит из двух двоичных счетчиков |20, 21 и группы элементов И 22, Счет чик 20 является счетчиком делимого, счетчик 21 - счетчиком делителя. Выходы разрядных тртггеров счетчика 21 соединены с входаш сосяветствующих элементов И 22, а выхоЕ(ы этих элементов соединены с установочными входами счетчика 20, Число из счетчика: 21 перезаписываетсяв параллельном обратном коде в счетчик 20 по каждому импульсу переполнения Ма выходе счетчика 20, Наприм еслв |кужно производить Деление на 2, в счетчик 21 записывается 1, импульсная последовательность подается на счетный вход счетчика 20 и по каждому второму импульсу на входе этого счетчика на выходе счетчика 20 будет появляться импульс переполнения,Если нужно производить деление на 3 в счетчик 21 записывается число 2 и.т«д

Технико-эконс мческий эффект предлагаемого цифрового устройства измерения относительной влажности воздуха заключается в повышении точности при измерении относительной влажаос;ги. Для получения относительной влажностИ воздуха при заданной погрешности измерения необходимо выбрать соответствующую дискретность температуры (времени) , диапазон изменения и дискретность Е, Т,е, емкость счетчиков 7 и 9,

I , --,

Ферула изобретения

Цифровое устройство для измерения относительной влажности воздуха, содержащее датчики температуры точки росы и температуры воздуха, соединенные с входами преобразователя, а также измерительную схему, отличаю щ ё е с я тем, что, с целью повышения точности, в нем измерительная схема выполнена в виде подключенных входами к выходам преобразователя двух элементов И, другие входы которых соединены с выходсм третьего элемента И и вхсздом счетчика, соединенного по выходс1М через группу схем переноса со вторым счетчиком, первый вход которого соединен с генератором импульсов и первым входом четвертого элемента И, а выходы - с входгшш пятого элемента И, выход которого соединен симпульсными входами группы. схем переноса и с входом триггера, выходом подключенного к второму вхо.ду второго счетчика, втсчрюму входу |Четвертого элемента И и к входам ;делитель первого и второго узлов деления, причем вход делимое первого узла деления соединен с выходом четвертого И, а вход делимое второго узла деления соединен с выходом первого узла давления и с входом третьего счетчика, выход которого соединен с первым входом второго триггера, втсчрой вход которого подсоединен к выходу второго узла деления и к первому входу третьего элемента И, втсфым входом соединенного с выходом втсфого триггера, при этом выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с входами делимое

и делитель

третьего узла деления, выход которого соединен со счетчик результата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1, Патент США 3719810, кл, 235-151,3, 1973.

2 о Авторское.свидетельство СССР № 443350, кл, aolWl/ll, 1973,