Устройство для вычисления относительнойВлАжНОСТи ВОздуХА Советский патент 1981 года по МПК G06F15/20 G01W1/11 

Изобретение относится к вычислительной технике, применяемой в метеорологии. Известен цифровой измеритель влажности воздуха, содержащий Д51тчик температуры, датчик абсолютной влажности измерительную схему, нормирующий пре образователь, устройство автоматичес кого перебора уставок, цифровой преобразователь, узел допусков, пусково устройство . Недостатком .устройства является н высокая точность измерения, обусловленная тем, что относительную влажность воздуха определяют, обрабатыва аналоговые величины, причем уставки для обработки задают также в аналоговом виде, т.е. к погрешностям измерительной схемы прибавляется погрешность установки режима измерения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является циф ровре устройство для .измерения отног сительной влажности воздуха, содержа щее датчики температуры точки росы и температуры воздуха, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, счетчики, делители, группы элементов И, генератор, триггер, элементы И и ИЛИ 2}. Недостатком известного устройства является недостаточная точность при . определении относительной влажности воздуха, вызванная, .во-первых, тем, что нелинейная зависимость скорости изменения упругости водяного пара от температуры аппроксимируется кусочнолинейной функцией, т.е. на погрешность результата измерения относительной влажности влияет погрешность аппроксимации. Во-вторых, на результат вычисления-относительной влажности воздуха влияет погрешность формирования последовательности импульсов, частота которых во времени изменяется пропорционально скорости изменения упругости водяного пара от температуры, вызванная уходом частоты генератора импульсов. Поскольку длительность каждого дискрета определяется частотой импульсов генератора и емкостью счетчика, то при изменении частоты генератора длительность дискретов времени изменяется, что влияет на результат вычисления относительной влажности воздуха, в-третьих, на результат вычисления влияет погрешность деления, возникающая из-за того, что

частное от деления значений упругости водяного пара при температурах точки росы и воздуха зависит от погрешностей делимого и делителя.

Цель устройства - повышение точности вычисления относительной влажности воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчики температуры точки росы и температуры воздуха, выходы.которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которо го соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого и генератора соединены соответственно с входами первого элемента И первый счетчик, выходы которого со-, единены с первыми входами соответствующих элементов И первой группы, выходы которых соединены с группой входов второго счетчика, третий и четве тый счетчики, два делителя, второйпятый элементы И, введены полусумматор, две группы элементов И, элемент ИЛИ, причем, первый выход аналогоцифрового преобразователя соединен с первыми входами первого и третьего счетчиков, выход которого соединен с вторым входом триггера, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом первого счетчика и первым входом полусумматора, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с первыми входами вторрго элемента И и элементов И второй группы, вторые и третьи входы которых соединены с соответствующими выходами ёторого- и четвертого счетчиков, выходы элементов И второй группы через элемент ИЛИ соединены с первым входом четвертого счетчика, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами полусумматора, управляющий выход второго счетчика соединен со вторыми входами третьего и четвертого элемен- тов- И и элементов И первой группы, пятый выход блока управления соединен с первым входом пятого элемента И и третьими входами элементов И первой группы, выход первого элемента И соединен со входом второго счетчика и вторыми входами второго и пятого элементов И, выходы которых через первый и второй делители соответственно соединены со вторыми и третьими входами третьего счетчика, группа входов которого соединена с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых соединены с шестым выходом блока управления, выходы четвертого счетчика соединены с вторыми входами соответствующих элементов И третьей груйпы.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для вычисления относительной влажности возруха.

Устройство содержит датчик 1 температуры точки росы, датчик 2 температуры воздуха, блок 3 управления, аналого-цифровой преобразователь 4, генератор 5, триггер б, делители 7 и 8, счетчики 9-12, группы элементов И 13-15, элемент ИЛИ 16, элементы И 17-21, полусумматор 22.

Устройство работает следующим образом..

На первом такте блок 3 подключает датчик 1 температуры точки росы на вход аналого-цифрового преобразователя 4, с выход}а которогоснимается код

N, К. / .

где К - коэффициент пропорциональности ; .

V

модуль температуры точки росы,«С.. .

При импульсы N поступают на.суммирующий вход счетчика 9, при t-r,,0°C - на вычитающий (управляющий сигнал на счетчик 9 поступает с аналого-цифрового преобразователя 4) Начальная установка счетчика 11 равна нулю,. начальная установка счетчика 9 равна N. В .счетчиках 9 и 11

NC NO

N записаны коды

4К

N9

N, ;

N.

NX.

Ml

Затем блок 3 подает импульс запуска на триггер 6, который устанавливается в единичное состояние и подает разрешение на первый вход элемента И 17, на другой вход которого поступают импульсы частоты fp с генератора 5. Импульсы частоты Гд проходят через элемент И 21, на другой вход которого подано разрешение с блока 3, через делитель 8 с постояннъал коэффициентом деления, на выходе которого формируется частота

FO i7 , на вычитающий вход счетчио 8

ка 11, уменьшая его содержание до нуля, в результате чего триггер 6 устанавливается в исходное нулевое состояние. Время t, в течение которого триггер б находится в единичном состоянии, равно.

N-H М«„,, .

вfB

За время t на вход счетчика 10 поступает количество импульсов Н2 (делимое):

«2 - jf- Kg F N,..Kg. В счётчике 9 хранится число N9 (делитель). На выходе счетчика 10

сформируется количество импульсов ll( .(частнбе) :

N Кд ,.|./- Ke

N

0

N

,

,

«т-р.

которое поступает через элементы iH 19 и 20, на другие входы которых поступают, сигналы с полусумматора 22, на вход счетчика 12 (начальная установка Которого равна N2), в котором будет подсчитано значение, N3 :

. Vtjr, На втором такте работы устройства блок 3 подключает датчик 2 температуры воздуха на вход аналого-цифрового преобразователя 4, на входе которого формируется код N4:

N4 KV /t/b/, где /t л/-модуль температурил возду ха, «С.

На втором такте устройство работает также, как и на первом такте, и на вход счетчика 12 поступит количество импульсов К. /to/. Ke 5 N(,4 К. tg

После двух тактов- работы устройства в счетчике 12 будет записано- количество импульсов N :KvltT.p.i-Ka , д-1 а1-К8

N,

i N1 о - - . Г. Г

М2Nt + i -tb

.p

На третьем такте работы устройства блок 3 подает импульс перезаписи на группу элементов И 14, т.е. переписывает код из счетчика 12 в счетчик 11, подает разрешение на элементы И 18 и 15, записывает единицу в счетчик 12 и подает импульс запуска на триггер 6. Импульсы с генератора 5 через элементы И 17 и 18, делитель 7, на выходе которого формируется частотаР Рд/ поступают на вычитающий вход счетчика 11, уменьшая его состояние до нуля, в результате чего триггер 6 устанавливается в исходное нулевое состояние. ta, в течение которого триггер б находится в единичном состоянии, равно

. 1б - f V/

( Кд .р.1-У:8 ,.Р, ,-4 / о .

За время 1,2 импульсы F поступают на вход счетчика 10. Частота импульFI/ на выходе элемента ИЛИ 16 равсов

Пб на

Мб о

где М„„- текущее значение в счетчике 12; А - полная емкость счетчиков

и 12.

Значение кода счетчике 12 равно

F..dt.

Из последних двух выраженип следует , что

тек - о

Fo-tj

, с.е

откуда

2

где с А .

К. концу времени i- в будет записан код N иь1Х,

(ы T viWI- 8,Kr(tJ-Ke,l Lr2.No.«,.i,.p No.K,-t,.

с-е

вьи

Полученный результат прямо пропорционален, значению относительной влажности воздуха. Известно, что упругость водяного пара находится в следующей зависимости от температуры:

jat

T.63a6i ЪП

Е 6,

6И070-10

+ t

где t-- температура, °С.

25

Если в последней формуле подставить вместо i- температуру воздуха, получают значение Е - упругость водяного пара при температуре воздуха, если вместо i подставить температуру

30 точки росы, получают значение упругости водяного пара при температуре точки росы. Значение относительной влажности воздуха i вычисляется по формуле

35

jtO

чоио i.

.

Если-в предлагаемом устройстве при нять ,, .

., .(326 а ,

...0,

то результат вычисления можно представить в виде

,

r2t5biL:f2leJ

.oL .p ънвА

Ю10

- .

что прямо пропорционально значению . относительной влажности воздуха.

Запись показателей cxenetiHr соответствукхцих температурам точки росы и воздуха в счетчик 12 происходив следукяцим образом.

Три соотношенгйя между знаками температур точки росы и воздуха представлены в таблице. . Импульсы с выхода счетчика 10 на входы счетчика 12 (суммирующий или вычитающий ) поступают в зависимости от такта работы устройства ( а О со ответствует первому такту, когда на вход .аналого-цифрового преобразователя 4 подключен датчик 1 температуры точки росы) и от знака измерен ной температуры (в О соответству ет положительной температуре точки росы или воздуха). На выходах полусумматора 22 формируются сигналы с: с аЬ + aF; ab + ab, которые поступают на в-ходы элементо И 19 И- 20 соответственно. Технико-экономический эффект пред ла1аемого устройства по сравнению с известным заключается в повьлиеуии точности вычисления относительной влажности воздуха. По сравнению с и вестным в изобретении устранены погрешности операции деления, погрешности аппроксимации зависимости упругости водяного пара от температуры кусочно-линейной функцией, погрешно ти генератора импульсов заполнения. Как следует из работы устройства, н результат измерения не влияют погрешности элементов, входящих в состав устройства. Практически точность вычисления относительной влаж ности воздуха ограничена точностью Формула изобретения Устройство для вычисления относи тельной влажности воздуха, содержаще датчики температуры тбчки росы и тем пературы воздуха, выходы которых соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход ко торого соединен, с.первым выходом бло Ка управления, второй выход которого соединен с первым входом триггера, выход которого и генератора соединен соответственно с входами первого эле мента И, первый счетчик, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И первой группы, выходы которых соединены с группой входов второго счетчика, тре тий, и четвертый счетчики, два делителя, второй-пятый элементы И, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности, в негр введены полусумматор, две группы элементов И,-элемент ИЛИ, причем первый выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первыми входами первого и третьего счетчиков, выход оторого соединен со вторым входом триггера, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторалм входом первого счетчика и первым входом полусумматора, второй вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четгвертый выход которого соединен с первыми входами второго элемента И и элементов И второй группы, вторые и третьи входы которых соединены с соответствующими выходами второго и четвертого счетчиков, выходы элементов И второй группы через элемент ИЛИ соедине-ны с первым входом четвертого счетчика, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами полусумматора, управляющий выход второго счетчика соединен со вторыми входами третьего и четвертого элементов И и элементов И первой группы, пятый выход блока управления соединен с первым входом пятого элемента И и третьими входами элементов И первой группы, выход первого элемента И соединен со входом .второго счетчика и вторыми входами второго и пятого элементов И, выходы которых через первый и второй делители соответственно соединены со вторыми и третьими входами третьего счетчика, групла входов которого соединена с выходами элементов И третьей группы, первые входы которых соединены с шестым выходом блока управления, выходы четвертого счетчика соединены с вторыми входами соответствующих элементов И третьей группы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 443350, кл.Q01W 1/11, 1973. 2. Авторское .свидетельство СССР по заявке W 2523086, кл. G 01 W 1/11, 1977 (прототип).