Устройство для измерения параметров газовых сред Советский патент 1981 года по МПК G01N27/22 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано при определении влажности и температуры газов.

Известно устройство для измерения влажности газов, состоящее из двух генераторов высокой частоты f и fg, электронного модулятора, пассивного смесителя на резисторах, буферного каскада, выполненного по схеме усилителя с эммитерной связью, причем входной транзистор включен по схеме с общим коллектором, а выходной транзистор - по схеме сз общей базой, и измерительного контура в коллекторе, состоящего из инлуктивности, подстроечной емкости, измерительного конденсатора и датчика влажности, детектора, усилителя низкой частоты и индикатора 1.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров газовых сред, в котором аналоговыми методами вычисляются полиномы третьей степени, аппроксимирующие зависимости Pj (КВА I/PH(RC и их произведение.

где Рц - парциальное давление водяных паров;

Р( - давление насьиценных водяных паров;

R. - сопротивление влажного термометра;

RJ, - сопротивление сухого термометра,

а также осуществляется реализация

10 зависимостей (Re) .,(Ерд) (где t - температура водяных паров; tr - температура насыщенных водяных паров) на основе кусочно-линейной аппроксимации функции коррекции (разности между функцией и ее линей15ным приближением).

Система состоит из нескольких сотен преобразователей, расходного

20 устройства, блока тактовых интервалов, влагомера, содержащего интервалы Инт.1, Инт.2 и Инт.З, к выходам которых подключены компараторы, выдающие сигналы на блок автоматики влагомера, который осуществляет подключение к интеграторам источников спорных напряжений и преобразуемых напряжений, а также термометра, генератора образцовой частоты, реверсивного счетчика импульсов (РСИ),

коммутатора, разрешающего прохождение сигналов от функциональных преобразователей на управление РСИ в зависимости от режима измерения и трех регистров памяти с цифровыми отсчетными устройствами 2,

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения влажности газовых сред вследствие использования для аппроксимации зависимостей Р (Кдд) , 1/Р (R,) и других аналоговых элементов, а также из-за аппроксимации этими элементами уже не реальных, а аппроксимированных полиномом третьей степени зависимостей, большая аппаратурная сложность системы, насчитывающая сотни диодных преобразователей, неЬбходим1г1Х для аналогового метода генерирования функций, невозможность измерения параметров газовых сред объектов, расположенных на значительном расстоянии (так как передача аналоговых сигналов, на большие расстояния чрезвычайно затруднительна) , а также узкий температурный диапазон, ограничивающийся 3-ей степенью аппроксимирующего полинома.Отметим, что увеличение температурного диапазона путем повышения степени полинома привело бы к значительному увеличению количества диодных преобразователей.

Цель изобретения - увеличение тоности измерения параметров газовых сред, уменьшения аппаратной сложности и обеспечение возможности измерения параметров газовых сред отдаленных объектов.

Поставленная цель достигается те что в устройство для измерения параметров газовых сред, содержащее, распределительный коммутатор, цифровой индикатор и датчик, выходы которого прдсоединены ко входам распределительного KOiviMyTaTOpa, введены аналогово-цифровой преобразователь (.АЦП) , формирователь адреса запоминающего устройства, представляющий собой вычислитель константы и смещающий график влево по оси абсцисс, счетчик и регистр аналоговоцифрового преобразователя, запоминающее устройство (ЗУ), коммутатор процессора , преобразователь из двоичного в двоично-десятичный код и процессор, содержащий регистры Р и Pg, регистры, снабженные цепями правого и левого сдвига на один разряд РЗ и Р, сумматор, коммутато сумматора и схему образования обратного кода, причем выход расределительного коммутатора подключен через аналогово-цифровой преобразователь и формирователь адреса ЗУ к информационным входам триггеров счетчика (старшие разряды АЦП) и регистра (младшие разряды АЦП)аналогово-цифрового преобразователя, а выходы счетчика АЦП подсоединены к адресным входам ЗУ, сигналы с выходных шин которого поступают на входы коммутатора процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого (на младшие разряды) поступают сигналы с выходных шин регистра АЦП а по третьему направлению коммутации поступают сигналы с выходных шин регистра Рг процессора, кроме того, выходные сигналы коммутатора процессора подключены ко входам регистра Р процессора, выходные сигналы которого поступают на входы схемы фО1мирования обратного кода и коммутатора сумматора по первому направлению коммутации, по второму направлению которого поступают сигналы с выходных шин схемы формирования обратного кода, а выходы коммутатора сумматора подсоединены ко входам одного из слагаемых сумматора, к входам второго слагаемого которого подсоединены выходы регистра Р процессора, которые, кроме того, подсоединены к информационным входам регистра РЗ, выходы которого через преобразователь из двоичного в двоичнодесятичный код подключены ко входам цифрового индикаторами Р процессора, и выходы сумматора подключены к информационным входам регистра Р/ процессора, и, помимо этого, выход старшего разряда регистра Рд процессора подключен ко входу младшего разряда регистра Рд процессора по направлению сдвига влево, выход которого подсоединен ко входу блока управления, а соответствующие выходы блока управления подсоединены к управляющим и тактовым входам всех блоков, входящих в устройство.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 сопротивлений, распределительный коммутатор 2, аналогово-цифровой преобразователь 3,счетчик 4 АЦП,регист 5 АЦП,ЗУ 6,коммутатор 7 процессора, регистры 8 и 9 процессора сооветственно, схему 10 формирования обратного кода, коммутатор 11 сумматора, сумматор 12, сдвиговые регистры 13 и 14 процессора Рд и Р соответственно, блок 15 управления, преобразователь 16 из двоичного в двоично-десятичный-крд, цифровой индикатор 17 и формирователь 18 адреса ЗУ.

Выходы датчика 1 сопротивлений подсоединены ко входам распределительного коммутатора 2, а его выход подключен через АЦП 3 и формирователь 18 к информационным входам тригеров счетчика АЦП 4 (старшие разряды АЦП) и регистра АЦП 5 (младшие разряды АЦП), а выходы счетчика АЦП подсоединены к адресным входам ЗУ 6 выходные шины которого подключены ко входам коммутатора 7 процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации к торого (на младшие разряды) подключены выходные шины регистра 8 проце сора Р, кроме того выходные шины когмутатора 7 процессора подключены ко входам регистра 9 процессора Р выходы которого подсоединены на вхо ды схемы 10 формирован.ия обратного кода и коммутатора 11 сумматора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации кото рого подключены выходные шины схемы 10 формирования обратного кода, а выходы коммутатора 11 сумматора под соединены ко входам одного из слага емых сумматора 12, ко входам второго слагаемого которого подсоеди1ены выходы регистра 13 процессора Рд, которые, кроме того, подсоеди1ены к информационным входам регист ра 14 процессора РЗ, выходы которого через преобразователь 16 из-двоичного в двоично-десятичный код подключены ко входам цифрового индикатора 17, а младший разряд его, кроме этого, подсоединен ко входу блока управления и регистра 8 процессора Р и выходы сумматора 12 подключены к информационным входам регистра Р4 13 процессора, и, помимо этого, выход старшего разряда регистра 13 подключен ко входу сдви га влево регистра 14. Устройство работает в режимах из мерения относительной влажности газа (Ср) , температуры газа (t) , темпе ратуры точки росы газа (С) . Измерение относительной влажности газа осуществляется с помощью вы числения формулы I р°. i c-RSYp . с е с с; где РОС давление насьощенных feoдяных паров, соответствующее сопротивлению g, -Rgc odCE.Ia) f-- шаг интерполяции. -целое ЧИСЛО; -соответствует сопротивлению .« всл г I Аналогичные соотношения выполняются и для Р° и Р по отношению к RU. t и С осуществляется по Измерение формулам нЧ°;, г--г° где t (С) и t° (t°) соответствуют сопротивлениям moaceji) с-,V / /R,,(e.) Л Вя R--f - V с Ve г В режиме влагомера блок управлекия вырабатывает последовательность управляющих импульсов, по которым :выполняются следующие операции. После поступления с распределительного коммутатора через АЦП и формирователь адреса ЗУ значения величины, соответствующей сопротивлению Е, блок 15 управления вырабатывает сигнал, по которому информация принимается на регистр АЦП и счетчик АЦП. Далее по информации, записанной в счетчике АЦП, из ЗУ считывается код давления водяных паров, соответствующий сопротивлению Rc-Rcwiod{t,f2) Е, и записывается по первому направлению коммутации коммутатора процессора в регистр Р процессора. В этом же рабочем такте обнуляется регистр Рд(13) процессора. Затем через коммутатор 11 сумматора и сумматор 12 (складывая с 0) код с регистра Р процессора переписывается в регистр Р 2 процессора. На следующем рабочем такте из счетчика АЦП вычитается единица и тем самым .формируется код сопротивления , соответствующий которому из ЗУ считывается Р и записывается по первому направлению коммутации в регистр Р (9) процессора. После этого из содержимого регистра 13 вычитается содержимое регистра 9, т.е. формируется разность PC-PC, которая записывается в регистр 13. Далее из регистра АЦП по второму аправлению коммутатора процессора считывается информация в регистр 9, информация из регистра 13 переписыается в регистр 14. Затем по стандартной программе, аписанной в блоке упра.вления, осуествляется умножение кодов, записаных в регистрах 9 и 14 (с помощью реистра 13), и формируется произведеиеRc-Rc od(e./2) е 1 (при Этом блок. управления в каждом абочем такте анализирует млад1иий азряд регистра 14).

Произведение.формируется в регистре 13,

В следующем такте по коду счетчика АЦП считывается из ЗУ в регистр Ру процессора код PC. Далее складывается содержимое регистра 13 и 9, ив регистре 13 формируется величина

V c- odjWO

PC ё

которая переписывается в регистр 8. Затем по аналогичной програьоле обрабатывается величина сопротивления

R

В с

Вычисленная величина

Р + t ftc-R8ctw d(&il2),ni -о

Лг. ТГГ ЛС nt

Вс

«г

формируется в регистре 13.

В следующем такте информация из регистра 8 переписывается по третьему направлению в регистр 9, и по стандартной программе, осуществляется операция деления содержимого регистра 13 на код, записанный в регистре 9 (в каждом рабочем такте анализируется младший разряд регистра 14). Величина частного формируется в регистре 14 (по цепи левого сдвига информация переписывается из старшего разряда регистра 13 в младший разряд регистра 14) и через преобразователь 16 фиксируется цифровым индикатором.

Если внешним тумблером 18 одноразовый счет в блоке управления установить режим одноразового счета, то вычисления на этом прерываются, если же тумблер не находится в указанном состоянии, то аналогичные вычисления повторяются снова.

Работа устройства,в режимах вычисления t{Rc)H C(Rec) полностью аналогична вычислениям величины

о Rc-RcmodCgil2)fpi роч

РС

3 режиме влагомера (отличие функционирования устройства в этих режимах от режима влагомера заключается лишь в том, что для вычислений t и Г используются другие ячейки ПЗУ)

Результат формируется в регистре 13 и переписывается в регистр 14.

Сложность устройства определяется разрядностью регистров, коммутаторов, сумматора и ЗУ, входящих в устройство, а также количеством ячеек ЗУ.

Все эти величины зависят от требуемой точности вычисления f , t и IT . Погрешность определения влажности определяется по формуле

ДРЬс

Pfec р

ГС

U.PQ и дР Qf - погрешности определения давления водяных и насыщенных водяных паров, соответственно.

iM „ .

где л Pgc и л Р погрешности метода определения давления Р

и Р

вс

6pfc и ДРе

погрешности вычислений устройством давлений и PC по указанному методу. . t

.

лРс),

р Г (РВ

Сини так как Pgc Р&

Зависимости Рцс () с

t (RC) , tr (RBC) отличаются той особенностью, что их кусочно-линейная интерполяция даже при значительном шаге интерполяции позволяет получить очень точное приближение к истинным кривым.

Таким образом, по сравнению с известным, предлагаемое устройство имеет значительные преимущества и по экономии аппаратурных затрат, и по точности определения исследуенвлх параметров газов.

Кроме того, поскольку определени f,t и Т осуществляется цифровым методом, то устройство может измерять параметры газовых сред объектов (практически без потери точности), расположенных на значительном расстянии, если датчик, распределительньШ коммутатор и АЦП находятся вблизи объекта, а остальная система связана с ними по кансшу телеметрии.

40

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров газовых сред, содержащее распределительный коммутатор, цифровой

5 Индикатор и датчик, выходы которого подсоединены ко входам распределительного коммутатора, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения параметров

Q газовых сред и обеспечения возможности измерения параметров газовых сред отдаленных объектов, в устройство введены аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь

адреса запоминающего устройства,

счетчик АЦП, регистр АЦП, запоминающее устройство (ЗУ), коммутатор процессора, преобразователь из двоичного кода в двоично-десятичный код и процессор, содержащий первый и второй регистры, третий и четвертый

регистры, снабженные цепями правого и левого сдвига на один разряд, сумматор, коммутатор сумматора и схему образования обратного кода, причем вьгход распределительного коммутато га

подключен через АЦП ,и формирователь сщреса ЗУ к информационным входам счетчика АЦП и регистра АЦП, а выходы счетчика АЦП подсоединены к адресным входам ЗУ, выходные шины которого пoдкJpoчeны к входам коммутатора процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого на младшие разряды подсоединены выходные шины регистра АЦП, а по третьему направлению коммутации- - выходные шины второго регистра процессора, кроме того, выходы коммутатора процессора подключены ко входам первого регистра процессора, выходы которого подключены ко входам схемы формирования обратного кода и коммутатора сумматора по первому направлению коммутации, ко второму направлению которого подсоединены выходы схемы формирования обратного кода, и выходы коммутатора сумматора подт соединены входам подачи одного из слагаемых сумматора, а к входг1М подачи второго слагаемого подсоединены

выходы четвертого регистра процессора, подключенные, кроме того, к информационным входам третьего регистра, выходы которого через преобразователь из двоичного кода в -двоично5 десятичный код подключены ко входам цифрового индикатора, и второго регистра процессора, а выходам сумка тора подключены к информационным входам четвертого регистра процесQ iCopa, и, помимо этого, выход старшего разряда четвертого регистра процессора подключен ко входу младшего ра-зряда 1 ретьего регистра процессора по направлению сдвига влево,

- выход которого подсоединен ко входу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 616567, кл. G 01 N 27/22, 1977.

2.Цйделко В.Л. и др. Измерительная система для контроля пара1«тров газовых сред. - Измерительная техника , 1978, 4 (прототип).