Способ измерения давления

(11) 600404 Сотоэ Советскик Социапистическик Республик(45) Дата опубликования описания 0404,78 2(51) М. Кл.601 2 11/ Гоееааретееааый комете Совета таиниетрое ССС ао.Ааааа изобретений и открытий(71) Заявитель ексной автской промышл атиз ми нно и ПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к област контрольно-измерительной техники, частности к технике измерения дав ния. бы измерения фиэи тем сравнения иэме. - монотонно изменяю- опорной величинойпособ по которому ие преобразуется в 10 аемую компенсирующейгенератором силы того, что сам преобия в силу не охвасвяэью, возникаетинейности преобтого, источниками ся нелинейность нестабильность харазователей. иэобретени Пе ности Эт лагае иэмер с проов ние точ измерения давления,достигается тем, что по предому способу опорное давление одновреме ольными ха моменты вр опорного д нк полиномяюиэ2 но двумя датчикамактеристиками в + емени в период изавления, где пи п в функций отличия енения - степ Известны спосо ческих величин пу ряемой величины с щейся во времени(11 . Например,измеряемое давлен силу, уравновешив силой, создаваемо 121 . Вследствие разователь давле тывается обратной погрешность от не раэователя. Кроме погрешности являю генератора силы и рактеристик преобноминальных характеристик каждого датчика от их реальных Функций преобразования, определяют эти функции отличия по полученным 2 (щ+ и+2) значениям выходных сигналов датчиков, наосновании которых судят о величинахпогрешностей для каждого датчика вмомент равенства измеряемого и опорного давлений, после чего, вводя этизначения погрешностей в фактическиполученные результаты измерения, определяют измеряемую величину. Измеряемое давление Р сравнивается с монотонно-изменяющимся во времени опорнымдавлением РИ) , который, крометого, измеряется одновременно двумяразличными датчиками. Предполагается,что характеристики датчиков линейнонезависимые. Йа основании статистических данных о характеристиках датчикови устройства развертки давления приразличных значениях внешних возмущающих воздействий( температура окружающей среды, Влажности, нестабильностипитающих напряжений) выщвляются номинальные характеристикк 1 ( Р) и1, .(Р) первого и второго датчиков соответственно, а также классыкривых, из которых с заданной точностью аппроксимации не выходят погрешности датчиков как функции отличия номинальных характеристик датчиков от их реальных функций преобразования во времени.Таким образом, реальные характеристики датчиков в любой момент времени можно представить в видещ)РИ)1)+:СаС1 номгдеу 1 иу - выходные сигналы первого и второго датчиков;в ни - максимальные степени полиномов, описывающих функции отличия номинальных характеристик первого и второго датчиков соответственно от реальных функций преобразования во времени;а н Ь - коэффициенты разложения функций отличия первого и второго датчиков в степенной ряд.Эквивалентные значения опорного давления РЬ) в любой момент времен определяется путем преобразования выходных сигналов датчиков по обратным номинальным характеристикам г (у 1)1 НОМ ит г (,) первого и второго соответственйо.Если номинальные характеристики датчиков не отличаются от реальных функций преобразования, то значения опорного давления в любые фиксированные моменты времени 1 , измеренные первым и вторым датчиком одновременно, должны быть равны, Обозначим результаты измеренйй опорного давления в фиксированные моменты. времени 1через Р 1 И) и Р 2 (1 ), относящиеся к первому и второму датчикам соответственно. Отличие Разности Р 1(к) Рг(4) от нуля свидетельствует об отличии характеристик датчиков от реальныхфункций преобразования.Для любого момента времени 1 эта разность дает информацию о взвешенной сумме обоих датчиков. Задача заключается в разделении взвешенной суммы погрешностей на составляющие погрешностей каждого датчика. Разлагая разность эквивалентного опорного давления в ряд Тейлора в окрест"ностях точек, принадлежащих номинальным характеристикам и, учитывая,что относительная величина погрешностей каждого датчика не превышаетнескольких процентов, для любого момента времени можно записатьН 1 (Ч,)Р(с ) Р( ) " (С )Еа(1 ф 1 1а, ь,)(2) В этом уравнении неизвестными иявляются коэфФициенты а иОбщее количество которых равно (гп 1 и+ф 2).Измеряя У,Ин), зг (т), Р ( н) Рг ( )в фиксированные ( 1 п+п+2 момейты времени 1 и решая систему уравнений(2), получим значения коэффициентова; и аполиномов, описывающихфункции отличия номинальных характеристик датчиков от реальных.В процессе развертки опорного давления в момент времени Фнаступаетравенство измеряемого Ри опорного давлений Р Я) . Измерив времявычисляем значения функций отличия номинальных характеристик обоихдатчиков от реальных в точке измерения Р, т.е. значенияЕа;Си ЕЬ С 20 1 о " ) цВ момент времени Ф измеряютсятакже значения ч 1 О ) и уг И) выходных сигналов датчиков. Тогда скорректированные результаты измерения давления Р по обоим датчикам в соответствии с уравнением (1) вычисляют поформуламП рт,И)- Еаф 1 ноф" 1 го ф Чхг гн г)о Измеряемое давление оцениваетсякак среднее арифметическое скоррекЗ 5 тированных результатов измерений подвум датчикамРх +Рх240 К собственно измерительным эле-ментам для реализации предлагаемогоспособа устройству развертки опорногодавления, нуль-органу для сравненияи датчикам предъявляются минимальные 45 требования. устройство развертки идатчики могут иметь нестабильные вовремени нелинейные характеристики.Здесь важным является то, что, изменяясь во времени, эти характеристикине выходят. с заданной точностью аппроксимации из класса кривых, определенных статистически. Требование кнуль органу заключается лишь в достаточной чувствительности.Предлагаемый способ измерения давления обеспечивает по сравнению ссуществующими следующие преимущества:возможность использования в измерительной системе непрецизионных линейных датчиков; отсутствие необ ходимости разработки и примененияточных обратных преобразователей вы"ходкого сигнала датчика в измеряемоедавление.Отмеченные преимущества покаэыва ют, что применение способа позволяетсвести разработку прецизионных датчиков давления к разработке устройствцифровой обработки информации. Это.повышает надежность измерительныхустройств за счет использования простых датчиков, снижает технологическиетребования к изготовлению и позволяет производить их на неспециализированных предприятиях.Способ может быть использован для повышения точности измерения таких физических величин, для которых существуют сравнивающие устройства ((нуль-органы), имеются источники опорного сигнала. с устройствами развертки, и для измерения которых имеются датчики с различными характеристиками, желательно основанные на различных Физических явлениях, Этим требованиям удовлетворяет большинство электрических величин как электричес. кий ток (напряжение)частота, сопротивление, индуктивность, емкость, фаза и др., и теплотехнических величин как давление, сила (масса), температура и др. При этом к устройствам развертки и датчикам предъявляются минимальные требования. Например, в качестве устройства развертки для измерения электрического тока (напряжения) может быть использован генератор пилообразного напряжения с нелинейной и нестабильной во времени характеристикой.ЮНа чертеже показана блок-схема устройства для осуществления предла- гаемого способа.Устройство работает следующим образом.По команде фПуск от блока управления начинается развертка давле-ния от источника 2 опорного давления и запускается электронный секундомер 3. Выходной сигнал источникаопорного давления РС), монотонно изменяющийся во времени, подается на входы датчиков давления 4 и 5, а также на один вход нуль-органа б, на другой вход которого подается. измеряемое давление Р . Выходные сигналы датчиков 4 и 5 через электронные ключи б и 8, которые синхронно открываются в фиксированные моменты времени т х импульсами от блока управления, поступают в соответствующие функциональные преобразователи 9 и 10. Этими жеимпульсами от блока управления открывается электронный ключ 11. В моментравенства Р и Рй)нуль-орган б выдаетимпульс, которыЯ также управляет ключами 7, 8 и 11. Выходные сигналыдатчиков 4 и 5 через ключи 7 и 8,соответствующие моментам времени т,и моменту времени сравнения, а такжевыходные сигналы функциональных йреобразователей 9 и 10 непосредственно и электронного секундомера 3 через 15ключ 11 поступают в вычислительноеустройство 12 для обработки результатов измерений, который выдает значение измеряемого давления Р .Формула изобретенияСпособ измерения давления йутемсравнения измеряемого давления с монотонно изменяющимся во времени опорным давлением, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, опорное давление измеряютодновременно двумя датчиками с произвольными характеристиками в п +п + 2моменты времени в период измененияопорного давления, где в и ив степениполиномов функции отличия номинальныххарактеристик каждого датчика от ихреальных функций преобразования, определяют эти Функции отличия по полученным 2 (ю п+2) значениям выходныхсигналов датчиков, на основании которых судят о величинах погрешностей 40 для каждого датчика в момент равенства измеряемого и опорного давлений,после чего, вводя эти значения погрешностей в фактически полученныерезультаты измерения, определяют из меряемую величину.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе:1, Авторское свидетельство СССРМ 220580 6 0111/00, 1963.50 2. Авторское свидетельство СССР9 253440, й 01 6 11/00, 1970.Тираж 1112 Подписное Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5