Способ измерения электрических и неэлектрических величин

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 159443 193 8 51)5 6 01 К 19 0 ОМИТЕТ ОТНРЫТИ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ат ЕН СА АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ.09.90.С. Ракуш1.317.72торское Бюл. 135ин и С.Е. Каранден 5 (088.8)свидетельство СССР С 01 К 19/00, 1982 ков 1126885,го параме ил,Изобре ние относится к и нике и преимущест еринно моиз ации ельнойет быть польэовано прино-измерительнь ормацио истем.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН(57) Изобретение относится к измерительной технике и преимущественноможет быть использовано при реализации информационно-измерительных систем. Цель изобретения - повышениеточности путем более короткого временного интервала выполнения последовательных тактов измерения, меньшеговлияния нелинейности реальной функциипреобразования, повьппения точностиформирования меры 8. Способ состоитв том, что измеряют исследуемый параметр, затем измеряют исследуемыйпараметр вместе с образцовой мерой9, выбирают образцовую меру Вп, значение которой находится в области изменения исследуемого параметра, сравнивают исследуемый параметр с выбранным значением меры и с момента совпадения значения меры 9 и исследуемого параметра к входу измерительногоблока периодически подключают источник необразцового сигнала фиксированной величины, измеряют исследуемыйпараметр вместе с,необразцовым сигналом, запоминают значение выходного сигнала, соответствующее разультатам измерения, и число подключений источника необразцового сигнала, о-,ключают необраэцовый сигнал, продолжаютизмерения 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 изме- а рительного блока подключают образцовую меру 8, запоминают значения выходных сигналов измерительного устройстна н момент подключения мерю и е мо- С мент измерения параметров вместе смерой, отключают меру, выражают полу" ченные знчения выходных сигналов в размерности единиц фиксированного значения необразцового сигнала, определяют их разность, приравнивают ее известному значению образцовои меры 0 и на ходят значение необразцового сигнала вЬ фиксированной величины в установлен- . Я) ных для параметров единицах измерения, ф а действительные значения исследуемотра определяют по формуле. Цель изобретения - повышение точости путем более короткого временноо интервала выполнения посдедовательых тактов измерения, меньшего влия 1594436ния нелинейности реальной функциипреобразования, повьпцено 1 точностиформирования меры В,На чертеже изображена схема устрой 5ства 9 реализующего способ.Устройство содержит однозначнуюобразцовую меру 1 (значением 9 ) 9 образцовую меру 2 (значением 8 ), источник 3 необразцового сигнала фиксиро пванной величины, измерительный блок 4,блок 5 обработки и управлния 9 блок 6сравнения значения исследуемого па-.рйметра с мерой 99 сумматор 79 упрвляемье ключевые элементы 8 и 9. 15Устройство, реализующее способ, ра 6111 тает следующим образом.Измеряемый параметр Х через сумма. -тор 7 подается к выходу измерительного блока 4, преобразующего его вВбХОДНОй СИГНаЛ 1 ь ОДНОВРЕМЕННО ИэмеряемьЙ сигнал поступает на блок 6фавнения 9 где сравнивается со значе -НИем О меры 2.Выбор значения О меры 2 осуществляется следующим образом Анализируется рабочая область измерения исследуемого параметра Х и характер изменения показаний измерительного блока4 при подключении к нему исследуемого Зпараметра Х - "скачкообразный" или11постепенный. При скачкообразном изменении показаний зн ачение 8, выб ирае тсяблизким к границе рабочей области иэеения исследуемого параметра, ПриПостепенном изменении показаний измерительного блока (постепенный выход на рабочий режим измерений) значение 6 может быть любым, включаяанулевое значение. В качестве меры11 11может быть использована реперн аяТочка исследуемого процесса, в этомслучае устройство, реализующее способ,Вместо блока 6 сравнения должно содержать датчик, реагирующий на дости1(жение исследуемьм параметром реперной" точки (например, в. полупроводниковых элементах при определенной темПературе в области криогенных значений достигается явление сверхпроводимости 9, которое может быть использо"вано в качестве признака, характери 11зующего определенную "реперную точку температуры).В момент совпадения значения 855меры 2 и значения исследуемого параметра Х к входу измерительного блока4 через ключевой элемент 9 подкпочают источник 3 необразцового сигнала 11 иксировацО величины, Изыеряют суммузнанен,й Хо параметра и С необразцового спналя От источника 3, запоминяот 1 О 1 ученьЙ ня выходе результат 19 , 1:. Означает результат, свя 1занный с Оерацими с необразцовымСИГН ЯЛОМ г, ЗЯТЕМ 01 КЛЮЧЯЮТ ИСТОЧНИК 3 НЕОбрг 1 зстОВОГго СИГНяЛа И ПродОЛжаЮТ измерения Яраметре Х, Значения 19д (при измерении Х = Й ) и У. 11 харак -гтеризуют границы линеаризованного участка Ф;нкции преобразования изме- рнтЕЛЬНОГО бг:Окя 4 И ЗяПОгьНгЗОТСя В блоке 5 Обраоотки и управлея 1 который упрев 1 ет 11;ябсто" ключегых элементов 8 и 9. 1 ри цостичении исследуемьм яр,-".9 етром значения 9 состветствующего вьходному сигналу У, блок 5 замькает ":ьочевой элемент с 9 и ня выходе 1 з.ертелього блока. Поду:ао 1 результа 1 , 1 оторь 01 запомЯ.-:,Яется .в блоке 5 в каьестье новой гранины ЛИНЕаРИЗОВЯННОГО УЧЯСТКЯь ьа ТЕМ бЛОК 5 размыка.т кх:.Очевой элем: - .нт 9, От" КЛОЧЯЯ ИСТСгчн.К,5 ЕобРЯЗОВОГО СИГ"нала.В даь:,е;-юемь в процессе измнения исследуе 1 ого пар метра Х 9 госледовательность Операций с необразцовымСИГНЛЛО 1 ь 9 ЯГ РгЗВЛЕНгЬЖ НЯ ЛИНЕЯРИЗ Я- цо реал,нг й ф;нкции преобразования измерительноО ус".рэ.ства, сохраняет ЯнЯлогичный порядок г 11 р 1 этом кЯждьЙиз полученных результатов измерения У ТЯКОЙ Что 1 УУ9 и В11, 1 ь 91блоке 5 Об:.Ябоси,выражается в размерности ед ниц фиксированного значения необразцового сигнала, Для этого находятся разности- "111 н 199 - Уь 191 ь и их отноцение 9 которое складьвается с порядковым номером 1 с подключения истОчника 3 необразцового синалЯ тогда8 Ь-: - , 4г уь г,1где 8 - значение необразцового сигнала от сточникя 39 которое в данном вырЯжении предстЯвляет собой едини цу измеренияПеревсд значений Х, исследуемого параметре в установленную для них размерность осуществляется после измерения сдного из значений Х пара.3метра соьместно с Образцовой мерой 1 значения 6. Для этого блок 5 замкает ключевой элемент 8 и подклочаетЕ, и- число подключений источниканеобразцового сигнала;У; - значение выходного сигналапри измерении д-го значенияпараметра (У (У,У);5кУ,У - значения выходных сигналов,1 ф 1соответствующие измерениямпараметра вместе с необразцовым сигналом при его 1 с-.мОс + 1)-м подключениях;К - значение необразцового сигнала фиксированной величины вустановленных единицах измерения.Для реализации способа не требуется разработка специальных техническихсредств, особенно при его использовании в информационно-измерительной . 20технике. Функции блока 5 могут выполняться ЗВМ или децентрализованнымимикропроцессорами, входящими в составИИС. Реализация источника 3 необразцового сигнала зависит от контретных 25свойств исследуемого параметра, приэтом реализуемость определяется самойвозможностью измерения параметра ивозможностью создания меры соответствующей физической величины, 30Данный способ измерения обеспечивает инвариантность результатов измерения к стабильности параметров реальной функции преобразования.а35Упрощение технической реализации осуществляется за".счет более простых требований (условий), выполнение которых обеспечивает независимость результата измерения от параметров 40 функции преобразования измерительного устройства: исследуемый параметр должен быть неизменным в течение только двух (а не чтырех) 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 значениенеобразцового сигнала определяет длину участка функции преобразования, подлежащего линейной аппроксимации; необходимы две однознач 55 ные меры 0 и 8, а не набор мер; исследуемый параметр может не отключаться от измерительного устройства в процессе реализации способа. Данный способ перед промышленным применением требует выбора (создания) однозначных мер д и 9, источника необразцового сигнала фиксированной величины и сумматора с учетом информации об особенностях процессов изменения исследуемого параматра, целей измерения и сравнительной .оценки продолжительности непрерывных измерений и временной стабильности влиявших факторов в реальных условиях.Формула изобретенияСпособ измерения электрических и неэлектрических величин, состоящий в том, что измеряют исследуемый параметр, затем измеряют исследуемый параметр вместе с образцовой мерой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, выбирают образцовую меру, значение которой находится в области исследуемого параметра, 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 необразцовым сигналом, запоминают значения выходного сигнала, соответствующие результатам измерения, и число подключений источника необразцового сигнала, отключают источник необразцового сигнала, затем все 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 мерузапоминают 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 уста30 5 159443образцовую меру 1 через сумматорсовместно с параметром Х к входу из мерительного блока 4, При этом в бло"ке 5 запоминается значение У выходного сигнала, соответствующее значению Х параметра в момент подключе 3ния меры, и значение Увыходногосигнала, соответствующее сумме значений Х + 8 параме п 1 а и меры 1,Момент подключения меры 1 относительно начала процесса измерений определяется значимостью тех или иныхучастков диапазона изменений пара-метра по отношению к конкретной целиизмерений, так как высокая точностьопределения действительных значенийпараметра достигается в способе послевыполнения операций,. связанных с образцовой мерой 1. До этого моментавсе измеренные значения параметра выражаются в размерности единиц необразцового сигнала, т.е. известны приближенно, но эта поиближенность является достаточной для определения мо- д 5мента подключения меры 1. Это объясняется тем, что, как правило, в реальном масштабе времени выполняются измерения, связанные непосредственно спроцессами управления (контроля) .Для процессов управления (контроля) в диапазоне на 5 людаемого изменения параметра всегда можно выделитьучастки, представ.тающие собой наиболее важное (критическое) значение для35целей контроля (управления), т. е, операции с образцовой мерой 1 должны выполняться раньше, чем значение исследуемого параметра, а также сумма параметра и меры достигнет значимых зонизменения параметра, В измерительныхсистемах (например, тедеметрическиесистемы) наблюдения эа изменением параметра в целях изучения какого-либопроцесса обычно не связаны с обработкой и использованием измерительнойинформации в реальном масштабе вре -мени, поэтому момент подключения меры можно выбирать произвольноЕсли свойства физической величины,параметр которой измеряется, позволяют вычитать Физическую меру из па -раметра, тогда в блоке 5 обработкидействительное значение необразцовогосигнала может быть получено сразу жепосле операции подключения меры 1 кизмерительному устройству. В противном случае измерение параметра совместно с мерой 1 вызовет появление на+ Х+(и+ ")со у +у ф уз у 0 и+1им вЗатем определяется их разность и находят значение С необразцового сигнала в установленной для параметра раз- мерности(+ у -уе в-уе. )тогда текущие значения параметра Хопределяются в блоке 5 в виде6 6выходе измерительного блока 4 такого значения У б сигнала, которое может быть выражено в размерности единиц необразцового сигнала только после достижения параметром соответствующей ,области значений. Величина такого "скачка" и соответствующее ему время, необходимое для передачи единиц установленной размерности отмеры 1 к измеренным значениям параметра, зависи.: от скорости изменения параметра и; от значений 8 меры 1 инеобразцового сигнала. Например, при 6 ( 1 результат измерения в установленных для него единицах измерения можно получить сразу после подключения меры 1 (в 1 амках линеаризированного участка 1 и г,).Прй всех возможных вариантах подключения меры 1 на выходе измеретельного блока 4 в конечном итоге будут зарегистрированы: два значения выходного сигнала - У , соответствующее значению Х параметра в момент подключения меры, и У , соответствующее результату измерения суммы значений Х + 6 параметра и меры 1.Учитывая, что в процессе измерений число подключений источника 3 необразцового сигнала Фиксируется для каждого нового линеариэированного участка Функции преобразования, в блоке 5 обработки выражают полученные значения 1 и У 9 выходного сигнала в раз 3мерности едйниц 1 необразцового сигна- ла,1594436 новленных для параметра единицах измерения, а действительные значения исследуемого параметра Х; определяют по формуле5 10 Х;=Х,+Ь Х оорректор О, Ци акт 58 Заказ 2825 Тир ВНИИПИ Государственного 11303 5, одписн етениям и открытиям при ГКНТ СССушская наб д. 4/5 омитета по и осква, Ж,Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород агарина 101 УСмУЕнзначение параметра, соответствующее значению меры О,;числоподключений источника необразцового сигнала;значение. выходного сиг нала при измерении -го значения параметра, приэтом Уу 4 У, (Уь У, У - значения выходных сигс Ь 1налов, соответствующихизмерениям исследуемого параметра вместе снеобразцовым сигналомфиксированной величиныпри его 1 с-и и Ь +1)-,иподключениях;1 - значение необразцовогосигнала фиксированнойвеличины в установленных для параметра единицах измерения.