Устройство для измерения параметров газовых сред

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ИТИЛЬСТВУ(61) Дополнительное н авт. свид-ву(22) Заявлено 1502 ВО (21) 2886019/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки йо(23) ПриоритетС 01 И 27/22 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытий)Киевский ордена Ленина политехнический институтим. 50"летия Великой Октябрьской социалистическойреволюции и Опытное производство при Ииститутефизики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВЫХ СРЕД 25 30 Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-: зовано при определении влажности и температуры газов.5Известно устройство для измерения влажности газов, состоящее из двух генераторов высокой частоты Си Гя, 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 с общей базой,к измерительного контура в коллекторе, 15 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 Рн (Вв ) 1/РН(кс) и их произведение,где Р - парциальное давление водяных паров;Р - давление насыщенных водянных паров;Р - сопротивление влажного тервл.мометра;к - сопротивление сухого терсмометра,а также осуществляется реализация зависимостей 1=1(Вс,) Ю=С(НЕл) (где 1 - температура водяных паров) б - температура насыщенных водяных паров) на основе кусочно-линейной аппроксимации функции коррекции (разности между функцией и ее линейным приближением). Система состоит из нескольких со-. тен преобразователей, расходного устройства, блока тактовых интервалов, влагомера, содержащего интервалй Инт.1, Инт,2 и Инт.3, 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), 894527коммутатора, 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,(йв),1/Рн(В) 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, необходимах для аналогового метода генерирЬвания 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 точности измерения параметров газовых сред, уменьшения аппаратной сложности и обеспечение возможности измерения параметров газовых сред отдаленных объектов.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров газовых сред, содержащее распределительный коммутатор, цифровой индикатор и датчик, выходы которого прдсоединены ко входам распределительного коммутатора, введены аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь адреса запоминающего устройства, представляющий собой вычислитель константы и смещающий график влево по оси абсцисс, счетчик и регистр аналогово- цифрового преобразователя, запоминающее устройство (ЗУ), коммутатор процессора, преобразователь из двоичного в двоично-десятичный код и процессор, содержащий регистры Р и Р, регистры, снабженные цепями правого и левого сдвига на один разряд Рэ и Р 4, сумматор, коммутатор 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 подсоединенык адресным входам ЗУ, сигналы с выходных шин которого поступают навходы коммутатора процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого (на младшие разряды) поступаютсигналы с выходных шин регистра АЦП,а по третьему направлению коммутации поступают сигналы с выходных шин 1 О регистра Р процессора, кроме того,выходные сигналы коммутатора процЕссора подключены ко входам регистраР 4 процессора, выходные сигналы которого поступают на входы схемы фоф мирования обратного кода и коммутатора сумматора по первому направлению коммутации, по второму направлению которого поступают сигналы свыходных шин схемы формирования обратного кода, а выходы коммутаторасумматора 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 входамцифрового индикатора,и Р 2 процессо ра, и выходы сумматора подключенык информационным входам регистра Рпроцессора, и, помимо этого, выходстаршего разряда регистра Р процессора подключен ко входу младшего раэ.35 ряда регистра РЗ процессора по направлению сдвига влево, выход которого подсоединен ко входу блока управления, а соответствующие выходыблока управления подсоединены к управляющим и тактовым входам всехблоков, входящих в устройство,На чертеже изображена структурнаясхема устройства.Устройство содержит датчик 1 сопротивлений, распределительный коммутатор 2, аналогово-цифровой преобразователь 3,счетчик 4 АЦП,регистр5 АЦП,ЗУ б,коммутатор 7 процессора,регистры 8 и 9 процессора Р,Р( соответственно, схему 10 формированияобратного кода, коммутатор 11 сумматора, сумматор 12, сдвиговые регистры 13 и 14 процессора Р 4 и Р 3 соответственно, блок 15 управления,преобразователь 16 из двоичного вдвоично-десятичный-код, цифровой индикатор 17 и формирователь 18 адреса ЗУВыходы датчика 1 сопротивленийподсоединены ко входам распредели- бО тельного коммутатора 2, а его выходподключен через АЦП 3 и формирователь 18 к информационным входам триггеров счетчика АЦП 4 (старшие разряды АЦП) и регистра АЦП 5 (младшие 65 разряды АЦП), а выходы счетчика АЦП 4В -к 1 оа(ег.)С а ВВС= -Л - 4 Еа 50 квс вое,и подсоединены к адресным входам ЗУ 6, выходные шины которого подключены ко входам коммутатора 7 процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого (на младшие разряды) подключены выходные шины регистра 8 процессора Р, кроме того выходные шины коммутатора 7 процессора подключены ко входам регистра 9 процессора Р(, выходы которого подсоединены на входы схемы 10 формирования обратного кода и коммутатора 11 сумматора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого подключены выходные шины схемы 10 формирования обратного кода, а 15 выходы коммутатора 11 сумматора подсоединены ко входам одного из слагаемых сумматора 12, ко входам второго слагаемого которого подсоедиены выходы регистра 13 процессора 20которые, кроме того, подсоедиены к информационным входам регистра 14 процессора Р 9, выходы которого через преобразователь 16 из двоичного в двоично-десятичный код 25 подключены ко входам цифрового индикатора 17, а младший разряд его, кроме этого, подсоединен ко входу блока управления и регистра 8 про- . цессора Ро и выходы сумматора 12 подключены к информационным входам регистра Р 4 13 процессора, и, помимо этого, выход старшего разряда регистра 13 подключен ко входу сдвига влево регистра 14. 35Устройство работает в режимах измерения относительной влажности газа (ф), температуры газа , температуры точки росы газа (ь) .Измерение относительной влажности газа осуществляется с помощью вы числения формулы Р( В,ВС)вс Еро+ с с р 4 ро 45 где Р - давление насыщенных вовс дяных паров, соответствующее сопротивлениювс всло(1 Ф 1 =2- шаг интерполяции, Йо - целое число; Р - соответствует сопротивлению Аналогичные соотношения выполняютсяи для Рс и Р по отношению к ВС .Измерениеи Г осуществляется поформуламкоо "с- с где 1";")и(7) соответствуют со- противлениям ий-к а(е,р)8 с е,о с В режиме влагомера блок управления вырабатывает последовательность управляющих импульсов, по которым выполняются следующие операции.После поступления с распределительного коммутатора через АЦП и Формирователь адреса ЗУ значения величины, соответствующей сопротивлению Б 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 даьления водяных паров, соответствующий сопротивлению и записывается по первому направлению коммутации коммутатора процессора в регистр Р процессора. В этомже рабочем такте обнуляется регистрР 4 (13) процессора,ФЗатем через коммутатор 11 сумматора и сумматор 12 (складывая с О)код с регистра Р 1 процессора переписывается в регистр Р процессора.На следующем рабочем такте изсчетчика АЦП вычитается единица итем самым .формируется код сопротивления,соответствующий Рс по которомуо сиз ЗУ считывается Рс й записываетсяпо первому направлению коммутациив регистр Р 4 (9) процессора.После этого из содержимого регистра 13 вычитается содержимое регистора 9, т.е. Формируется разность Рс-Рскоторая записывается в регистр 13.Далее из регистра АЦП по второмунаправлению коммутатора процессорасчитывается информация в регистр 9,а информация из регистра 13 переписывается в регистр 14.Затем по стандартной программе,записанной в блоке управления, осуществляется умножение кодов, записанных в регистрах 9 и 14 (с помощью регистра 13), и формируется произведениес ксподЖ 2)Е (рС-р.с(при этом блок управления в каждомрабочем такте анализирует младшийразряд регистра 14) .Произведение формируется в ре" гистре 13.В следующем такте по коду счетчика АЦП считывается из ЗУ в регистр Рвпроцессора код Рс . Далее складывается содержимое регистра 13 и 9, и в регистре 13 формируется величинаВ,-ю,.од (1)Р (,Р -Р ), которая переписывается в регистр 8. Затем по аналогичной программе обрабатывается величина сопротивления ВсВычисленная величинао йвс -ВваеаКЦ 2) 1 о-- ,) 10 15 30 45 60 формируется в регистре 13,В следующем такте информация изрегистра 8 переписывается по третьему направлению в регистр 9, и постандартной программе, осуществляется операция деления содержимого ре"гистра 13 на код, записанный в регистре 9 (в каждом рабочем тактеанализируется младший разряд регистра 14) . Величина частного Формируется в регистре 14 (по цепи левогосдвига информация переписывается иэстаршего разряда регистра 13 в младший разряд регистра 14) и через преобразователь 16 фиксируется цифровым индикатором.Если внешним тумблером 18 одноразовый счетф в блоке управленияустановить режим одноразового счета,то вычисления на этом прерываются,если же тумблер не находится в укаэанном состоянии, то аналогичные вычисления повторяются снова,Работа устройства,в режимах вычисления с(В )и Г (Взс) полностьюаналогична вычислениям величиный,-йс а СЕ,Ю,р 1 рс 6Рс сув режиме влагомера (отличие Функционирования устройства в этих режимахот режима влагомера заключаетсялишь в том, что для вычисленияи Г используются другие ячейки ПЗУ).Результат формируется в регистре13 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 9, С иГ .Погрешность определения влажностиопределяется по формулеЬЪс Расгде ЬРс и 6 Р В - погРешности определения давления водяных и насыщенныхводяных паров, соответственно,ь а Р: АР" + Рьс вс ЭС с с сгде 6 Р 8 и а Рс - погрешности методаМ мопределения давлеЬния Рв и РЬР 8 и ЬРс - погрешности вычислений устройствомдавлений Р вс и Рспо указанному методу.ЭдЧщд 9 +-- Рее Рвс вРс Рс(Вс),С (ВВс) отличаются той особенностью, что их кусочно-линейная интерполяция даже при значительном шаге интерполяции позволяет получить очень точное приближение кистинным кривым.Таким образом, по сравнению с известным, предлагаемое устройствоимеет значительные преимущества нпо экономии аппаратурных затрат, ипо точности определения исследуемыхпараметров газов.Кроме того, поскольку определение9 1 и Г осуществляется цифровым методом, то устройство может измерятьпараметры газовых сред объектов(практически без потери точности),расположенных на значительном расстоянии, если датчик, распределительныйкоммутатор и АЦП находятся вблизиобъекта, а остальная система связана с ними по каналу телеметрии.Формула изобретенияУстройство для измерения параметров газовых сред, содержащее распределительный коммутатор, цифровой индикатор и датчик, выходы которого подсоединены ко входам распределительного коммутатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерения параметров 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 иэ 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 выход распределительного коммутатор894527 з 11473/69 Тираж 910 Подписно ВНИИПИ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная подключен через АЦП и формировательадреса ЭУ к информационным входамсчетчика АЦП и регистра АЦП, а выходы счетчика АЦП подсоединены к адресным входам ЗУ, выходные шины которого подключены к входам коммутатора процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого на младшие разряды подсоединены выходныешины регистра АЦП, а по третьемунаправлению коммутации - выходныешины второго регистра процессора,кроме того, выходы коммутатора процессора подключены ко входам первого регистра процессора, выходы которого подключены ко входам схемыформирования обратного кода и коммутатора сумматора по первому направлению коммутации, ко второму направлению которого подсоединены выходысхемы формирования обратного кода,и выходы коммутатора сумматора под-.соединены входам подачи одного иэслагаемых сумматора, а к входам подачи второго слагаемого подсоединены взводы четвертого регистра процессора,подключенные, кроме того, к информа"ционным входам третьего регистра,выходы которого через преобразователь из двоичного кода в двоичнодесятичный код подключены ко входамцифрового индикатора, и второго регистра процессора, а выходы сумматора подключены к информационнымвходам четвертого регистра процесс,сора, и, помимо этого, выход старшего разряда четвертого регистра процессора подключен ко входу младшего раеряда третьего регистра процессора по направлению сдвига влево,выход которого подсоединен ко входублока управлния. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР 4 Ю Ю 616567, кл. 6 01 Н 27/22, 1977.2. Циделко В.А. и др. Измерительная система для контроля параметров газовых сред. - Измерительная твхникафф, 1978, В 4 (прототип).