Способ измерения физических величин

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может применяться при измерении физических величин, содержащих аддитивную помеху в виде переменной составляющей. елью изобретения является повышение точности измерения. Измерение проШ СП ffjus.3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) (11) А1 (5I) 4 G Ol R 19/25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 !

» (»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3357923/24-21 (22) 20.11.81 (46) 15.08.86. Бюл. ¹- 30 (72) Г.Н. Биланов и А.Н. Тихонов (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 429366, кл. G 01 R 19/25, 1971.

Авторское свидетельство СССР № 742815, кл. G 01 В 19/25, 1978. (54) СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может применяться при измерении физических величин, содержащих аддитивную помеху в виде переменной составляющей.

Целью изобретения является повьдпение точности измерения. Измерение про1250972 изводят следующим образом. Электрический сигнал, содержащий постоянную составляющую U и переменную непериодическую составляющую Пп, интегрируют в течение времени t t фикси1 рованной длительности по команде, поступающей в произвольный момент времени. В течение этого же интервала интегрируют переменную составляющую сигнала. Интегрирование обоих сигналов производят в течение ближайших отрезков времени, на которых знак текущего значения переменной составляющей противоположен знаку интегрального значения переменной составляющей на интервале t, t до

4 2 тех пор, пока интегральное значение переменной составляющей не достигнет нуля. Интегральное значение, отнеИзобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при измерении физических величин, содержащих аддитивную помеху в виде переменной составляющей. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет подавления непериодических, случайных и детерминированных аддитивных помех в широком амплитудно-частотном диапазоне и при изменении характеристик помех в процессе измерения.

На фиг. 1 и 2 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие сущность предложенного способа; на фиг. 3 — 15 структурная схема устройства для его реализации.

Измерение физических величин производят следующим образом.

Отображающий контролируемую физическую величину электрический сигнал, содержащий постоянную составлящую U„ и переменную непериодическую составляющую U, которая может иметь случайный или детерминированный характер, но обязательно включает участки положительной и отрицательной полярности относительно своего нулевого значения, интегрируют в течение интервала времени t t фикси2 рсванной длительности по команде на сенное к измеряемой суммарной длительности интервалов времени, соответствует величине постоянной составляющей сигнала. Устройство, реализующее данный способ, содержит преобразователь 1, ключ 2, счетчик 3 импульсов, генератор 4 образцовой частоты, блок 5 управления, ключи 6, 13 и 19, измеритель 7 временных интервалов, арифметическое устройство 8, блок 9 индикации и вывода, блок 10 выделения переменной составляющей, дискриминатор 11 знака сигнала, дискриминаторы 12 значения сигнала, аналоговый интегратор 14, нуль-орган 15, параметрический измерительный преобразователь 16, инвертор 17, источник 18 питания.

3 ил. измерение, поступающей в произвольный момент времени. Одновременно в течение того же интервала интегрируют отделенную переменную составляющую сигнала. К моменту окончания этого интервала определяется не только величина, но и знак интегрального значения переменной составляющей.

Дальнейшее интегрирование обоих сигналов производят в течение ближайших отрезков времени, на которых знак текущего значения переменной составляющей противоположен знаку интегрального значения переменной составляющей на интервале t t до тех пор, 4 2 пока интегральное значение переменной составляющей не достигнет нуля.

На фиг. 1 — это отрезки времени t 4

t< t и 1 t< . Здесь же изображена диаграмма второго измерения, содержащего интервал фиксированной длительности t,„ t, и отрезок времени t t 4, 3 4 необходимйй для приведения интегрального значения переменной составляющей к нулю. Интегральное значение отображающего физическую величину сигнала, отнесенное к измеряемой суммарной длительности интервалов времени, на которой интегральное значение переменной составляющей равно нулю, соответствует величине

1250972

5S постоянной составляющей сигна ла.

Если постоянная составляющая U представляющая собой измеряемую величину, искажена только переменной составляющей U„, то минимально необходимым является одно измерение, включающее интервалы фиксированной и измеряемой длительности. Последующие измерения могут производиться с целью повышения их точности. Если же аддитивной помехой является не только переменная составляющая, но и неинформативная постоянная составляющая в виде паразитной термо-ЭДС, которая также должна быть исключена, минимально необходимыми являются два измерения, каждое из которых включает интервал фиксированной длительности, причем для определения искомой величины результаты измерений необходимо суммиро— вать.

Например, при использовании параметрических измерительных преобразователей с сигналами малого уровня существенный вклад в суммарную погрешность измерения вносят паразитная термо-ЭДС и наведенные помехи типа сетевых. Операции рассматриваемого способа измерения в этом случае дополняются инвертированием полярности источника питания с одновременным инвертированием знака выходного сигнала преобразователя между парами измерений. Временная диаграмма такого изменения показана на фиг. 2. После интегрирования сигнала, равного сумме постоянной составляющей 11» паразитной термо-ЭДС и переменной составляющей U в течение интервала t„+ фиксированной длительности и отрезков времени t t и t4t измеряемой длитель2 3 ности, на сумме которых интегральное значение переменной составляющей равно нулю, производят указанные операции инвертирования, При этом изменяется полярность паразитной термо-ЭДС и фаза наведенной помехи. Повторное измерение и суммирование результатов, полученных до инвертирования и после него в течение интервалов фиксированной t>t > и измеряемой 1ЗС„ длительности, позволяют исключйть влияние на результат измерения паразитной термо-ЭДС и наведенной помехи.

Устройство, реализующее предложенный способ; содержит преобразователь 1 напряжение — частота, выход которого через ключ 2 подсоединен к сигнальному входу счетчика 3 импульсов, выполняющего вместе с преобразователем 1 роль интегратора.

Выход генератора 4 образцовой частоты соединен непосредственно с входом блока 5 управления, а через ключ б — с входом измерителя 7 временных интервалов, другой вход которого подключен к схеме управления, выход же — к арифметическому устройству 8, выполняющему по команде блока 5 управления операцию деления получаемого из счетчика 3 результата

I интегрирования сигнала измерительного преобразователя на суммарную длительность интервалов интегрирования. Результат вычисления вводится в блок 9 индикации и вывода. Сигнал с выхода измерительного преобразователя поступает не только на вход преобразователя 1 напряжение — частота, но и на вход блока 10 выделения переменной составляющей, выход которого непосредственно связан с входами дискриминатора 11 знака сигнала переменной составляющей и дискриминатора 12 значения этого сигнала, а через ключ 13 — с входом аналогового интегратора 14. Выход интегратора 14 подключен к входам дискриминатора ll

Э знака и нуль-органа 15, выход которого так же, как и выходы дискриминаторов ll и 12, подсоединен к схеме управления. При использовании параметрического измерительного преобразователя 16 его выход подключен к входам преобразователя 1 и блока 10 через инвертор 17. Другие виды измерительных преобразователей подключаются к иим непосредственно. Шины питания параметрического преобразователя связаны с источником 18 питания через ключ 19, управляющий вход которого объединен с таким же входом инвертора 17 и подсоединен к выходу блока 5 управления.

Устройство работает следующим образом.

По команде на начало измерения с выхода блока 5 управления на входы ключей 2 и 6 подаются управляющие импульсы, в результате чего ключи заьыкаются и на входы счетчика 3 и измерителя 7 временных интервалов по1250972 даются последовательности имупльсов, формируемых соответственно преобразователем напряжение — частота и генератором 4 образцовой частоты. Одновременно замыкается ключ 13 и отделенная блоком 10 переменная составляющая подается на вход интегратора 14. По истечении интервала фиксирбванной длительности все названные 10 ключи размыкаются, если знаки текущего и интегрального значений переменной составляющей сигнала, сравниваемые дискриминатором 11 знака одинаковы. При противоположных знаках 15 ключи остаются в замкнутом состоянии и процессы интегрирования и измерения их длительности продолжаются до тех пор, пока интегральное значение переменной составляющей не станет 20 равным нулю, либо текущее значение этой составляющей не переменит знак

В обоих случаях ключи 2, б, 13 разомкнутся, но в первом из них измерение будет закончено, а во втором прекратится на время равенства знаков и продолжится при противоположных знаках, пока интегральное значение переменной составляющей не станет равным нулю. После этого на входы клю- ЗО ча 19 и инвертора 17 блоком 5 управления выдается команда переключения, После. установления переходных процессов паразитная термо-ЭДС изменит знак, а наведенные помехи — фазу.

Полярность измеряемого сигнала U останется прежней. На входы ключей 2, б и 13 поступит команда с блока 5 и они вновь закроются. Далее работа устройства протекает аналогично описанной. Результаты обоих замеров с выходов счетчика 3 и измерителя 7 поступают на вход арифметического устройства. Результат вычисления, представляющий собой полусумму интегральньгх значений сигнала измерительного преобразователя, отнесенных к суммарной длительности интервалов времени, на которых интегральное значение переменной составляющей равно нулю, выдается на блок 9 индикации и вывода. С целью увеличения точности измерения могут быть произведены последующие пары измерений. Если величина переменной составляющей сигнала измерительного преобразователя не превышает порога срабатывания дискриминатора 12 уровня, устройство производит только две интегральных выборки фиксированной длительности.

Формула и з обретения

Способ измерения физических величин, содержащих аддитивную помеху в виде переменной составляющей, в котором сигнал, соответствующий измеряемой физической величине, интегрируют в течение сдвинутых интервалов времени, начало первого из которых произвольно и фиксировано по длительности, а конец последнего совпадает по времени с моментом равенства нулю интегрального значения переменной составляющей за время, равное суммарной длительности интервалов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, интегрирование сигнала на интервалах, последующих за первым, производят в течение отрезков времени, на которых знак текущего значения переменной составляющей противоположен знаку интегрального значения переменной составляющей за первый интервал интегрирования.

1250972

<х

4 9 ць г

Составитель В. Скоморохов

Редактор М. Келемеш Техред M.Õoäàíè÷ Корректор И. Эрдейи

4404/40 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4