Устройство для измерения нескольких физических величин одним чувствительным элементом

 

Изобретение может быть использовано для измерения неэлектрических параметров как, например, влажность, температура, давление, уровень солнечной радиации, газовый состав и т.д. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит чувствительный элемент 1, блок 2 исключения воздействия на чувствительный элемент измеряемьгх: величин, измеряемый блок 3, вычислительный блок 6, регистратор 7. Для повьшения точности измерений в устройство введены блок 4 управления и блок 5 памяти . Функциональная схема блока 2 приводится в описании изобретения. Устройство позволяет практически полностью компенсировать влияние на датчиках всех физических величин, кроме измеряемой, производить измерения нескольких физических величин в труднодоступных местах с малым рабочим объемом, когда установление нескольких отдельных датчиков не представляется возможным. 2 ил. б 1чЭ Од С0

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

ÄÄSUÄÄ 1237911 (5D g G 01 D 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ф

О.", эр.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

--, т-.—. (21) 3408989/24-21 (22) 12.03.82 (46) 15.06.86. Бюл. У 22 (71) Специальное опытное проектноконструкторско-технологическое бюро

СО ВАСХНИЛ (72) А.Ф. Алейников (53) 621.317.791(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 720368, кл. G 01 R 21/06, 1978.

Электроника, 1970, N - i с. 50. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ОДНИМ

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ (57) Изобретение может быть использовано для измерения неэлектрических параметров как, например, влажность, температура, давление, уровень солнечной радиации, газовый состав и т.д. Цель изобретения — повышение точности измерений. Устройство содержит чувствительный элемент 1, блок 2 исключения воздействия на чувствительный элемент измеряемых величин, измеряемый блок 3, вычислительный блок 6, регистратор 7. Для повышения точности измерений в устройство введены блок 4 управления и блок 5 памяти. Функциональная. схема блока 2 приводится в описании изобретения.

Устройство позволяет практически полностью компенсировать влияние на датчиках всех физических величин, кроме измеряемой, производить измерения нескольких физических величин в труднодоступных местах с малым рабочим объемом, когда установление нескольких отдельных датчиков не представляется возможным. 2 ил.

12379! I

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал чувствительного элемента 1 можно описать уравнением

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических параметров (влажность, температура, давление, уровень солнечной радиации, газовый состав и т.д.).

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; 1О на фиг. 2 — блок исключения воздействия на чувствительный элемент измеряемых величин.

Устройство содержит чувствительный элемент 1 блок 2 исключения воз- IS действия на чувствительный элемент. измеряемых величин, измерительный блок 3, блок 4 управления, блок 5 памяти, вычислительный блок 6, кроме того, регистратор 7. Вход измеритель- 20 ного блока 3 соединен с выходом чувствительного элемента, выход вычислительного блока 6 соединен с входом регистратора.7, первый информационный вход — с выходом блока 5 памяти, а второй информационный вход— с выходом измерительного блока 3 и информационным входом блока 5 памяти.

Выходы блока 4 управления подключены к управляющим входам блока 2, блока 30

5 и вычислительного блока 6 соответственно.

В некоторых вариантах исполнения блоков 5 и 6 может потребоваться введение коммутатора 8, причем выход измерительного блока соединен с информационными входами блоков 5 и 6 через коммутатор 8, управляющий вход которого подключен к дополнительному выходу блока 4 управления.

Блок 2 содержит немагнитный корпус 9, на котором закреплены обмотки 10 и подпружиненный сердечник 11 из магнитомягкого материала, на котором закреплен чувствительньЖ элемент 1. Между каждой парой обмоток 10 в корпусе 9 имеется отверстие, причем во всех отверстиях, кроме одного, установлены избирательные фильтры 12.

Сверху и снизу от места расположения чувствительного элемента 1 на сердечнике 11 закреплены герметизирующие прокладки 13 в виде колец.

=Г(Х,)+Е(Х,)+...+Г(Х )+

+,«F(a. ),,«=! где Х, Х,...,Х„ — измеряемые параметры; а (1=1,2,...,ш) — неинформативные (неизмеряемые) параметры;

F(X,.) —. составляюшие вы-! ходного сигнала от Х,-го измеряемого параметра, tel где i=f,...,n;

) F(a„ ) — суммарная сос,«- тавляющая выходного сигнала от всех неинформативных параметров а„.

Процесс измерения состоит иэ и+1 цикло:в. В первом цикле измеряется выходной сигнал чувствительного элемента 1 при воздействии на него всех измеряемых и неинформативных

1параметров, во втором цикле чувствительный элемент 1 изолируется от воздействия одного измеряемого параметра, например Х,, в третьем — от параметра Х, в (и+1)-ом — от параметра Х„. Полученные результаты измерений У,, У, ..., У„ образуют систему уравнений

«-о

YÄ=F(XÄ)+F(X )+...+F(X )+ „Г(а. );

«=!

Y,=F(X )+F(X )+...+F(X„)+ Е Г(а ); ,« =1

° ° . ° ° е ° e ° ° ° ° ° ° ° ° ° (1)

Y„=F(x, )+г(х,)+... +F(x )+

+Р(Х )+ Р(а„),,« =!

Y„, =F(x )+г(х )+...+F(x )+

«"к

+ F(a ).

4 =

Еспи время реализации процесса измерения выбрано таким, что эа n+1 циклов величины Х, Х, ..., Х и а, а, ..., а не претерпевают изменений, то информацию об измеряемых параметрах легко можно выделить, решая систему уравнений, т.е.

Р (Х„) =У! -7 ; (2)

F(X,)=Y, Y3

F(X,) =Y, -Y„, 1237911

Таким образом, измеряемая информация для каждого Х. параметра получается независимой от остальных измеряемых и неинформативных параметрон, что позволяет существенно повысить точность измерения нескольких неэлектрических параметров одним чувствительным элементом, характеристики которого зависят от множества

1О параметров.

Блок 4 управления в первом такте работы устанавливает в исходное состояние блок 2 исключения воздействия, блок 5 памяти и вычислительный блок 6. Затем он осуществляет после- 15 довательную изоляцию чувствительного элемента 1 от одного из воздействующих параметров в соответствии с сис темой уравнений (I)

Измерительный блок 3 преобразует 20 выходную величину чувствительного элемента 1 в величину, удобную для дальнейшего преобразования, например в цифровой код. Блок 3 в зависимости от выходной величины конкретного 25 чувствительного элемента 1, по которой судят об измеряемых параметрах (ток, напряжение, магнитный поток, проводимость и т.д.), может быть выполнен в виде аналого-цифрового сле- ЗО дящего преобразователя, преобразователя напряжения в частоту и т.д.

Блок 4 управления синхронно с работой блока 2 исключения воздействия обеспечивает запись н блок 5 памя35 ти информации с измерительного блока 3 первом такте, т.е. при воздействии всех измеряемых и неинформатинных параметров и передачу информации при всех последующих тактах работы (когда исключается один из измеряемых параметров) в вычислительный блок 6, который совместно с блоком 5 памяти осуществляется определение результата измерений по алгоритму (2). Результат измерения подается на регистратор 7, который осуществляет отображение информации о каждом измеряемом параметре или ее запись.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет производить измерения нескольких физических величин в

55 труднодоступных местах с малым "рабочим" объемом, где установление нескольких отдельных датчиков не1 возможно.

Отображение информации может быть раздельно во времени или проводится одновременно.

В простейшем случае блок 4 управления представляет собой пульт, на котором оператор может набрать но" мер измеряемого параметра и дать команду на запуск. Вычислительный блок 6 можно н этом случае выполнить в виде арифметического устройства, выполняющего операцию вычитания входных величин с масштабным преобразованием (при необходимости) полученнс разности.

Блок 2 исключения воздействия измеряемых величин (фиг. 2) представляет собой со схемотехнической точки зрения многополюсный линейный шаговый двигатель, на роторе которого закреплен чунствительный элемент 1 °

В первом такте (воздействуют все величйны) эапитывается верхняя его обмотка 10 и чунствительный элемент находится в показанном на фиг. 2 положении. Во втором такте эапитывается следующая обмотка 10 и чувствительный элемент 1 перемещается вместе с сердечником 11 на одну позицию вниз, и так далее.

Выбор материала и конструкции фильтров 12 производят исходя из конкретной реализации измерительных устройств для измерения конкретных физических величин. Так, например, при измерении составляющих спектра электромагнитного излучения (например, для измерения составляющих солнечной радиации) можно использовать селективные избирательные фильтры, которые бы поглощали определенный участок спектра излучений и пропускали другие участки. Для построения фильтров при измерении концентрации газов, кислорода, азота, аммиака и т.д. могут быть использованы материалы, поглощающие или вступающие н реакцию с конкретным газом и пропускающие другие газы. Для этих же целей могут быть использованы ионоселективные мембраны.

Предлагаемое устройство производит измерение точнее известного, поскольку позволяет практически полностью компенсировать влияние на датчик всех физических величин, кроме измеряемой.

1237911

Составитель С. Кабиков

Техред Л. Олейник

Редактор Н. Швь»дкая

Корректор Л. Патай

Подписное

Заказ 3278/41

Тираж 705

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Формула изобретения

Устройство для измерения нескольких физических величин одним чувствительным элеме»1том, содержащее чувствительный элемент, измерительный блок, вычислительный блок, выход которого является выходом устройства и блок исключения воздействия на чувствительный, элемент измеряемых величин, причем выход чувствительного элемента.подключен по входу измерительного блока, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок памяти и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока исключения воздействия на чувствительный элемент измеряемых величин, блока памяти и вычислительного блока, первый инфор10 мационный вход вычислительного блока подключен к выходу блока памяти, а второй информационный вход — к информационному входу блока памяти и выходу измерительного блока.