Способ измерения физических величин

 

О П И С Д Н И И „ 429366

ЙЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских оциалистимеских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 21.07.71 (21) 1685399/26-9 с присоединением заявки ¹ (32) Приоритет

Опубликовано 25.05.74. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 22.10.74 (51) М. Кл. б О! г 19/26

Гасударственный комитет

Саввта в1инистрав СССР аа делам иэабретений и атнрытий (53) УДК 621.317.312 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Л. Биланов и А. H. Тихонов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИИ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при измерении физических величин, содержащих аддитивную помеху в виде постоянной или периодической переменной составляющей.

Известны способы измерения физических величин, содержащих постоянную и наложенную периодическую переменную составляющие, при которых сигнал, соответствующий измеряемой физической величине, интегрирует в течение фиксированного интервала времени, причем начало интегрирования сдвигают на отрезок времени, величину которого определяют путем выделения моментов перехода переменной составляющей через нулевое значение. Однако применение известных способов ограничено частными случаями соотношения амплитуды и фаз основной и высших гармоник переменной составляющей, при которых кривая переменной составляющей расположена симметрично относительно каждого перехода через нуль, например, если переменная составляющая имеет синусоидальную форму или обладает симметрией II рода при минимально возможном числе переходов (три) через нуль за период. В связи с этим известные способы имеют недостаточную помехоустойчивость.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости в широком диапазоне амплитуд и фаз основной и высших гармоник переменной составляющей.

Это достигается тем, что интервал интегрирования разбивают на два равных полуинтер5 вала, начало первого из которых произвольно, а начало второго сдвигают относительно конца первого на отрезок времени, величину которого находят в процессе измерения путем анализа на совпадение во времени моментов:

10 отстоящего от времени перехода переменной составляющей через нуль на величину, равную измеренному отрезку времени между границей первого полуинтервала и ближайшим переходом через нуль, и момента дости15 жения текущим значением сигнала, соответствующего измеряемой физической величине, уровня, равного разности между удвоенным значением сигнала в момент перехода переменной составляющей через нуль и значением

20 сигнала на границе первого полуинтервала.

На фиг. 1 и 2 приведены временные диаграммы работы устройства, реализующего предлагаемый способ.

На фиг, 1 приведена временная диаграмма

25 для случая, когда наложенная на постоянную составляющую периодическая переменная составляющая обладает симметрией II рода и имеет 15 переходов через нуль за период. Эта же диаграмма справедлива для случаев сим30 метрии II u III рода или I u III рода при лю429366

65 бом числе переходов через нулевое значение за период.

На фиг. 2 приведена временная диаграмма работы устройства в случае, когда наложенная переменная составляющая обладает симметрией III рода (представляет собой последовательность знакочередующихся импульсов одинаковой формы). Кривая переменной составляющей в приведенном случае имеет 7 переходов через нуль за период, но диаграмма справедлива для любого числа переходов через нуль за период.

На фиг. 1 и 2 приняты следу)ощие обозначсния: постоянная составляющая P= измеряемой физической величины; переменная составляющая Р> физической величины; первая гармоника Р, переменной составляющей; период Т переменной составляющей; начало

4 первого полуинтервала интегрирования (начало измерения); конец t первого полуинтервала интегрирования; начало t3 второго полуинтервала интегрирования; конец t< вторсго полуинтервала интегрирования (конец измерения); мгновенное значение Ро физической величины, соответствующее моменту перехода переменной составляющей через нуль; мгновенное значение Р» физической величины, соответствующее границе первого полуинтервала (4 на фиг. 1 и t) — на фиг. 2); мгновенное значение Р физической величины в момент 4; длительность Т„нолуинтервалов интегрирования; время Т> задержки, равное измеренному отрезку времени между границей первого полуинтервала и ближайшим, лежащим вне его, переходом переменной составляющей через нуль; длительность Т„отрезка времени между концом первого и началом второго полуинтервалов интегрирования (разделительной паузы); электрические импульсы Уь фиксирующие моменты начала и конца полуинтервалов интегрирования; электрические импульсы Uz, сформированные в моменты перехода переменной составляющей через нуль; импульсы

U>, формируемые после окончания первого полуинтервала с задержкой íà Тз относительно импульсов U>, импульсы У», сформированные в моменты достижения значением текущим сигнала, соответствующего измеряемой физической величине, уровня, равного разности между удвоенным значением сигнала в момент перехода переменной составляющей через нуль и значением сигнала на границе первого полуинтервала.

Измерение физических величин производят следующим образом.

Преобразуемая в пропорциональную частоту следования электрических импульсов физическая величина интегрируется в течение двух равных полуинтервалов времени Т„, на которые разбивается калиброванный интервал измерения. Сдвигом начала второго полуинтервала интегрирования 4 относительно конца первого полуинтервала (р на время паузы Тр второй полуинтервал 44 располагают на временной оси процесса таким образом, чтобы

50 переменная составляющая на полуинтервалах состояла из одного числа импульсов одинаковой формы противоположной полярности. При этом интегральные значения переменной составляющей на полуинтервалах t(tz и 44 равны по величине и обратны по знаку.

При сложении результатов интегрирования сигналов, пропорциональных уровню физической величины, полностью исключается влияние переменной составляющей на результат измерения постоянной составляющей, а при вычитании результатов интегрирования исключается влияние постоянной составляющей на результат измерения переменной составляющей, т. е. происходит подавление неинформативной составляющей сигнала (аддитивной помехи) с выделением и измерением информативной составляющей.

Для нахождения длительности паузы Тр, разделяющей полуинтервалы интегрирования, фиксируют моменты перехода переменной составляющей через нуль и измеряют величину отрезка времени Тз между границей первого полуинтервала и ближайшим, лежащим вне его, переходом через нуль. Если кривая переменной составляющей обладает симметрией

II рода, для которой справедливо равенство

Р(— х) = — P(x), где х — расстояние от центра симметрии, то измеряют отрезок времени между концом первого полуинтервала и ближайшим последующим переходом через нуль (см. фиг. 1). Этот же временной интервал измеряется в случае, когда кривая переменной составляющей обладает симметрией II u

ПI рода (одновременно выполняются равенства P(— x) = — — P(x) и Р и.) — )= — P(x), т

2, где Т вЂ” период кривой), а также при симметрии 1 и III рода (одновременно выполняются

Т равенства P (— х) = P (x) и P(x+ — ) = — P (x) ) .

2)

Если кривая переменной составляющей обладает симметрией П1 рода (выполняется рат земстве P (х+ — 1= — P(x) ), измеряют етре2 ) зок времени между началом первого полуинтервала и ближайшим предшествующим моментом перехода через нуль (см. фиг. 2).

Практически в этом случае измеряют временные интервалы между смежными переходами через нуль, фиксируя показание измерителя на момент начала первого полуинтервала измерения.

Поскольку центром симметрии кривых переменной составляющей на полуинтервалах интегрирования является момент перехода через нуль, то для нахождения в процессе измерения начала второго полуинтервала фиксируют моменты, отстоящие от моментов переходов переменной составляющей через нуль на измеренную величину Тз. Однако из множества зафиксированных моментов искомому соответствует только тот, при котором текущее значение переменной составляющей равно

429366 по величине и противоположно по знаку мгновенному значению переменной составляющей на границе первого полуинтервала.

Очевидно, что уровень физической величины в момент окончания паузы T„ равен:

Рг= 2Pp — Р .

Мгновенным значением физической величины соответствуют мгновенные значения периода

Т, Т, и Т, следования электрических импульсов сигнала, снимаемого с выхода преобразователя физическая величина — частота. По измеренным значениям То и Т вычисляют Т .

Это проще всего сделать заполнением образцовой частотой реверсивного счетчика по разным входам в течение первого и первых двух периодов следования импульсов преобразователя соответственно после окончания или начала первого полуинтервала интегрирования и после перехода переменной составляющей через нуль. Содержимое счетчика будет соответствовать Т .

Анализируя на совпадение во времени импульсы U< и U3, формируемые соответственно в момент достижения текущим значением периода вычисленного значения периода Т> и в момент, отстоящий от времени перехода составляющей на измеренный отрезок времени

Тз, фиксируют момент начала второго полуинтервала интегрирования.

Предмет изобретения

Способ измерения физических величин, содержащих аддитивную помеху в виде посто5 янной или периодической переменной составляющей, при котором сигнал, соответствующий измеряемой физической величине, интегрируют в течение фиксированного интервала времени, причем начало интегрирования сдви10 гают на отрезок времени, величину которого определяют путем выделения моментов перехода переменной составляющей через нулевое значение, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости в широ15 ком диапазоне амплитуд и фаз основной и высших гармоник переменной составляющей, разбивают интервал интегрирования на два равных полуинтервала, начало первого из которых произвольно, а начало второго сдвига20 ют относительно конца первого на отрезок времени, величину которого находят в процессе измерения путем анализа на совпадение вс времен:I моментов: отстоящего от времени перехода переменной составляющей через нуль

25 на величину, равную измеренному отрезку времени между границей первого полуинтервала и ближайшим переходом через нуль, и момента достижения текущим значением сигнала, соответствующего измеряемой физичеЗ0 ской величине, уровня, равного разности между удвоенным значением сигнала в момент перехода переменной составляющей через нуль и значением сигнала на границе первого полуинтервала.

429366

TnI

ФиГ 2

Редактор Л. Батыгин

Заказ 2767/12 Изд. № 917 Тираж 678 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, iI(-35, Раугнская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Г. Биланов

Техред A. Камышникова

Корректоры: Е. Давыдкина и В, Петрова