Цифровое устройство для измерения относительной влажности

 

ОЛ NCAHH Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

С щналистииеских

Реслублии

«»690418

В АВТОРСИОМУ СВИ ЕТЕПЬСТВУ (61) Дополнительное к аат. саид-ву (22) Залвлено250877 (21) 2523086/18-10 (51)М. Кл.

C 01 W 1/11

Госу4арстяеяямй комитет

СССР

flo 4cAsN изобретеиии и открытий (23) Приоритет (53) УДК 543.275 (088. 8) Опубликовано 05.10.79. Бюллетень Ио 37

Дата опубликования описания 083.0.79 (72) Авторы изобретения

Е.В. Грейэ и A.H. Мехович (71) Заявитель (5 4) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ

ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

Изобретение относится к области измерительной техники в метеорологии, Известно аналоговое устройство для вычи слени я относит ел ьн ой вл ажн ости по температуре точки росы и температуре сухого термометра (1), 1

В этом устройстве датчики вырабатывают два линейных токовых сигнала, один из которых пропорционален температуре точки росы, а другой — температуре сухого термометра. Оба этих сигнала комбинируются с постоянным сигналом с тем, чтобы на выходе измерительной аналоговой цепи сигналы соответствовали величинам числителя и знаменателя экспоненциального члена модифицированного уравнения Клау:зиуса-Клапейрона, Затем с помощью блока деления делят величины этих аналоговых сигналов и получают напряжение, соответствующее величине экспоненциального члена уравнения Клаузиуса-Клапейрона. Это напряжение уси- 25 ливает по экспоненциальному закону для получения антилогарифма, и полу" чаемый в результате аналоговый сигнал соответствует относительной влажности воздуха.

Недостатком этого устройства является низкая точность определения относительной влажности ввиду значительного количества аналоговых преобразований. Ошибка результирующего аналогового сигнала будет включать в себя ошибки всех аналоговых операций.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой измеритель относительной влажности воэдука (2).

В этом устройстве датчик температуры и датчик абсолютной влажности включены в измерительную схему, вы-. ход которой подключен к входу нормирующего преобразователя ° К входу нормирующего преобразователя подключен также нелинейный выход устройства автоматического перебора уставок.

Выход нормирующего преобразователя связан с входом цифрового преобразователя, выход которого через узел допусков связан с входом устройства автоматического перебора уставок. Линейный выход устройства автоматически кого перебора уставок связан еще с входом цифрового преобразователя.

Устройство автоматического перебора

690418 уставок снязано также с измерительной схемой, нормирующим преобразователем, узлом допусков, с пусковым устройством.

Датчик температуры и датчик абсолютной влажности нключены н иэмери«3 тельную схему так, чтобы напряженке на ее выходе соответствовала непо" средственно относительной влажности.

Связь измерительной схемы с устройством автоматического перебора yccа- )Q вок обеспечивает режимные изменения

В измерительной схеме в зависимости от значений набранной уставки. Напряжение с выхода измерительной схежи, пропорциональное относительной влажности, поступает на вход нормкрующего. преобразователя, где Вычитается из напряжения устанки, поступаюшего с нелинейного выхода устройства автоматического перебора уставок.

АМ

Полученную разность напряжений норьируют и сравнивают с допуском н цифровой форме, и, если Величина йормированного напряжения меньше клк равна допуску, прекрашают автоматический перебор устанок, получая при .этом относительную влажность нозд ха в цифровой Форме.

Недостатком этого устройстна является невозможность получения Высо» ой точности прк определении относи- З » т ельной влажности ноздуха. Э-. == недостаток вызван тем, что фактически относительную влажность ноздуха OIIределяют, оперируя аналогоны<<и Вели=

«инами, причем устанки для Оперирования с этими величинами задают также в аналоговой форме,.к,. таким Об1»аэом, к погрешности, котору о дает

Сама измерительная схема при требуемом режиме, прибавляется погрешность < Р

От неточности устанонкк самого ре<ккма.

Целью изобре „ения янляе-.гс,я повышение точности измерения Относктель— ной влажности воздуха.

Эта цель достигается тем, что В предлагаемом устройстве измерительная схема выполнена н виде подключенных входами к выходам преобразона..еАа Двух элементов И, другие входя Й. которых соединены с выходом третьего элемента И и входом первого счетчика, соединенного по выходам черегруппу схем переноса со вторым счетчиком, первый вход которого cоеахинеи с генератором кмпульсон и IIepдым входом четвертого элемента И, а выходы - с входами пятого элемента

И, выход которого соединен с импуль"ными входами группы схем переноса и с входом триггера, выходом подклю- 6G ченного к второму входу нторого счетчика, второму входу четнертого элемента И и к входам делитель nep»8

Второго узла деления соединен с выходом перного узла деления и с нходом третьего счетчика, Выход которого соединен с первым Входом нторого триггера, второй нход которого подсоединен к Выходу Второго узла деления к .i перВОму з? Оду третьегО элемента И Вторым Входом соединенного с Выходом второго триггера, при этом Выходы первого и второго элементОВ И сОеДИн<эны сООтнетстненно с Входам:. Делимое и "делитель третьего узла деления, выход которогс соединен <.о счетчиком ре-. зультата.

На фиг, 1 представлена функциональн =R схемБ ОписынаемОГО цифрОВО го устройства для измерения относительной ° ВлажнОсти ВОздуха» на фиг; 2 функциональная схема узла деления. устройство содержит датчик 1 температуры точки рось<, датчик 2 температуры воздуха, преобразователь 3, элементы И 4, 5,. 6, счетчик 7, группу схем переноса 8, < четчик 9, генер то;. 1Q pмпсгльсон элеме<нты И 11

12 „триггер 13 „узе<. деления 14, 15, сче-;. Iик ? б, триггер 17, узел делен<«<я .! 8 „счетчик Оезультата 19 „узел деления .:.4 состоит кз счетчика дели20, счBT " ика деления 2 1, схем переноса 72.

Бы:=.Одь1 датчккон 1 и 2 соединены

Входам. .; пре образ он ат еля 3, выходы

-КОТОРОГО СОЕДИНЕНЫ С ОДНИМИ ИЗ ВХОДОВ нэлемент ОБ И 4 I < 5 Другие ВХОДЫ эткх элем нтон соединены с Входом

c :.å-,

Уста<-.:.Оночны=- Входь. счетчика 9 соединен<-? через группы схем переноса 8 с

Выхода» ; счетчика <, Выход генератора-. Импульсон 10 соединен с сумкирую:,<:<<м<

Входон элемента И» 1. Выходы счетчика 9 через элемент И 12 соединены с, .мпульсн.:=- - :-., Входа?л группы схем перонoc«:, 8 к с Входо»< триггера 13, Выход которого соедк.."ен с Вычктающим

Одо :7 c . ет -1к c3. 9 с доч1 им ВхОцОМ элемента И 11 и Вхсдами делитель узлон деления 14 к 15, Вход делимое узла Деления 14 соединен с ныОдом - <лем<.-;та pf » 1 g Вход <де сое Узла, деленкя 15 соединен с выходом узла деления 14 к входом счетчика 16, Выход которого соединен с Одн-..ì к:- входов тр«ггера 17, друFo»I -..:,;õîä этого триггера соединен с

Выходом узла Целени я 1з, Выход тркг-,=е=-ра 1 сня" àí " одним кэ нходон элемента И б, Другой Вход этого элемента саедкнен с Выходом узла деления 15 „ВыхОДЬ» элементов И 4 к 5 связаны Входамк делимОе и

"Дел::-.т -<ь Узла Де?!ения 18, Выход

690418 которого подключен .к счетчику результата 19.

B предлагаемом устройстве определение относительной влажности произ в одит си по формуле

f . — 10О4Ь

В

E где f — относительная влажнОсть воздуха;

6 — упругость водяного пара при . температуре точки росы;

Š— упругость водяного пара при температуре сухого термометра (температуре воздуха) °

Особенностью работы устройства яв- 5 ляется формирование последовательности импуйьсон, частота которых во времени изменяется пропорционально скорости и змеи ени я у пругости водян ого пара от температуры. 20

Одновременно с началом формирования этой последовательности начинают формирование двух временных интервалов. Длительност ь перв or о временного интервала пропорциональна измеренно- 25 му значению температуры точки росы, длительность второго временного интервала пропорциональна измеренному значению температуры воздуха.

Суммируя импульсы сформированной последовательности з" перный временной интервал, получают величину,пропорциональную 8 . Это следует из закона, по которому изменяет ся частота импульсон последовательности, 35

Аналогично, суммируя импульсы сформированной последовательности за второй временной интервал„ получают величину, пропорциональную Е. Затем делением числа, полученного за первый временной интервал на число, получен- 4О ное за второй временной интервал, получают величину, пропорциональную относительной влажности воздуха.

В устройстве временные интервалы, пропорциональные температуре точки 45 росы и температуре воздуха, формируются соответственно на первом и втором выходах преобразователя 3, На первый и второй входы этого преобразователя 3 поступают сигналы с датчи-50 ка 1 температуры точки росы и датчика 2 температуры ноздуха соответст.венно. Временной интервал на первом выходе преобразователя 3 является сигналом разрешения для элемента И 4, 55 временной интервал на втором выходе преобразователя 3 является сигналом разрешения для элемента И 5. На вторые входы элементов И 4, 5 поступает частота с выхода элемента И 6. Эта частота во времени изменяется пропорционально скорости изменения упругости водяного пара от температуры, С выхода элемента И 4 эта частота поступает н течение временного интервала. пропорционального температуре точки росы, на вход делимое узла деле- ния 18, с выхода элемента И 5 эта частота поступает на вход делитель узла деления 18 в течение временного интервала, пропорционального температуре воздуха, с выхода узла деления 18 частное от деления количества импульсов этих частот поступает на счетчик результата 19 °

Чтобы получить последовательность импульсов, частота которых во времени изменяется пропорционально скорости изменения упругости водяного па.ра от температуры, необходимо в те чение каждого временного дискрета, соответствующего дискрету температуры ЬТ, делить число импульсов, пропорциональных Е на число импульсов, пропорциональных квадрату интервала времени с начала работы устрсйства, и вычитать из полученного значения число импульсов, пропорциональных отношению величины Е к постоянному коэффициейту и к интервалу времени с начала рабсты устройства.

Этот принцип и реализован в устрсйстВе °

Предлагаемсе устройство работает следующим образом.

В счетчики 7 и 9 в момент команды начальная установка (цепи этой команды на фяг. 1 не показаны) записывается число импульсов, соответствующее величине Е < - начальное значение упругости водяного дара при нижней границе температурного диапазона измерения ° По этой же команде в счетчики делителя узлов деления 14 и

15 записывается число импульсов, соответствующее значению температуры

Тл при Е, (Т < - температура нижнего дйапаэона измврения) .

Триггер 13 управляет режимом работы счетчика 9, исходное состояние триггера - 0, при этом счетчик 9 работает на сложение.

Импульсы с генератора 10 начинают поступать на счетный выход счетчика

9, работающего на сложение, и на элемент И 11, на втором вхоце которого нет разрешения с выхода триггера 13, т.е. импульсы с генератора 10 чеоеэ элемент И 11 не проходят. В счетчике

9 производится суммирование импульсон генератора 10 с начальной установкой, соответствующей Е . Как только счетчик 9 переполнится и, следовательно, обнулится, на выходе элемента

И 12 формируется сигнал, так как элемент И 12 расшифровывает нулевое состояние счетчика 9. Сигнал с выхода элемента И 12 поступает на счетный выход триггера 13, триггер 13 устанавливается в 1, поэтому счетчик

9 теперь будет работать на вычитание, а на втором входе элемента И 11 поян690418

Ляется разрешение. Этот же сигнал с выхода элемента И 12 поступает на входы группы схем переноса 8, тем самым дается разрешение на установку и счетчик 9 иэ счетчика 7 числа соответствующего Е . 5

Импульсы с генератора 10 продолжают поступать на счетный вход счетчика 9, работающего на вычитание и через элемент И 11, на втором входе которого ecrr разрешение с выхода триггера 13, импульсы поступают на. вход делимое узла деления 14.Как только из счетчика 9 вычтется число иМпульсов, соответствующее Е, при этом на входе делимое узла деле-. ния 14 поступит такое же количество иМПульсов, счетчик 9 обнулится, при этом на элементе И 12 появится сигнал по которому н счетчик 9 будет введе-но число из счетчика 7. Ниже будет показано, что число, установленное н счетчик 9, будет соответствовать Е>,, гри температуре Т = ТА + аТ, По этому же сигналу с выхода элемента И 12 триггер 13 устанавливается в 0 в счетчики делителя узлов деления

14 и 15 перепадом с этого триггера добавится по 1, т.е, значение температуры изменится HB один дискрет, Этот момент и является моментом окончания первого дискрета времени и моментом начала второго дискрета времени. Длительность первого цискрета времени, как и любого последующего неиз= менна и определяется частотой импульсов генератора 10 и емкостью счетчик- З5

9 ° В первую часть дискрета времени счетчик 9 работает на ояожение от некоторой начальной установки до обн = ления, во второй части — на нычитание от той же начальной установки до об- ФД нуления. Таким образом, количество импульсон, поступающих на счетчик 9 эа отдельный дискрет времени неизменно и равно полной емкости счетчика 9.

В первом дискрете на вход - дели=,.< мое узла деления 14 поступило число импульсов, соответствующее Е, н счетчике делитель этого узла было установлено значение Т . На выходе узла деления 14 будет получено ко- 5 ., личество импульсов, равное — . Эти импульсы поступают на вход делимое"

Ы узла деления 15 с выхода узла деле=ни я будут поступать импульсы, количество которых определяются соотноше=

Е1 Е1

55 кием: — Т

Т

Емкость счетчика 16 выбирается равной С, следовательно количество импульсов переполнения с выхода счетчика 16 определяется соотношением

E1 Er — C=

Т, СТ„

Триггер 17 и элемент И 6 предназначены для вычитания импульсных по- я5 счедовательностей с выхода узла деления 15 и счетчика 16, т.е. для получения на выходе элемента И б разносЕ ти — — — — . Заведомо известно, т2 Ст что T qy . Следовательно, в про— Ъ вЂ” ——

2 1 межуток времени между двумя импульсами на выходе узла деления 15 может появиться только один импульс на выходе счетчика 16, Импульсы с выхода узла деления 15 поступают также на триггер 17, устанавливая его в О, тем самым триггер 17 дает разрешение на элемент И б, и импульсы с выхода узла деления 15 проходят яа выход элемента И б. Если появляется импульс на выходе счетчика 16, триггер 17 устанавливается в 1, формируя запрет rra элементе И б. Следующий импульс с выхода узла деления 15 через элемент И б не пройдет, и только по окончании этого импульса триггер 17 установится н О, разрешая прохождение импульсон с выхода узла деления 15 через элемент И 6. Так осу + ст ) .ф

Результат этого вычитания, получаемый н течение первого дискрета времечи „соот нет отвующего Т, поступает на счетный нход счетчика 7, в котором суммирует ся с величиной, соответствующей Е . В результате к началу второго дискрета времени в счетчике

7 зафи к CHpGBBH B величина Е, cooT ветствующая установленным коэффициентам деления 7 н счетчиках делителя узлов деления 14 и 15.

Во втором и последующих дискретах времени схема функционирует так же, как и в первом дискрете.

Таким образом, на один вход зле;-,ента И 4 будет поступать частота, скорость изменения которой во времени пропорциональна скорости измен ени я упругости водяного пара от температуры. На другой вход элемента И 4

—...îñòóïàåò сигнал разрешения, длитель: —:oñòü которого пропорциональна температуре точки росы. Поэтому на вход делимое узла деления поступит число импульсов, пропорциональное упругости водяногo пара при температуре точки росы. Аналогично, с выхода элемента И 5 на вход делитель узла деления 18 поступит число импульсов, пропорциональное упругости водяного пара при температуре воздуха..

Частное от деления =-тих чисел, пропорциональное относительной влажности воздуха, поступит с выхода узла деления 18 на нход счетчика результата 19.

690418

Узел деления 14 или 15 (см. фиг.2) состоит из двух двоичных счетчиков 20, 21 и группы элементов И 22. Счет° .чик 20 является счетчиком делимого счетчик 21 - счетчиком делителя . Выходы разрядных триггеров счетчика 21 соединены с входами сооТветствующих элементов И 22, а выхоцы этих элементов соединены с установочными входами счетчика 20. Число из счетчика 21 перезаписывается в па раллельном обратном коде в счетчик

20 по каждому импульсу переполнения на выходе счетчика 20. Например,если нужно производить деление на 2, в счетчик 21 записывается 1, импульсная последовательность подается на счетный вход счетчика 20 и по каждому второму импульсу на входе этого счетчика на выходе счетчика 20 будет появляться импульс переполнения. Если нужно производить деление на 3 s счетчик 21 записывается число 2 и,т,д.

Технико-экономический эффект предлагаемого цифрового устройства измерения относительной влажности воздуха заключается в повышении точности при измерении относительной влажности. Для получения относительной влажности воздуха при заданной погрешности измерения необходимо выбрать co- $Q ответствующую дискретность температуры (времени), диапазон изменения и дискретность Е, т.е, емкость счетчиков 7 и 9.

Формула изобретения

Цифровое устройство для измерения относительной влажности воздуха, содержащее датчики температуры точки щ росы и температуры воздуха, соединенные с входами преобразователя, а также измерительную схему, о т л и чаю ще е с я тем, что, с целью повышения точности, в нем измерительная схема выполнена в виде подключенных входами к выходам преобразователя двух элементов И, другие входы которых соединены с выходом третьего элемента И и входом счетчика, соединенного по выходам через группу схем переноса со вторым счетчиком, первый вход которого соединен с генератором импульсов и первым входом четвертого элемента H а выходы - с входами пятого элемента И, выход которого соединен с импульсйыми входами группы, схем переноса и с входом триггера, выходом подключенного к второму входу второго счетчика, второму входу четвертого элемента И и к входам делитель первого и второго узлов деления, причем вход делимое первого узла деления соединен с выходом четвертого элемента И, а вход делимое второго узла деления соединен с выходом первого узла деления и с входом третьего счетчика, выход которого соединен с первым входом второго триггера, второй вход которого подсоединен к выходу второго узла деления и к первому входу третьего элемента И, вторым входом соединенного с выходом второго триггера, при этом выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с входаюя делимое и делитель третьего узла деления, выход которо" го соединен со счетчиком результата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CiUA Р 3719810, кл. 235-151.3, 1973, 2. Авторское. свидетельство СССР

Р 443350, кл, 801 % 1/11, 1973, e9O4ie

Г

Составитель С, Непомнящая

Ре акто Л, Бубе Те>. е N, Петко Ко екто Е. ЛУка

Закаэ 5959/43 тираж 4 7 3 П одпи сн ое

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 москов, ж-35 PaYnlc as ea6., a. 4 5

Филиал ППП Патент, г.. Ужгород, ул. Проектная„4