Способ измерения давления

Способ измерения давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И-(. --А" Н-"И вЂ” Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (11) 600404

Сотоэ Советскик

Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 241075(21) 2184144/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 300378. Ьюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 0404,78

2 (51) М. Кл.

G01 D 11/00

Гоеедаретееееый ко)катет

Совета текнкетрое СССР во.деева езобретееей к открытий (53) УДК 531. 787 (088.8) (72) вторы изобретения 1 . М. Алиев, С. П. 1 ригорян, A. A. Тер-Хачатуров и IO. В. Щербинин

Научи -исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации нефтяной. и химической промышленности (71) Заявитель (5 4 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к технике измерения давления.

Известны способы измерения физических величин путем сравнения изме.— ряемой величины с монотонно изменяющейся во времени опорной величиной (1) . Например, способ по которому измеряемое давление преобразуется в силу, уравновешиваемую компенсирующей силой, создаваемой генератором силы (21 . Вследствие того, что сам преобразователь давления в силу не охватывается обратной связью, возникает погрешность от нелинейности преобразователя. Кроме того, источниками погрешности являются нелинейность генератора силы и нестабильность характеристик преобразователей.

Цель изобретения — повышение точности измерения давления.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу опорное давление измеряют одновременно двумя датчиками с произвольными характеристиками в +

+ n + 2 моменты времени в период изменения опорного давления, где и — степени полнномов функций отличия номинальных характеристик каждого датчика от их реальных функций преобразования, определяют эти функции отличия по полученным 2 (m + п+2) значениямм выходных сигналов датчиков, на основании которых судят о величинах погрешностей для каждого датчика в момент равенства измеряемого и опорного давлений, после чего, вводя эти значения погрешностей в фактически полученные результаты измерения, определяют измеряемую величину. Измеряемое давление Р» сравнивается с монотонно-изменяющимся во времени опорным давлением РИ), который, кроме того, измеряется одновременно двумя различными датчиками. Предполагается, что характеристики датчиков линейно независимые. Йа основании статистических данных о характеристиках датчиков и устройства развертки давления при различных значениях внешних возмущающих воздействий (температура окружающей среды, влажности, нестабильности питающих напряжений) выщвляются номинальные характеристики, 4,Д, (Г) и

12 (р) первого и второго датчиков соответственно, а также классы кривых, из которых с заданной точностью аппроксимации не выходят поВ00404 грешности датчиков как функции отличия номинальных характеристик датчиков от их реальных функций преобразования во времени.

Таким образом, реальные характеристики датчиков в любой момент времени можно представить в виде

) K)) t и гном j

1=

=о гдеу„иу — выходные сигналы первого и второго датчиков; 1 » — максимальные степени полиномов, описывающих функции отличия номинальных характеристик первого и второго датчиков соответственно от реальных функций преобразования во времени; а „и Ь вЂ” коэффициенты разложения функций отличия первого и второго датчиков в степенной ряд.

Эквивалентные значения опорного давления P(t) н любой момент времен определяется путем преобразования выходных сигналов датчиков по обратным номинальным характеристикам « (v,)

-» 1 ном и« <у,) первого и второго соответстненйо. Если номинальные характеристики датчиков не отличаются от реальных функций преобразования, то значения опорного давления в любые фиксированные моменты времени „, измеренные первым и вторым датчиком одновременно, должны быть равны. Обозначим результаты измеренйй опорного давления в фиксированные моменты. времени 1 „ через Ä(tÄ) и Р (4 „), относящиеся к первому и второму датчикам соответственно. Отличие разности P1(tx) Pz(t«) от нуля свидетельстнует об отличии характеристик датчиков от реальных функций преобразования.

Для любого момента времени 1« эта разность дает информацию о взвешенной сумме обоих датчиков. Задача заключается в разделении взвешенной суммы погрешностей на составляющие погрешностей каждого датчика. Разлагая разность эквиналентного опорного давления н ряд Тейлора н окрест" ностях точек, принадлежащих номинальным характеристикам и, учитывая, что относительная величина погрешностей каждого датчика не превышает нескольких процентов, для любого момента времени можно записать

-1

df» (чт)

Р,(t „) Ð (t ). (С ) Еа.»

» 1*0 (2) В этом уравнении неизвестными и являются коэффициенты а„. и

Общее количество которых равно (rn »n»

2) .

ИзмеРЯЯ У,И„), У (t„) P (4 „), Р (t „) в фиксированные (vn+n+2) момейты времени С„и решая систему уравнений (2), получим значения коэффициентов и а полиномов, описынающих функции отличия номинальных характеристик датчиков от реальных.

B процессе развертки опорного давления в момент времени 4 наступает равенство измеряемого Р „ и опорного давлений P (t) . Измерив время вычисляем значения функций отличия номинальных характеристик обоих датчиков от реальных н точке измерения Р„, т.е. значения

Еа;»„и ЕЪ.4„

20 >o " )

В момент времени Ф,« измеряются также значения ч»(» „) и чг (t ) выходных сигналов датчиков. Тогда скорректированные результаты измерения давления Р« по обоим датчикам в соответствии с ураннением (1) вычисляют по формулам

П 3 р *f v,(t )- Еа„.t« ноа " i*o

-» »Ч

«г "г(«) < ) «)

"г ном 3*

Измеряемое давление оценивается как среднее арифметическое скорректированных результатов измерений по двум датчикам «+Р«

«1 «2

40 К собственно измерительным эле- е ментам для реализации предлагаемого способа устройству развертки опорного давления, нуль-органу.для сравнения и датчикам предъявляются минимальные

45 требования. Устройстно развертки и датчики могут иметь нестабильные во времени нелинейные характеристики.

Здесь важным является то, что, изменяясь во времени, эти характеристики не выходят. с заданной точностью аппроксимации из класса кривых, определенных статистически. Требование к нуль органу заключается лишь н достаточной чувствительности.

Предлагаемый способ измерения дав-ления обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: нозможность использования в измерительной системе непрецизионных линейных датчиков; отсутствие необ@ ходимости разработки и применения точных обратных преобразователей выходного сигнала датчика н измеряемое давление.

Отмеченные преимущества покаэыва65 ют, что применение способа позволяет

600404 свести разработку прецизионных датчиков давления к разработке устройств цифровой обработки информации. Это. повышает надежность измерительных устройств за счет использования простых датчиков, снижает технологические требования к изготовлению и позволяет производить их на неспециализированных предприятиях.

Способ может быть использован для повышения точности измерения таких физических величин, для которых существуют сравнивающие устройства ( (нуль-органы), имеются источники опорного сигнала. с устройствами развертки, и для измерения которых имеются датчики с различными характеристиками, желательно основанные на различных физических явлениях. Этим требованиям удовлетворяет большинство электрических величин как электрический ток (напряжение),.частота, сопротивление, индуктивность, емкость, фаза и др., и теплотехнических величин как давление, сила (масса), температура и др. При этом к устройствам развертки и датчикам предъявляются минимальные требования. Например, в качестве устройства развертки для измерения электрического тока (напряжения) может быть использован генератор пилообразного напряжения с нелинейной и нестабильной во времени характеристикой.

Ю

На чертеже показана блок-схема устройства для осуществления предла- гаемого способа.

Устройство работает следующим образом.

По команде Пуск от блока управления начинается развертка давле- ния от источника 2 опорного давления и запускается электронный секундомер 3. Выходной сигнал источника опорного давления 7(t), монотонно изменяющийся во времени, подается на входы датчиков давления 4 и 5, а также на один вход нуль-органа 6, на другой вход которого подается. измеряемое давление Р„ . Выходные сигналы датчиков 4 и 5 через электронные ключи 6 и 8, которые синхронно открываются в фиксированные моменты времени т х импульсами от блока управления, поступают в соответствующие функциональные преобразователи 9 и 10. Этими же импульсами or блока управления открывается электронный ключ 11. В момент равенства Р„ и Щ)нуль-орган 6 выдает импульс, которыя также управляет клю чами 7, 8 и 11. Выходные сигналы датчиков 4 и 5 через ключи 7 и 8, соответствующие моментам времени и моменту времени сравнения, а также выходные сигналы функциональных йреобразователей 9 и 10 непосредственно и электронного секундомера 3 через

16 ключ 11 поступают в вычислительное устройство 12 для обработки результатов измерений, который выдает значение измеряемого давления P„, Формула изобретения

Способ измерения давления йутем сравнения измеряемого давления с монотонно изменяющимся во времени опорным давлением, о т л и ч à ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, опорное давление измеряют одновременно двумя датчиками с произвольными характеристиками в m +п + 2 моменты времени в период изменения опорного давления, где m u n — степени полиномов функций отличия номинальных характеристик каждого датчика от их реальных функций преобразования, определяют эти функции отличия по полученным 2 (ю tn+2) значениям выходных сигналов датчиков, на основании которых судят о величинах погрешностей

40 для каждого датчика в момент равенства измеряемого и опорного давлений, после чего, вводя эти значения погрешностей в фактически полученные результаты измерения, определяют из45 меряемую величину.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

)Ф 220580 Q 01 4 11/00, 1963.

50 2. Авторское свидетельство СССР

Р 253440, G 01 G 11/00, 1970.

600404

Закаэ 1894/59

ЦНИИПИ

Тираж 1112 Подписное

Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r Ужгород, Ул. Проектная, 4

Составитель И. Орлова

Редактор А. Осочников Техред A.Богдан Корректор Н. Ковалева