Устройство для измерения параметров газовых сред

Устройство для измерения параметров газовых сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное н авт. свид-ву{22) Заявлено 150280 (23) 2886019 j 18-25 с присоединением заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 30.1231. Бюллетень Н9 48

Дата опубликования описания 30.1281

< >894527 (51)М. Кл.з

G 01 N 27/22

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открытий ($$) У ф(543 ° 275 ° 1 (088. 8) (72) Авторы изобретения

И.A. Избух, В.Д. Коваленко, А.М. Литвинов, В.П. Мишта, В.A. Остафин и A.М. Романкевич,)

Киевский ордена Ленина политехнический институт "! им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции и Опытное производство при Ииституте физики AH Украинской ССР (71) Заявители

/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ГАЗОВЫХ СРЕД

30

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-: зовано при определении влажности и температуры газов.

Известно устройство для измерения влажности газов, состоящее из двух генераторов высокой частоты f< a ГЯ, электронного модулятора, пассивного смесителя на резисторах, буферного каскада, выполненного по схеме усилителя с эммитерной связью, причем входной транзистор включен по схеме с общим коллектором, а выходной транзистор — по схеме с общей базой,,к измерительного контура в коллекторе, 15 состоящего из инлуктивности, подстроечной емкости, измерительного конденсатора и датчика влажности, детектора, усилителя низкой частоты и индикатора (1).

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров газовых сред, в котором аналоговыми методами вычисляются полиномы третьей степени, аппроксимирующие зависимости Ри(В „) 1/РН(R ) и их произведение, где Р„ — парциальное давление водяных паров;

P - давление насыщенных водян ных паров;

R — сопротивление влажного тервл. мометра)

R — сопротивление сухого терс мометра, а также осуществляется реализация зависимостей t=t(йс) Г=Г(Rg„) (где t - температура водяных паров; б — температура насыщенных водяных паров) на основе кусочно-линейной аппроксимации функции коррекции (разности между функцией и ее линейным приближением).

Система состоит из нескольких со-. тен преобразователей, расходного устройства, блока тактовых интервалов, влагомера, содержащего интервалы Инт. 1, Инт. 2 и Инт. 3, к выходам которых подключены компараторы, выдающие сигналы на блок автоматики влагомера, который осуществляет подключение к интеграторам источников спорных напряжений и преобразуемых напряжений, а также термометра, генератора образцовой частоты, реверсивного счетчика импульсов (РСИ), 894527 коммутатора, разрешающего прохождение сигналов от функциональных преобразователей на управление РСИ в зависимости от режима измерения и трех регистров памяти с цифровыми отсчетными устройствами (2).

Недостатками известного устройства являются низкая точность измерения влажности газовых сред вследствие использования для аппроксимай P„(Rz„) 1 Р м(Нс) и других аналоговых элементов, а также из-за аппроксимации этими элементами уже не реальных, а аппроксимированных полиномом третьей степени зависимостей, большая аппаратурная сложность системы, насчитывающая сотни диодных преобразователей, необходилщх для аналогового метода генерирЬвания функций, невозможность измерения параметров газовых сред объектов, расположенных на значительном расстоянии (так как передача аналоговых сигналов. на большие расстояния черезвычайно затруднительна), а также узкий температурный диапазон, ограничивающийся 3-ей степенью аппроксимирующего полинома.отметим,что увеличение температурного диапазона путем повышения степени полинома привело бы к значительному увеличению количества диодных преобразователей.

Цель изобретения — увеличение точности измерения параметров газовых сред, уменьшения аппаратной сложности и обеспечение возможности измерения параметров газовых сред отдаленных объектов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров газовых сред, содержащее. распределительный коммутатор, цифровой индикатор и датчик, выходы которого прдсоединены ко входам распределительного коммутатора, введены аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь адреса запоминающего устройства, представляющий собой вычислитель константы и смещающий график влево по оси абсцисс, счетчик и регистр аналоговоцифрового преобразователя, запоминающее устройство (ЗУ), коммутатор процессора, преобразователь из двоичного в двоично-десятичный код и процессор, содержащий регистры Р и Р, регистры, снабженные цепями правого и левого сдвига на один разряд Р> и Р4, сумматор, коммутатор сумматора и схему образования обратного кода, причем выход расределительного коммутатора подключен через аналогово-цифровой преобразователь и формирователь адреса ЗУ к информационным входам триггеров счетчика (старшие разряды АЦП) и регистра (младшие разряды АЦП)аналогово-цифрового преобразователя, а выходы счетчика АЦП подсоединены к адресным входам Зу, сигналы с выходных шин которого поступают на входы коммутатора процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого (на младшие разряды) поступают сигналы с выходных шин регистра АЦП, а по третьему направлению коммутации поступают сигналы с выходных шин регистра Р процессора, кроме того, выходные сигналы коммутатора процЕссора подключены ко входам регистра

Р процессора, выходные сигналы которого поступают на входы схемы фоф15 мирования обратного кода и коммутатора сумматора по первому направлению коммутации, по второму направлению которого поступают сигналы с выходных шин схемы формирования обратного кода, а выходы коммутатора сумматора подсоединены ко входам одного из слагаемых сумматора, к входам второго слагаемого которого подсоединены выходы регистра Р процессора, которые, кроме того, подсоединены к информационным входам регистра РЗ, выходы которого через преобразователь из двоичного в двоичнодесятичный код подключены ко входам цифрового индикатора, и P g процессо3О ра, и выходы сумматора подключены к информационным входам регистра Р процессора, и, помимо этого, выход старшего разряда регистра Р процессора подключен ко входу младшего раэ35 ряда регистра РЗ процессора по направлению сдвига влево, выход которого подсоединен ко входу блока управления, а соответствующие выходы блока управления подсоединены к управляющим и тактовым входам всех блоков, входящих в устройство.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 сопротивлений, распределительный коммутатор 2, аналогово-цифровой преобразователь 3,счетчик 4 АЦП,регистр

5 АЦП,ЗУ б,коммутатор 7 процессора, регистры 8 и 9 процессора Р>,Р соответственно, схему 10 формирования обратного кода, коммутатор 11 сумматора, сумматор 12, сдвиговые регистры 13 и 14 процессора Р и Р > соответственно, блок 15 управления, преобразователь 16 из двоичного в двоично-десятичный-код, цифровой индикатор 17 и формирователь 18 адреса ЗУ.

Выходы датчика 1 сопротивлений подсоединены ко входам распределибО тельного коммутатора 2, а его выход подключен через АЦП 3 и формирователь 18 к информационным входам триггеров счетчика АЦП 4 (старшие разряды АЦП) и регистра АЦП 5 (младшие

65 разряды АЦП), а выходы счетчика АЦП 4

894527

В - с а(Ц ) е

С 2 вс (R,-, о) (Е,Р) 1 с

p, = — с-(е1 квс в е, ы подсоединены к адресным входам ЗУ 6, выходные шины которого подключены ко входам коммутатора 7 процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого (на младшие разряды) подключены выходные шины регистра 8 процессора P кроме того выходные шины коммутатора 7 процессора подключены ко входам регистра 9 процессора Р(, выходы которого подсоединены на входы схемы 10 формирования обратного кода и коммутатора 11 сумматора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого подключены выходные шины схемы

10 формирования обратного кода, а выходы коммутатора ll сумматора подсоединены ко входам одного из слагаемых сумматора 12, ко входам второго слагаемого которого подсоедиены выходы регистра 13 процессора 20 которые, кроме того, подсоедиены к информационным входам регистра 14 процессора Р9, выходы которого через преобразователь 16 из двоичного в двоично-десятичный код 25 подключены ко входам цифрового индикатора 17, а младший разряд его, кроме этого, подсоединен ко входу блока управления и регистра 8 про- ° цессора Р2 и выходы сумматора 12 подключены к информационным входам регистра Р4 13 процессора, и, помимо этого, выход старшего разряда регистра 13 подключен ко входу сдвига влево регистра 14. 35

Устройство работает в режимах измерения относительной влажности газа (ф), температуры газа (t), температуры точки росы газа (ь) .

Измерение относительной влажности газа осуществляется с помощью вы- 4О числения формулы

Р C (Psc PBc) вс е„

f где Р - давление насыщенных hoSc дяных паров, соответствующее сопротивлению

f К„-R mod(„(z) вс е„

1 =2 - шаг интерполяции, .(h о — целое число;

P — соответствует сопротивлению

Аналогичные соотношения выполняются и для Рс и Р по отношению к В .

Измерение t и 7 осуществляется по формулам

Ro

6 =1 + H."-a ), где t" (5") и t (7") соответствуют сопротивлениям и

) Вс )1вс"ло@ Ф ) Sc е.

R = — - (е.

В режиме влагомера блок управления вырабатывает последовательность управляющих импульсов, по которым выполняются следующие операции.

После поступления с распределительного коммутатора через АЦП и формирователь адреса ЗУ значения величины, соответствующей сопротивлению R блок 15 управления вырабатывает сигнал, по которому информация принимается на регистр АЦП и счетчик АЦП.

Далее по информации, записанной в счетчике АЦП, из ЗУ считывается код даьления водяных паров, соответствующий сопротивлению и записывается по первому направлению коммутации коммутатора процессора в регистр Р процессора. В этом же рабочем такте обнуляется регистр

Р1(13) процессора.

Затем через коммутатор 11 сумматора и сумматор 12 (складывая с О) код с регистра Р процессора переписывается в регистр Р процессора.

На следующем рабочем такте из счетчика АЦП вычитается единица и тем самым формируется код сопротивления,соответствующий Рс по которому

° о из ЗУ считывается Рс и записывается по первому направлению коммутации в регистр Р4 (9) процессора.

После этого из содержимого регистра 13 вычитается содержимое регисто ра 9, т.е. формируется разность Рс-РС, которая записывается в регистр 13.

Далее из регистра АЦП по второму направлению коммутатора процессора считывается информация в регистр 9, а информация из регистра 13 переписывается в регистр 14.

Затем по стандартной программе, записанной в блоке управления, осуществляется умножение кодов, записанных в регистрах 9 и 14 (с помощью регистра 13), и формируется произведение - с лод(г/2) 1 о е „(Рс-Р (при этом блок. управления в каждом рабочем такте анализирует младший разряд регистра 14) .

894527

Произведение. формируется в регистре 13.

В следующем такте по коду счетчика АЦП считывается из ЗУ в регистр Р о процессора код Рс . Далее складывается содержимое регистра 13 и 9, и в регистре 13 формируется величина

"с "с М )

Р (t,"-P,), с которая переписывается в регистр 8.

Затем по аналогичной программе обрабатывается величина сопротивления

R8c

Вычисленная величина о Rse -Rge gl2) q o

P» — — — «-,l

15

35

50

60 формируется в регистре 13.

В следующем такте информация из регистра 8 переписывается по треть- . ему направлению в регистр 9, и по стандартной программе, осуществляется операция деления содержимого регистра 13 на код, записанный в регистре 9 (в каждом рабочем такте анализируется младший разряд регистра 14) . Величина частного формируется в регистре 14 (по цепи левого сдвига информация переписывается иэ старшего разряда регистра .13 в младший разряд регистра 14) и через преобразователь 16 фиксируется цифровым индикатором.

Если внешним тумблером 18 одноразовый счет в блоке управления установить режим одноразового счета, То вычисления на этом прерываются, если же тумблер не находится в укаэанном состоянии, то аналогичные вычисления повторяются снова.

Работа устройства,в режимах вычисления t(В )и Г (R c) полностью аналогична вычислениям величины й,- .а(е,Ю,,1»,; > с 6 (Рс c/

1 в режиме влагомера (отличие функционирования устройства в этих режимах от режима влагомера заключается лишь в том, что для вычисления и Г используются другие ячейки ПЗУ).

Результат формируется в регистре

13 и переписывается в регистр 14.

Сложность устройства определяется . разрядностью регистров, коммутаторов, сумматора и ЗУ, входящих в устройство, а также количеством ячеек Зу.

Все эти величины зависят от требуемой точности вычисления Q, и Г .

Погрешность определения влажности определяется по формуле аУвс Рьс где Рс и АР > — погрешности определения давления водяных и насыщенных водяных паров, соответственно. вс вс+ Р8 Р - Р + Р

8С с с с где а РВС и барс — погрешности метода м м определения давлеЬ ния Рв и Р

ЬР8с и АРс - погрешности вычислений устройством давлений P sc и Рс по указанному методуу.

Ю

a9=aV + p + — — йР

< ac Р вс в

Рс Рс -М""+ (аРвь аР в), Стаи так как РВсх Рс.

Зависимости Р (R ), Р (R ), t (Ry), -C (ВВс) отличаются той особенностью, что их кусочно-линейная интерполяция даже при значительном шаге интерполяции позволяет получить очень точное приближение к истинным кривым.

Таким образом, по сравнению с известным, предлагаемое устройство имеет значительные преимущества н по экономии аппаратурных затрат, и по точности определения исследуемых параметров газов.

Кроме того, поскольку определение

Q,t и ф осуществляется цифровым методом, то устройство может измерять параметры газовых сред объектов (практически без потери точности), расположенных на значительном расстоянии, если датчик, распределительный коммутатор и АЦП находятся вблизи объекта, а остальная система связана с ними по каналу телеметрии.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров газовых сред, содержащее распределительный коммутатор, цифровой индикатор и датчик, выходы которого подсоединены ко входам распределительного коммутатора, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерения параметров газовых сред и обеспечения возможности измерения параметров газовых сред отдаленных объектов, в устройство введены аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь адреса запоминающего устройства, счетчик АЦП, регистр АЦП,.запоминающее устройство (ЗУ), коммутатор процессора, преобразователь иэ двоичного кода в двоично-десятичный код и процессор, содержащий первый и второй регистры, третий и четвертый регистры, снабженные цепями правого и левого сдвига на один разряд, сумматор, коммутатор сумматора и схему образования обратного кода, причем выход распределительного коммутатсцы

894527

ВНИИПИ Заказ 11473/69 Тираж 910 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 подключен через АЦП и формирователь. адреса ЭУ к информационным входам счетчика АЦП и регистра АЦП, а выходы счетчика АЦП подсоединены к адресным входам Зу, выходные шины которого подключены к входам коммутатора процессора по первому направлению коммутации, по второму направлению коммутации которого на младшие разряды подсоединены выходные шины регистра АЦП, а по третьему направлению коммутации — выходные шины второго регистра процессора, кроме того, выходы коммутатора процессора подключены ко входам первого регистра процессора, выходы которого подключены ко входам схемы формирования обратного кода и коммутатора сумматора по первому направлению коммутации, ко второму направлению которого подсоединены выходы схемы формирования обратного кода, и выходы коммутатора сумматора под-. соединены входам подачи одного иэ слагаемых сумматора, а к входам подачи второго слагаемого подсоединены вЖсоды четвертого регистра процессора, подключенные, кроме того, к информа" ционным входам третьего регистра, выходы которого через преобразователь из двоичного кода в .двоичнодесятичный код подключены ко входам цифрового индикатора, и второго регистра процессора, а выходы сумматора подключены к информационным входам четвертого регистра процес)g,сора, и, помимо этого, выход старшего разряда четвертого регистра процессора подключен ко входу младшего разряда третьего регистра процессора по направлению сдвига влево, выход которого подсоединен ко входу блока управл ния.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

4 Ю 616567, кл. G 01 N 27/22, 1977.

2. Циделко В.A. и др. Измерительная система для контроля параметров газовых сред. - Измерительная техника, 1978, В 4 (прототип).