RU2077023C1 - Method of measurement of electric and nonelectric quantities - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement of heat flows of thermal radiation in power installations, measurements in atmosphere and cosmos. SUBSTANCE: in agreement with method based on consecutive measurement of examined value X, multiplication test quantity K_x and standard measure X_s one consistently measures multiplication test quantity KX_s and ideal value of examined quantity is determined from relation X = (Y₂-Y₁/Y₄-Y₃)X_s, where Y₁ is result of measurement of examined quantity X; Y₂ is result of measurement of multiplication test quantity K_x; Y₁ is result of measurement of standard quantity X_s; Y₄ is result of measurement of multiplication test quantity KX_s; K is conversion factor of multiplication test. EFFECT: improved authenticity of method. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронным измерениям и может быть использовано во многих отраслях промышленности, где требуется осуществить контроль параметров различной физической природы, например для измерения потоков теплового излучения в энергетических установках, при актинометрических исследованиях, а также метеорологических измерениях в атмосфере и космосе. Из патентно-технической литературы известен способ измерения величин различной физической природы, основанный на последовательном измерении контролируемого параметра, тестовой величины, составленной в виде суммы контролируемого параметра и параметра аддитивного теста, и тестовой величины, представленной в виде произведения измеряемой величины и коэффициента преобразования, с последующей обработкой результатов измерений по специальному алгоритму (1). The invention relates to electronic measurements and can be used in many industries where it is necessary to control parameters of various physical nature, for example, to measure thermal radiation fluxes in power plants, during actinometric studies, as well as meteorological measurements in the atmosphere and space. From the patent technical literature there is a known method for measuring quantities of various physical nature, based on the sequential measurement of a controlled parameter, a test quantity composed as the sum of the controlled parameter and the additive test parameter, and a test quantity presented as the product of the measured quantity and conversion coefficient, followed by processing of measurement results according to a special algorithm (1).

Однако недостаток известного способа состоит в том, что во многих случаях не представляется возможным формирование тестового сигнала в виде суммы контролируемого параметра и параметра аддитивного теста, например при измерениях плотности или вязких жидких сред. Эта особенность ограничивает область применения известного способа измерения. However, the disadvantage of this method is that in many cases it is not possible to generate a test signal in the form of the sum of the controlled parameter and the additive test parameter, for example, when measuring density or viscous liquid media. This feature limits the scope of the known measurement method.

Более совершенным техническим решением прототипом предлагаемого объекта изобретения является способ измерения электрических и неэлектрических величин (2), основанный на последовательном измерении контролируемого параметра Х, мультипликативной тестовой величины КХ и величины образцовой меры Х_э с последующим определением истинного значения контролируемого параметра из соотношения:

, (1)
где Y₁ результат измерения контролируемого параметра Х;
Y₂ результат измерения мультипликативной тестовой величины КХ;
Y₃ результат измерения величины образцовой меры Х_э;
K коэффициент преобразования.A more sophisticated technical solution to the prototype of the proposed object of the invention is a method of measuring electrical and non-electrical quantities (2), based on the sequential measurement of the controlled parameter X, the multiplicative test value KX and the magnitude of the exemplary measure X _e with the subsequent determination of the true value of the controlled parameter from the ratio:

, (one)
where Y _{1 is} the measurement result of the controlled parameter X;
Y _{2 the} result of measuring the multiplicative test value KX;
Y _{3 the} result of measuring the magnitude of the exemplary measure X _e ;
K conversion coefficient.

В данном способе измерения по сравнению с аналогом повышение точности измерения достигнуто путем замены операции измерения тестовой величины, составленной в виде суммы контролируемого параметра и параметра аддитивного теста, операцией измерения образцовой меры, не связанной с измеряемой величиной. Это существенно расширяет область применения известного решения. Однако, как видно из алгоритма (1), результат измерения зависит от параметров Х_э и К. Если получение стабильного значения параметра Х_э не вызывает особых затруднений, то создание мультипликативного тестового сигнала со стабильным коэффициентом преобразования К не всегда осуществимо. Например, в процессе эксплуатации устройства для реализации известного способа фильтр из стекла ИКС 2 покрывается пылью, в результате изменяется его коэффициент пропускания и, следовательно, снижается точность измерения.In this measurement method, in comparison with the analogue, an increase in the measurement accuracy is achieved by replacing the measurement operation of the test quantity, made up of the sum of the monitored parameter and the additive test parameter, with the measurement operation of an exemplary measure that is not related to the measured quantity. This significantly expands the scope of the known solution. However, as can be seen from algorithm (1), the measurement result depends on the parameters X _e and K. If obtaining a stable value of the parameter X _e does not cause any particular difficulties, then creating a multiplicative test signal with a stable conversion coefficient K is not always feasible. For example, during operation of a device for implementing the known method, an ICS 2 glass filter is covered with dust, as a result, its transmittance changes and, therefore, the measurement accuracy decreases.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния коэффициента преобразования К на результат измерения. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by eliminating the influence of the conversion coefficient K on the measurement result.

Эта цель достигается тем, что в способе произвольной последовательности измеряют контролируемый параметр Х, мультипликативную тестовую величину КХ и величину образцовой меры Х_э, дополнительно измеряют мультипликативную тестовую величину КХ_э, а истинное значение контролируемого параметра определяют из соотношения:

,
где Y₁ результат измерения контролируемого параметра Х;
Y₂ результат измерения мультипликативной тестовой величины КХ;
Y₃ результат измерения величины образцовой меры Х_э;
Y₄ результат измерения мультипликативной тестовой величины КХ_э;
K коэффициент преобразования мультипликативного теста.This goal is achieved by the fact that in a random sequence method the controlled parameter X, the multiplicative test value KX and the value of the exemplary measure X _e are measured, the multiplicative test value KX _{e is} additionally measured, and the true value of the controlled parameter is determined from the relation:

,
where Y _{1 is} the measurement result of the controlled parameter X;
Y _{2 the} result of measuring the multiplicative test value KX;
Y _{3 the} result of measuring the magnitude of the exemplary measure X _e ;
Y _{4 the} result of measuring the multiplicative test value KX _e ;
K conversion coefficient of the multiplicative test.

Указанная совокупность отличительных признаков отсутствует в известных способах и принципах построения измерительных систем. Она позволяет устранить влияние нестабильности коэффициента преобразования на итоговый результат измерения. Поэтому следует считать предлагаемое техническое решение соответствующим критериям новизны и существенности отличий. The specified set of distinctive features is absent in the known methods and principles of construction of measuring systems. It allows you to eliminate the influence of instability of the conversion coefficient on the final measurement result. Therefore, it should be considered that the proposed technical solution meets the criteria of novelty and materiality of differences.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения радиации. The drawing shows a functional diagram of a device for measuring radiation.

Устройство состоит из фильтра 1 и последовательно включенных первичного термоэлектрического преобразователя 2, измерительного устройства 3, вычислительного устройства 4 и блока индикации 5. The device consists of a filter 1 and a series-connected primary thermoelectric converter 2, a measuring device 3, a computing device 4 and an indication unit 5.

Устройство работает следующим образом. Процесс измерения состоит из четырех произвольно выбранных последовательных тактов. При первом тактовом измерении под действием теплового потока преобразователь 2 воспринимает его и генерирует термоЭДС, соответствующую значению измеряемого уровня радиации Х. Электрический сигнал фиксируется измерительным устройством 3 и результат измерения Y₁ заносится в запоминающее устройство вычислительного устройства 4. Во время второго тактового измерения над приемной поверхностью преобразователя 2 теплового потока размещают фильтр 1, ослабляющий поток радиации в К раз (например, фильтр из стекла ИКС 2 толщиной 1 мм при потоке радиации с длиной волны 2,1 мкм имеет коэффициент пропускания 0,87). Измерительное устройство 3 регистрирует термоЭДС, представляющую собой контролируемый параметр уровень радиации Х, умноженную на коэффициент преобразования К фильтра 1, т.е. КХ. Результат измерения Y₂ также заносится в запоминающее устройство вычислительного устройства 4. Далее фильтр 1 убирают. В процессе третьего тактового измерения измерительным прибором 3 фиксируется термоЭДС, соответствующая образцовому значению радиации Х_э (в качестве образцовой меры Х_э может быть использована нулевая радиация ночью, либо заданная радиация от установленной над приемной поверхностью преобразователя 2 лампы). Результат измерения Y₃ вновь заносится в вычислительное устройство 4.The device operates as follows. The measurement process consists of four randomly selected consecutive measures. During the first clock measurement under the influence of the heat flux, the transducer 2 senses it and generates a thermoEMF corresponding to the value of the measured radiation level X. The electrical signal is recorded by the measuring device 3 and the measurement result Y _{1 is} recorded in the storage device of the computing device 4. During the second clock measurement above the receiving surface the heat flow transducer 2 place a filter 1, attenuating the radiation flux by a factor of K (for example, an IKS 2 glass filter with a thickness of 1 mm with a rad flow The radiation with a wavelength of 2.1 μm has a transmittance of 0.87). The measuring device 3 registers thermoEMF, which is a controlled parameter, the radiation level X, multiplied by the conversion coefficient K of filter 1, i.e. KH. The measurement result Y _{2 is} also recorded in the storage device of the computing device 4. Next, the filter 1 is removed. In the process of the third clock measurement, the measuring emitter 3 fixes the thermoEMF corresponding to the exemplary value of radiation X _e (as an exemplary measure X _e , zero radiation can be used at night, or a given radiation from a lamp installed above the receiving surface of the converter 2). The measurement result Y _{3 is} again entered into the computing device 4.

Во время четвертого такта измерения над приемной поверхностью преобразователя 2 вновь устанавливают фильтр 1, ослабляющий поток заданной радиации в К раз, т.е. КХ_э. Результат измерения Y₄ также вносится в вычислительное устройство 4. Последний, исходя из системы уравнений

, (3)
определяет значение контролируемой радиации Х из соотношения

. (4)
Значение радиации с выхода вычислительного 4 поступает в блок индикации 5 искомого результата. Таким образом, как следует из формулы (4), точность измерения не зависит от изменяющихся параметров α₁ и α₂ функции преобразования измерительной системы и коэффициента преобразования К мультипликативного теста КХ или КХ_э, а определяется в основном стабильностью образцовой меры Х_э, что при реализации предложений не вызывает технических затруднений. В результате достигается повышенная, в сравнении с известным способом точность измерения. Кроме того, алгоритм автоматической коррекции значительно проще, что упрощает техническую реализацию вычислительного устройства, а следовательно, повышает его надежность и снижает стоимость.During the fourth measurement cycle, a filter 1 is again installed above the receiving surface of the transducer 2, attenuating the flow of a given radiation by a factor of K, i.e. KH _e . The measurement result Y _{4 is} also entered into the computing device 4. The latter, based on the system of equations

, (3)
determines the value of controlled radiation X from the relation

. (4)
The radiation value from the output of the computational 4 goes to the display unit 5 of the desired result. Thus, as follows from formula (4), the measurement accuracy does not depend on the changing parameters α ₁ and α _{2 of} the conversion function of the measuring system and the conversion coefficient K of the multiplicative test KX or KX _e , but is mainly determined by the stability of the exemplary measure X _e , which for implementation of proposals does not cause technical difficulties. The result is increased, in comparison with the known method, the accuracy of the measurement. In addition, the automatic correction algorithm is much simpler, which simplifies the technical implementation of a computing device and, therefore, increases its reliability and reduces cost.

По предложению разработан макетный образец устройства. В качестве первичного термоэлектрического устройства был использован абсолютный радиометр типа ПЛТПпр измерительного устройства милливольтметр В-27 с выходным преобразователем, а в качестве измерительно-вычислительного устройства - микрокомпьютер Электроника МК 64, имеющий в своем составе приборный интерфейс, с соответствующим алгоритму (4) программным обеспечением. В качестве вспомогательного звена, обеспечивающего изменение коэффициента преобразования в К раз, применен фильтр из стекла ИКС-2 толщиной 1 мм с коэффициентом пропускания 0,87 при потоке радиации с длиной волны 2,1 мкм. At the suggestion, a prototype device was developed. As the primary thermoelectric device, an absolute radiometer of the PLTPpr type of the measuring device, a B-27 millivoltmeter with an output converter, was used, and as a measuring and computing device, the MK 64 microcomputer, which includes a device interface, with the corresponding algorithm (4) software. As an auxiliary link, providing a change in the conversion coefficient by a factor of K, an IKS-2 glass filter with a thickness of 1 mm with a transmittance of 0.87 was applied with a radiation flux of 2.1 μm wavelength.

В процессе испытаний коэффициент пропускания фильтра варьировался в диапазоне от 0,46 до 0,87 путем нанесения на его поверхность пылевого слоя. При этом суммарная погрешность измерительной системы изменялась от 0,3% при изменении по алгоритму автокоррекции известного способа до 0,05% по предлагаемому способу измерения. During testing, the filter transmittance varied in the range from 0.46 to 0.87 by applying a dust layer to its surface. In this case, the total error of the measuring system changed from 0.3% when changing according to the auto-correction algorithm of the known method to 0.05% according to the proposed measurement method.

Таким образом, испытания макетного образца устройства полностью подтвердили осуществимость, работоспособность и эффективность предлагаемого изобретения. Thus, tests of the prototype device fully confirmed the feasibility, operability and effectiveness of the invention.

Claims (1)

Способ измерения электрических и неэлектрических величин, заключающийся в том, что в произвольной последовательности измеряют контролируемый параметр Х, мультипликативную тестовую величину КХ и величину образцовой меры Х_э, где К коэффициент преобразования мультипликативного теста, и на основании измеренных величин рассчитывают истинное значение контролируемого параметра, отличающийся тем, что дополнительно измеряют мультипликативную тестовую величину образцовой меры КХ_э и при расчете истинного значения контролируемого параметра используют следующее математическое выражение:

где Y₁ результат измерения контролируемого параметра Х,
Y₂ результат измерения мультипликативной величины тестовой величины КХ;
Y₃ результат измерения величины образцовой меры X_э;
Y₄ результат измерения мультипликативной тестовой величины образцовой меры КХ_э.The method of measuring electrical and non-electrical quantities, which consists in the fact that the controlled parameter X, the multiplicative test value KX and the value of the exemplary measure X _e , where K is the conversion coefficient of the multiplicative test, are measured in an arbitrary sequence, and the true value of the controlled parameter is calculated based on the measured values, different in that further measured value multiplicative model test measures BCH _e and the calculation of the true value of the controlled parameter and using the following mathematical expression:

where Y _{1 is the} result of measuring the controlled parameter X,
Y _{2 the} result of measuring the multiplicative value of the test value of KX;
Y _{3 the} result of measuring the magnitude of the exemplary measure X _e ;
Y _{4 the} result of measuring the multiplicative test value of the exemplary measure KX _e .