Спосіб вимірювання фізичних величин

Спосіб вимірювання фізичних величин (ФВ), що включає знаходження залежності між результатами проміжних вимірів ФВ х і зразковою мірою хо при масштабуванні останньої, вимірювання ма сштабно перетвореної міри та визначення значення ФВ за отриманою залежністю, який відрізняється тим, що по черзі при одному і тому ж масштабі вимірюють значення ФВ та зразкової міри, змінюють масштаб при вибраній границі вимірювання ФВ, повторно вимірюють значення ФВ і міри при новому значенні масштабу, а про результат судять за залежністю Винахід відноситься до інформаційно-вимірювальної техніки і може бути використаний при високоточному вимірюванні фізичних величин (ФВ) ВІДОМІ способи вимірювання ФВ (див , наприклад Основы информационной теории измерительных устройств / П В Новицкий - Л Энергия, 1968 - С 211, Тестовые методы повышения точности измерений / Э М Бромберг, К Л Куликовский - М Энергия, 1978 - С 47), які полягають у знаходженні залежності між - результатами проміжних вимювань ФВ та зразкової міри (однієї або двох) при масштабному перетворенні останньої, - алгебраїчною сумою ФВ та мірою, вимірюванні їх значень та розрахунку результату за знайденою залежністю Основний недолік першого з відомих способів (див перше першоджерело) є використання двох високоточних мір для знаходження значення ФВ Основний недолік другого способу (див друге першоджерело) необхідність високоточного масштабного перетворення міри і визначення коефіцієнта масштабування Технічним рішенням, яке найбільш близьке по суті до способу, що пропонується, є спосіб вимірювання ФВ (див А с № 1269038 (СРСР), В Г Левон і А А Чугай Спосіб вимірювання електричних величин, опубл 07 11 1986, Бюл Изобр № 41, 1986), вибраний за прототип, який полягає в тому, що проводиться послідовно чотири вимірювання, перше з яких передбачає вимірювання суми значень ФВ х та зразкової міри хо, друге та тре тє вимірювання передбачають вимірювання зразкової міри хо та зменшеного у k разів и значення, при цьому друге та третє вимірювання проводять одноразово при проведені однотипних багатократних вимірів, у четвертому - вимірюють суму значень ФВ х і зменшеного значення зразкової міри хо, зменшеної в k разів, при цьому шукане значення величини х знаходять за формулою _ х = у(х+ х 0 ) - у(кх 0 ) - у(х 0 ) + у(х + кх 0 ) у(х + х 0 ) - у(кх 0 ) + у(х 0 ) - у(х + кх 0 ) y(ti)-y(t3) y(t2)-y(t4)' де y(ti), y(t2), y(t3), y(U) - результати проміжних вимірювань значення ФВ х х = х де у(х+хо), у(хо), у(кхо), у(х+кхо) - результати першого, другого, третього та четвертого вимірювань Суттєвими недоліками даного способу вимірювання є наступні - спосіб не забезпечує компенсацію похибок, обумовлених температурною та часовою нестабільністю коефіцієнта масштабування, - спосіб передбачає точне знання встановленого коефіцієнта масштабування, - спосіб потребує високоточне сумування ФВ з масштабованою або немасштабованою мірою В основу винаходу поставлено задачу удосконалити спосіб вимірювання ФВ, шляхом виключення адитивної та мультипликативної складових похибок вимірювання, а також за рахунок виключення похибки, яка обумовлена температурною та часовою нестабільністю коефіцієнта масшабного перетворення та зменьшення КІЛЬКОСТІ розрахункових операцій, що забезпечує підвищення точності вимірюваня та швидкодію процесу вимірювання 42472 Поставлена задача досягається тим, що в способі вимірювання ФВ, що включає знаходження залежності між результатами проміжних вимірів ФВ х і зразковою мірою хо при масштабуванні останної, вимірювання масштабно перетвореної міри та визначення значення ФВ за отриманою залежністю, новим є те, що по черзі при одному і тому ж масштабі вимірюють значення ФВ та зразкової міри, змінюють масштаб при вибраній границі вимірювання ФВ, повторно вимірюють значення ФВ і міри при новому значенні масштабу, а про результат судять за залежністю y(ti)-y(t3) y(t2)-y(t4)' де y(ti), y(t2), y(t3), y(U) - результати проміжних вимірювань значення ФВ х Введення нових та додаткових дій, за рахунок нової організації вимірювального процесу, дозволяє підвищити точність вимірювання ФВ та швидкодію відомого способу Сутність запропонованого винаходу пояснює графічний матеріал (фіг), на якому зображено функціональну схему пристрою, що реалізує запропонований спосіб вимірювання ФВ Пристрій містить керований перемикачі, масштабний перетворювач 2, вимірювальний перетворювач З ФВ х в електричний сигнал, розрахунковий пристрій з пам'яттю 4, реєструючий пристрій 5, блок керування 6 Робота пристрою - вимірювальний цикл складається з чотирьох тактів Спочатку керований перемикач 1 встановлюється блоком керування 6 в положення а, яке зображене на кресленні У першому такті, через керований перемикач 1 здійснюють вплив на масштабний перетворювач 2 ФВ х В результаті масштабування (зменшення в k разів) на вхід вимірювального перетворювача ФВ в момент часу ti поступає масштабована ФВ кіх, яка виміряється вимірювальним перетворювачем З В результаті отримують сигнал, який запам'ятовується розрахунковим пристроєм 4 х = х = k 1 (1+y)x + Ay(t 1 ), (1) у - мультиплікативна похибка, Ду - адитивна похибка У другому такті в момент часу ti перемикач 1 в положенні б здійснює дію масштабного перетворювача 2 на зразкову мір хо і масштабована зразкова міра кхо з виходу масштабного перетворюва ча 2 вимірюється вимірювальним перетворювачем З В результаті отримують сигнал k1(1 + y ) x 0 + A y ( t 2 ) , (2) якии запам ятовується розрахунковим пристроєм 4 У третьому та четвертому такті, блоком керування 6 встановлюється коефіцієнт масштабування масштабного пристрою 2, який дорівнює кг Далі повторно вимірювальним перетворювачем З вимірюють значення масштабованої ФВ кгх та масштабованої зразкової міри кгХо Величини кгх, кгХо отримують шляхом дії по черзі вхідних величин х, хо на масштабний пристрій 2 В результаті вимірювання отримують сигнали Ay(t 3 ), (3) f Ay(t 4 ), (4) ЯКІ по черзі потрапляють до розрахункового пристрою 4, де за командою блоку керування 6 здійснюється рішення системи рівнянь (1)-(4) відносно вимірюваної ФВ х за наступною формулою при умові, що на інтервалі часу ti U Ay(t-0 = Ay(t 2 ) = = Ay(t 3 ) = Ay(t 4 ), y(ti)-y(t3) (5) y(t2)-y(t4) відображається в реєструючому x = x0 Результат пристрої 5 Таким чином, запропонований спосіб вимірювання ФВ забезпечує підвищення точності вимірювання не тільки за рахунок виключення адитивної та мультиплікативної складових похибки вимірювання, а також за рахунок виключення похибки, обумовленої температурною та часовою нестабільністю коефіцієнта масштабування масштабного пристрою 2 На ВІДМІННІСТЬ ВІД прототипу у запропонованому способі вимірювання немає необхідності у нормованому масштабуванні міри, немає необхідності у розширенні динамічного діапазону вимірювального перетворювача при вимірюванні зразкової міри хо, відсутня необхідність у високоточному додаванні ФВ до масштабованої або немасштабованої міри, тобто розрахункова операція сумування ФВ зовсім відсутня, немає необхідності визначати з високою точністю коефіцієнт масштабування масштабного пристрою Тобто, сукупність та ПОСЛІДОВНІСТЬ операцій у запропонованому способі вимірювання ФВ забезпечує досягнення технічного результату - підвищення на 20% точності вимірювання та в чотири рази швидкодію процесу вимірювання 42472 ФІГ. ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку _ 2002 р Формат 60x84 1/8 Обсяг обл -вид арк Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22