ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ ЭЛЕКТРОННЫЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ ЭЛЕКТРОННЫЙ Данное устройство относится к электронным измерителям физических параметров среды, таких как давление, температура, вес, сила и т.п. Оно может быть использовано для создания контрольно-измерительных приборов при работе с различными жидкостями и газами, применяемыми в различных областях деятельности человека.
Известен электронный измеритель физических параметров среды, например давления, описанный в авторском свидетельстве СССР № 1245300, МКИ G01L 9/08, публикация 860723 N 27. Измеритель содержит преобразователь давления, выход которого подключен к резисторам делителя напряжения. Кроме того, он содержит аналогоцифровой преобразователь, переключатели, блок управления, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления, инвертор, генератор опорной частоты, блок индикации, элемент совпадения и источник сигнала логической единицы.
Данная схема рассчитана на использование только линейного датчика, поэтому если она будет обеспечивать высокую точность измерений, то будет очень дорогой.
Известен электронный измеритель давления, описанный в заявке Франции
№ 2572808, МКИ 4 G01L 9/02, публикация 860509 № 19. Датчик представляет собой единый блок с постоянной памятью, в которую заложены поправочные коэффициенты, например, программируемое запоминающее устройство с гибкими соединениями. Блок датчика и запоминающее устройство соединены с вычислительной машиной.
Этот датчик имеет ограниченное применение, т.к. он может работать только с вычислительными машинами, у которых предусмотрены возможности предварительной обработки сигнала до такого уровня, при котором машина может производить вычислительные операции. Однако, использование таких машин сделает измерения дорогостоящими и только стационарными.
5 GOIL 19/00
Известен электронный измеритель давления, описанный в заявке РСТ
№ 91/16610, МКИ 5 G01L 19/00, публикация 911031 № 25. Этот измеритель содержит первичный электронный датчик параметра среды, усилитель электрических сигналов, источник опорного напряжения, схему линеаризации электрических сигналов, АЦП, генератор синхроимпульсов, декодер-формирователь и жидкокристаллический дисплей. При этом, первичный электронный датчик параметра среды своим выходом электрически связан с входом усилителя электрических сигналов, выход которого, в свою очередь, электрически связан с входом схемы линеаризации электрических сигналов. Выход же схемы линеаризации электрически связан с входом АЦП, на выходе которого образован индикаторный канал, в котором установлен декодерформирователь и электронный индикатор, например жидкокристаллический дисплей. При этом вход декодера-формирователя электрически связан с выходами АЦП, а выход - с входами жидкокристаллического дисплея. Кроме того, выход источника опорного напряжения электрически параллельно связан с входами первичного электронного датчика давления параметра среды и с входом усилителя электрических сигналов.
Выход же генератора синхроимпульсов электрически параллельно связан с управляющим входом АЦП и с управляющим же входом схемы .линеаризации электрических сигналов.
В этом измерителе точность измерения ограничивается тем, что линеаризация сигнала в нем осуществляется в аналоговой форме, к тому же в этой схеме измерение производится без учета характеристик окружающей среды, которые имеют нелинейный характер. Кроме того, построение схемы аналоговой обработки сигналов ограничивает диапазон измерений и делает невозможным построение многопредельной схемы, т.к. при смене датчика давления необходимо будет подбирать, а значит изменять большинство блоков схемы измерителя давления. № 3837592, МКИ GOID 7/00, публикация 900510 № 19. Это устройство содержит один
канал ввода измеряемых параметров и управляемое микропроцессором индикаторное устройство на жидких кристаллах. Этот индикатор на жидких кристаллах содержит измерительные шкалы, которые автоматически переключаются микропроцессором в зависимости от измеряемых параметров.
Это измерительное устройство не обеспечивает достаточно высокую точность измерений параметров среды, т.к. в нем не обеспечивается обработка сигналов, поступающих по каналу ввода измеряемых параметров, таким образом, чтобы снизить влияние помех и погрешностей, создаваемых первичным датчиком измеряемых параметров.
Ближайшим из известных является измеритель параметров среды описанный в издании Дистанционный сигнализатор ДС-2. Техническое описание и инстрз кция по эксплуатации, г. Томск, 1995 г.. Этот измеритель параметров среды содержит каналы ввода измеряемых параметров, заправляемый микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь, управляемый электронный переключатель электрических каналов, содержапщй несколько входов и один выход, запоминающее устройство, которое может быть как постоянным, так и программируемым; а также несколько индикаторных каналов. При этом в качестве электронного переключателя электрических каналов в нем установлен мультиплексор.
В этом измерителе параметров среды каналы ввода измеряемых параметров присоединены ко входам электронного переключателя электрических каналов, выход которого электрически связан с входом АЦП, а управляющий вход - непосредственно со свободным управляющим входом микропроцессора. Выход же АЦП электрически связан с одним из свободных входов микропроцессора. К выходам этого же микропроцессора присоединены индикаторные каналы. А запоминающее устройство своим выходом электрически связано со свободным входом указанного микропроцессора.
-3Этот измеритель параметров среды также не позволяет измерить поступающие по каналам ввода измеряемых параметров сигналы с достаточно высокой точностью, т.к. в нем также не предусмотрена обработка этих сигналов, снижающая в них помехи.
Кроме того, прототип, также как и все выще описанные аналоги, может производить измерения исключительно локально. Т.е. он принимает сигналы от первичного датчика параметра среды и обрабатывает измерения только в том месте, где он установлен. Далее результаты обработки этих сигналов могут быть переданы на индикаторные либо на исполнительные устройства, но не более того. В этом электронном измерителе параметров среды невозможна передача результатов на другие измерители, находящиеся на значительных расстояниях друг от друга, с возможностью управления каждым из этих измерителей друг от друга. Т.е. прототип, как и все описанные выше аналоги, не позволяет получить распределенный измеритель параметров среды, у которого имеется любое заданное число простых измерительных блоков, позволяющих получать отображение измеряемых параметров среды на любом из них и вести управление всей системой этих блоков с любого из них.
Задачей данного устройства является повышение точности измерения параметров среды путем такой обработки поступающих по каналам ввода сигналов, которая максимально снижает содержащиеся в них помехи. Одновременно данное изобретение должно обеспечить создание распределенного электронного измерителя параметров среды.
Поставленная задача рещается тем, что заявляемый электронный измеритель параметров среды, как и известный, содержит канал ввода измеряемых параметров; управляемый электронный переключатель электрических каналов, например коммутатор или мультиплексор, имеющий два входа и один выход; аналого-цифровой преобразователь, процессор; постоянное запоминающее устройство, по меньшей мере, один индикаторный канал, в котором установлен, например, жидкокристаллический
тор; при этом, канал ввода измеряемых параметров присоединен к одному из входов управляемого электронного переключателя электрических каналов; своим выходом управляемый электронный переключатель электрических каналов последовательно через аналого-цифровой преобразователь электрически связан со свободным входом процессора; постоянное запоминающее устройство своим выходом электрически связано со своим свободным входом процессора; а индикаторный канал электрически связан с выходом процессора; кроме того, аналого-цифровой преобразователь дополнительно электрически связан своим управляющим входом с управляющим выходом процессора.
В отличии от известного, в заявляемом электронном измерителе параметров среды установлен первичный электронный датчик параметра среды и усилитель электрических сигналов; причем, этот усилитель своим входом электрически связан с выходом управляемого электронного переключателя электрических каналов, а своим выходом - со входом аналого-цифрового преобразователя; первичный электронный датчик параметра среды установлен в канале ввода измеряемых параметров и своим выходом электрически связан с одним из входов управляемого электронного переключателя электрических каналов, другой вход которого заземлен; постоянное же запоминающее устройство заполнено значениями поправочных коэффициентов и функционально взаимодействует с процессором таким образом, чтобы содержащиеся в нем значения поправочных коэффициентов поступали в процессор в соответствии 6 в личиной сигнала, идущего от первичного электронного датчика параметра среды.
Указанный усилитель электрических сигналов может быть выполнен управляемым, при этом своим управляющим входом он электрически связан с управляющим выходом процессора.
го напряжения или тока, при этом источник опорного сигнала своим выходом электрически связан с первичным электронным датчиком параметра среды.
Указанный источник опорного сигнала может быть выполнен управляемым, при этом своим управляющим входом он электрически связан с управляющим выходом процессора.
Для повышения точности измерений в электронном измерителе параметров среды может быть выполнен третий вход в управляемом электронном переключателе электрических каналов, к которому подключен выход источника опорного сигнала параллельно с первичным электронным датчиком параметра среды. Точность производимых измерений повышается в данном случае за счет подбора или учета уходов опорного сигнала от требуемой величины оптимального режима работы источника опорного сигнала в зависимости от окружающих условий работы, например от окружающей температуры воздз а или колебаний питающих напряжений. Учет оттоюнений опорного сигнала проводится в случае, если этот источник опорного сигнала выполнен не управляемым.
Для повышения точности измерений в измерительном блоке электронного измерителя параметров среды может быть установлен электронный измеритель температуры, который расположен таким образом, чтобы он обеспечивал измерение температуры пфвичного электронного датчика параметра среды, при этом в управляемом электронном переключателе электрических каналов выполнен четвертый переключаемый вход, с которым электрически связан своим выходом указанный электронный измеритель температуры. Такая схема позволяет ввести соответствующую программную поправку на окружающую температуру в вычислении параметра среды и тем самым резко повысить точность измерений и (или) расширить рабочий диапазон температзф прибора, поскольку температура первичного электронного датчика параметра среды может определяться в каждом цикле измерений.
-6В электронном измерителе параметров среды в качестве аналого-цифрового
преобразователя может быть установлен преобразователь непрерывного сигнала в частотный, например, преобразователь напряжения в частоту.
В электронном измерителе параметров среды могут быть установлены также устройство хранения данных, например - дополнительное постоянное запоминающее устройство, и электрический соединительный разъем, имеющий, по меньшей мере, два канала связи; при этом, указанный электрический соединительный разъем установлен таким образом, чтобы усилитель электрических сигналов был связан с аналогоЩ1фровым преобразователем через этот электрический соединительный разъем и чтобы через этот же разъем выход устройства хранения данных был связан с одним из свободных входов процессора; кроме того, имеющееся постоянное запоминающее устройство выполнено программируемым и своим управляющим входом электрически связано со свободным управляющим выходом процессора; ко всему прочему, первичный электронный датчик, например - давления, управляемый электронный переключатель электрических каналов, усилитель электрических сигналов, источник опорного сигнала и устройство хранения данных установлены в отдельном сменном блоке, который соединен с оставшимися элементами схемы электронного измерителя параметров среды через электрический соединительный разъем и выполнен с возможностью его смены.
Это позволяет производить измерения в широком диапазоне значений измеряемых параметров среды, т.к. такая конструкция дает возможность изготовить целый ряд сменных первичных электронньгк датчиков параметров среды, каждый из которых будет работать в определенном оптимальном диапазоне измеряемых величин. Подобрав нужный первичный датчик и установив его в электронный измеритель параметров среды, обеспечивают оптимальный режим измерений параметров среды и, таким образом, повышение точности этих измерений.
-1В случае, когда в электронном измерителе параметров среды выполнен электрический соединительный разъем и часть его элементов установлена в сменном блоке, соединяющийся с основным блоком через указанный разъем, в этом электронном измерителе параметров среды могут быть установлены три цифровых согласующих устройства и одно аналоговое согласующее устройство, при этом, одно из этих Щ1фровых согласующих устройств установлено в одном блоке с процессором и своим входом электрически связано с управляющим выходом процессора, а своим выходом через электрический соединительный разъем и кабель - с управляющим входом устройства хранения данных; другое из этих цифровых согласующих устройств также установлено в одном блоке с процессором и своим входом электрически связано с дрзтим управляющим выходом процессора, а своим выходом через электрический соединительный разъем и кабель - с управляющим входом управляемого электронного переключателя каналов; третье же цифровое согласующее устройство установлено в сменном блоке и своим входом электрически связано с выходом устройства хранения данных, а своим выходом через кабель и электрический соединительный разъем - со свободным входом процессора; а аналоговое согласующее устройство также установлено в сменном блоке и его вход электрически связан с выходом усилителя электрических сигналов, а выход через кабель и электрический соединительньш разъем - с входом аналого-цифрового преобразователя. Это позволяет соединять сменный блок с основным через кабель и разносить их друг от друга на больпше расстояния без снижения точности измерений.
При наличии сменного блока в электронном измерителе параметров среды может быть установлен электронный таймер, который своим выходом электрически связан со свободным входом процессора.
В электронном измерителе параметров среды может быть установлен цифроаналоговый преобразователь и устройство преобразования напряжения в ток, при этом, в процессоре вьтолнен дополнительный выход, который электрически связан с
рабочим входом указанного цифро-аналогового преобразователя, выход которого, в свою очередь, электрически связан с входом устройства преобразования напряжения в ток; выход же этого устройства преобразования напряжения в ток оставлен свободным. Такая схема может быть использована для всех выше описанных вариантов электронного измерителя параметров среды. Она позволяет подавать измеряемый сигнал, преобразованный в соответствии с величиной измеряемого параметра, на исполнительные механизмы или самописцы, реагирующие на величину поданного на них тока.
В электронном измерителе параметров среды процессор может быть выполнен управляемым, в связи с чем установлено устройство управления процессором, которое своим выходом электрически связано с входом управления процессора. Такая схема может быть использована для всех выше указанных вариантов электронного измерителя параметров среды. Использование такой схемы позволяет оперативно изменять режим измерений, производить калибровку прибора и ряд других манипуляций, расширяющих возможности измерений.
В электронном измерителе параметров среды может быть установлен, по крайней мере, один двунаправленный формирователь сигналов связи, причем, в процессоре выполнен дополнительный выход, к которому электрически присоединен вход двунаправленного формирователя сигналов связи, выход которого оставлен свободным с возможностью подключения к линии связи, например - телефонн(, ЭВМ, однопроводной и т.д.. Двунаправлерный формирователь сигналов связи осуществляет как прием так и передачу данных в (с) линии связи, обеспечивая необходимые уровни сигналов как в линии связи так и для процессора. Такая схема позволяет на удалении держать мощную базу данных измерений, например на ЭВМ, позволяющую производить дополнительную статистическую обработку измеряемых параметров и своевременно заметить и поправить, например, систематическую ощибку измерений, передав в электронный измеритель параметров среды по линии связи дополнительный поправочный
коэффициент для программы вычисления параметра среды процессором и тем самым повысить точность измерений.
В электронном измерителе параметров среды может быть установлен, как минимум, второй такой же измеритель параметров среды, аналогичный имеющемуся; при этом второй измеритель параметров среды электрически связан с имеющимся таким образом, чтобы содержащийся в каждом из этих измерителей двунаправленный формирователь сигналов связи со свободным выходом был электрически параллельно присоединен к линии связи этим свободным выходом. Такая схема может быть использована при любом из описанных вариантов электронного измерителя параметров среды. Применение такой схемы позволяет построить распределенную в пространстве измерительную систему параметров среды и на индикаторе одного из измерительных блоков, отображать показания измерений с другого измерительного блока.
Заявляемая схема электронного измерителя параметров среды позволяет создать многопредельный, распределенный измеритель этих параметров. Схема позволяет путем простого подключения измерительных блоков друг к другу одновременно производить измерение различных физических параметров сред в самых различных местах, отстоящих друг от друга на значительном расстоянии, и, при этом, величины измеряемых параметров можно увидеть на индикаторе того блока измерений, который будет наиболее желателен для потребителя, а измерительные блоки, благодаря возможности их смены будут, работать в наиболее оптимальном (точном) диапазоне величин параметра среды.
На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема заявляемого электронного измерителя параметров среды с несменяемым первичным электронным датчиком параметра среды, т.е. - однопредельного. К ном датчике параметра среды, а также подключение управляемых от процессора источника опорного сигнала и усилителя электрических сигналов. На фиг.З представлена блок-схема этого же электронного измерителя параметров среды со сменным первичным электронным датчиком параметров среды, т.е. - многопредельного. На фиг.4 представлена блок-схема электронного измерителя параметров среды, у которого сменный блок соединен с основным через кабель, при этом блоки удалены друг от друга на значительное расстояние. На фиг.З представлена блок-схема электронного измерителя параметров среды, распределенного в пространстве. Однопредельный электронный измеритель параметров среды (фиг.1) содержит: -первичный электронный датчик параметра среды (ПЭД) 1, который может бытьтензометрическим, емкостным, пьезоэлектрическим и т.д., преобра3)пющим измеряемый параметр среды в электрический сигнал, например фольговый тензометрический датчик давления газа; -управляемый электронный переключатель электрических каналов (УЭПК) 2, имеющий, по меньшей мере, два переключаемых входных каналов, например -микросхема типа К561КПЗ; -усилитель электрических сигналов (УЭС) 3, например - микросхема типа 0УД17; -аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, например - микросхема типа К572ПВ1; -процессор (ПРЦ) 5, например - однокристальная микро-ЭВМ К1816ВЕ35; -11-декодер электрических сигналов (ДЭС) 7, например - микросхема типа К564ИД5;
-электронный индикатор (ЭЙ) 8, например - жидкокристаллический индикатор типа ИЖЦ 8-4/7;
-цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 9, например - микросхема типа К572ПА2;
-преобразователь напряжения в ток (Ш) 10, например - микросхема типа AD694AQ;
-двунаправленный формирователь сигналов связи (ДФСС) 11, например - микросхема AD230JN сопряжения с каналом связи ЭВМ, тип канала связи RS232;
-устройство управления (УУ) 12, например - переключающие кнопки типа КМ1-1;
-источник опорных сигналов (ИОС) 13, например -  микросхема  типа КР142ЕН12 (фиг.2);
-электронный измеритель температуры (ЭИТ) 14, например - микросхема типа К1019ЕМ1 (фиг.2).
Многопредельный измеритель параметров среды дополнительно (фиг. 3) содержит:
-электрический соединительный разъем (ЭСР) 15, например - разъем типа 2РМ с необходимым количеством контактов;
-устройство хранения данных (УХД) 16, например, электрически перепрограммируемое запоминающее устройство - микросхема типа К558ХПЗ;
-сменный блок (СБ) 17 электронного измерителя параметров среды;
-не сменяемая часть (НСБ) 18 электронного измерителя параметров среды;
В однопредельном измерителе параметров среды все перечисленные узлы электрически соединены между собой следующим образом (фиг.1):
Первичный электронный датчик давления газа 1, управляемый электронный переключатель электрических каналов 2, усилитель электрических сигналов 3, аналогоцифровой преобразователь 4, процессор 5, декодер электрических сигналов 7 и электронный индикатор 8 соединены между собой в последовательную электрическую цепь в том порядке как они перечислены выше и таким образом, чтобы выход одного был электрически связан со входом другого. Управляемый электронный переключатель электрических каналов 2 одним из своих входных каналов, например вторым, электрически связан с землей. Постоянное запоминающее устройство 6 своим выходом электрически связано с одним из свободных входов процессора 5. Процессор 5 своими отдельными выходами электрически дополнительно связан со входами управления аналого-цифровой преобразователь 4 и управляемого электронного переключателя электрических каналов 2. Цифро-аналоговый преобразователь 9 своим входом электрически связан с отдельным выходом процессора 5, а своим выходом - с входом преобразователя напряжения в ток 10, выход которого оставлен свободным для подключения регистратора, например, самописца. Индикаторный канал подключен к отдельному выходу процессора 5 посредством электрической связи со входом декодера электрических сигналов 7, выход которого связан со входом электронного индикатора 8. Через отдельный выход/вход процессор 5 также подключен к входу двунаправленного формирователя сигналов связи 11, выход которого оставлен свободным с возможностью подключения к линии связи, например ЭВМ. Для управления режимами работы процессора 5 в схему введено устройство управления 12 которое своим выходом электрически связано с управляющим отдельным входом процессора 5.
колебания питающих напряжений, временные дрейфы и т. п. ) в схему измерений вводится (фиг.2) источник опорного напряжения 13, который своим выходом подключен ко входу первичного электронного датчика параметра среды 1.
Для исключения влияния колебаний питающих напряжений на точность измерений выход источника опорного сигнала 13 может быть параллельно подключен (фиг.2) к третьему входному каналу управляемого электронного переключателя электрических каналов 2.
Для учета влияния температуры на точность преобразования физической величины в электрический сигнал первичным электронным датчиком 1 в схему измерений (фиг.2) может быть введен электронный измеритель температуры 14 непосредственно расположенный в первичном электронном датчике параметра среды 1 . Его выход электрически связан с четвертым входным каналом управляемого электронного переключателя электрических каналов 2. В целях ослабления влияния временных дрейфов источника опорного сигнала 13 и усилителя электрических сигналов 3, а также в целях создания более гибкого ( точного ) алгоритма обработки сигнала первичного электронного датчика параметра среды 1 источник опорного сигнала 13 и усилитель электрических сигналов 3 могут быть подключены своими управляющими входами к отдельным свободным з авляющим выходам процессора 5 (фиг.2), причем это подключение может быть проведено не обязательно одновременно.
Схема многопредельного электронного измерителя параметров среды (фиг.З) аналогична вышеописанным, но в ней дополнительно установлен электрический соединительный разъем 15 и устройство хранения данных 16. При этом электрический соединительный разъем 15 установлен последовательно между усилителем электрических сигналов 3 и аналого-цифровой преобразователь 4 так, чтобы через него по одному из каналов связи этого электрического соединительного разъема 15 осуществлялась электрическая связь между усилителем электрических сигналов 3 и аналогоцифровым преобразователем 4; по другому каналу связи - между устройством хранения данных 16 и процессором 5; по третьему - между управляющим входом управляемого электронного переключателя электрических каналов 2 и управляющим отдельным выходом процессора 5. В случае, если в схеме измерений устанавливается регулируемый источник опорного сигнала 13 или усилитель электрических сигналов 3, или оба одновременно являются регулируемыми, то в электрическом соединительном разъеме 15 предусматривается дополнительное количество каналов связи для управляющих входов указанных блоков, электрически соединяемых через этот соединительный разъем с отдельными управляющими выходами процессора 5.
Кроме того, в данной схеме постоянное запоминающее устройство 6 выполнено перепрограммируемым и его управляющий вход электрически связан с отдельным дополнительным выходом процессора 5.
Таким образом в состав сменного блока 17 электронного измерителя параметров среды (фиг.З) входят: первичный электронный датчик параметра среды 1, управляемый электронный переключатель электрических каналов 2, усилитель электрических сигналов 3, устройство хранения данных 16 и ответная часть электрического соединительного разъема 15.
Остальные элементы описываемой схемы также конструктивно расположены в отдельном не сменяемом блоке (НСБ) 18, который имеет небольшие размеры и может быть легко перенесен и установлен в любое желаемое место.
Однопредельный (фиг.1) электронный измеритель параметров среды работает следующим образом. Попадая в первичный электронный датчик параметра среды 1, среда, например газ, воздействует на него и величина давления этого газа преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на первый, например, вход управляемого электронного переключателя электрических каналов 2. По команде процессора
5 управляемый электронный переключатель электрических каналов 2 производит попеременное подключение своих обоих входных каналов к усилителю электрических сигналов 3. В результате на этот усилитель электрических сигналов 3 от первичного электронного датчика параметра среды 1 поступает электрический сигнал определенной оптимальной длительности, который через заданное время выключается, а усилитель электрических сигналов 3 подключается к земле. Такая последовательность переключений выполняется в течении всей работы и регулируется процессором 5. Такая работа управляемого электронного переключателя электрических каналов 2 позволяет постоянно учитьгаать, при вычислении давления газа, поправку на уход напряжение смещения усилителя электрических сигналов 3 при работе в любых условиях. Кроме того, обеспечивается оптимальное время для преобразования усиленного сигнала в цифровой или частотный вид аналого-цифровым преобразователем 4, поскольку для разного типа аналого-цифровых преобразователей существуют свои оптимальные времена преобразования, что позволяет минимизировать ошибку преобразования сигнала. На процессор 5, усиленный до оптимального уровня усилителем электрических сигналов 3, сигнал поступает через аналого-цифровой преобразователь, в результате чего процессор 5 может производить математическую обработку этих сигналов в цифровом виде, при этом работа процессора 5 синхронизируется с работой аналого-цифрового преобразователя 4 по соответствующей электрической связи между ними.
Поступающие в процессор 5 сигналы сравниваются с данными, заложенными в постоянном запоминающем устройстве 6, и обрабатьгеаются математически по программе, заложенной в процессоре 5. В результате такой обработки формируется результирующий сигнал, который по одному из рабочих выходов процессора 5 поступает на декодер электрических сигналов 7, там преобразуется в необходимые уровни напряжений или токов для электронного индикатора 8, на котором давление газа высвечивается в конкретном цифровом виде, например - в кгс/см2. По второму рабочему выходу
-16процессора 5 этот сигнал поступает па цифро-аналоговый преобразователь 9, где он претерпевает обратное преобразование из цифровой формы в аналоговую, например в напряжение, которое затем попадает на преобразователь напряжения в ток 10, после чего этот ток может быть использован для подачи на различного рода сигнализаторы или регистраторы. По третьему рабочему выходу процессора 5 этот сигнал через двунаправленный формирователь сигналов связи 11 может поступать для передачи в соответствующие линии связи, например - в линию связи типа RS232 для ЭВМ. Двунаправленный дешифратор-формирователь сигналов связи 11 обеспечивает согласование уровней напряжений и токов для процессора 5 и линии связи, а процессор 5 - выполнение требуемого протокола обмена по программе заложенной в нем же. Процессор 5 может быть выполнен управляемым от устройства управления 12 и может работать, в зависимости от его управляющих сигналов, в следующих режимах: режим измерений основной; режим калибровки - вспомогательный; режим тестирования узлов - вспомогательный.
Дальнейшее повышение точности и достоверности измерений возможно, если ввести в схему измерений (фиг.2) хотя бы неуправляемый источник опорного сигнала 13 для питания первичного электронного датчика параметра среды 1. В этом случае давление газа будет преобразовьшаться в электрический сигнал первичным электронным датчиком параметра среды 1 относительно прецизионного опорного сигнала, например - стабилизатора тока, что значительно повьппает и достоверность, и точность такого сигнала.
Далее можно повысить точность измерений, если выходной сигнал источника опорного сигнала 13 параллельно завести на третий, например, входной канал управ.пяемого электронного переключателя электрических каналов 2 (фиг.2). В этом с.(1учае можно вводить поправки в результир)тощий сигнал давления газа, связанные либо с временным дрейфом источника опорного сигнала, либо связанные с нестабильностями питающих напряженрш. Сравнение уходов опорного сигнала производится с той величиной, которая может быть записана в постоянное запоминающее устройство 6 при калибровке измерителя, при этом это запоминающее устройство 6 должно быть выполнено перепрограммируемьш.
Еще повысить точность измерений возможно в том случае, если источник опорного сигнала 13 вьтолнить управляемым от процессора 5 (фиг.2). Тогда любой уход опорного сигнала возможно вернуть точно назад и тем самым обеспечить оптимальную работу усилителю электрических сигналов 3, например - без перегрузок, так как их отсутствие (перегрузок) снижает искажения при усилении сигнала, т.е. - повышается точность измерений.
Повышение точности измерений при изменении температуры подаваемого газа или при изменении окружающей температуры возможно введением в схему измерений (фиг.2) электронного измерителя температуры 14, расположенного в первичном электроршом датчике параметра среды 1. Выход этого электронного измерителя температуры необходимо электрически соединить с четвертым, например, входным каналом управляемого электронного переключателя электрических каналов 2. В этом случае можно вводить в результирующий сигнал давления газа поправки на температурные ошибки преобразования давления газа первичным электронным датчиком параметра среды 1, поскольку калибровку этого первичного датчика параметра среды можно провести при определенном значении температуры как подаваемого газа, так и окружающей температуры, которые могут хранится в перепрограммируемом постоянном запоминающем устройстве 6. Сравнение же температур, хранимых в этом запоминающем устройстве, с текущими при каждом измерении позволит эти поправки вычислить и ввести в результирующей сигнал.
ний (фиг. 2), поскольку первичный электронный датчик параметра среды может под влиянием окружающей температуры, например, увеличить выходной сигнал, что может привести к внесению искажений при его усилении при неуправляемом коэффициенте усиления усилителя электрических сигналов 3. В случае, если возможно произвести регулировку коэффициента усиления, то тем самым можно обеспечить оптимальный режим работы этого усилителя, а значить уменьшить погрешность измерений в зависимости от условий измерений.
Использование одновременно в схеме (фиг. 2) регулируемых источника опорного сигнала 13 и усилителя электрических сигналов 3 позволяет ente повысить точность измерений, поскольку можно перейти к специальным программам , заложенным в процессор 5, по формированию опорных сигналов и соответственно коэффициента усиления усилителя электрических сигналов 3, где программно будут меняться амплитуда, длительность и частота опорных сигналов в зависимости от внешних условий проведения измерений и от самого параметра среды, обеспечивая каждый раз наиболее оптимальный режим работы для первичного электронного датчика параметра среды и остальных преобразовательных узлов (усилителя электрических сигналов 3, аналого-цифрового преобразователя 4, источника опорного сигнала 13) снижая, например, степень их разогрева и/или обеспечивая неизменность амплитуды входного сигнала аналого-цифрового преобразователя 4 при любом давлении газа. В этом случае выходной опорный сигнал и коэффициент усиления будут изменяться, например, обратно пропорционально выходному сигналу первичного электронного датчика параметра среды 1, а аналого-цифровой преобразователь 4 будет осуществлять преобразование этого входного сигнала в очень узком динамическом диапазоне, где имеется у него максимальное разрешение и соответственно максимальная получится точность определения результирующего сигнала давления газа. Таким образом, схема рассматриваемого однопредельного электронного измерителя параметров среды позво.11яет
активно оптимизировать процесс обработки электрического сигпала, возникающего в результате воздействия среды на первичный электронный датчик параметра среды 1 и тем самым существенно повысить точность измерений. Повышению точности измерений во многом способствует также то, что обработка сигнала происходит с учетом коэффшщентов, определяющих особенности конкретного первичного электронного датчика параметра среды 1, а также потому, что все элементы схемы обработки сигнала максимально могут быть согласованы между собой. Поскольку все элементы схемы имеют небольшие размеры, например процессор 5 и постоянное запоминающее устройство 6 могут быть выполнены в ввде одной микросхемы типа AT89S8252, то и сам измеритель может быть вьшолнен в виде блока, имеющего небольшие весогабаритные характеристики, что позволяет его переносить и устанавливать в нужном месте. Ко всему прочему все элементы схемы имеют относительно невысокую стоимость, поэтому заявляемый измеритель будет гораздо дешевле любой из стационарных специализированных ЭВМ.
Многопредельный электронный измеритель параметров среды (фиг.З) работает следующим образом. При включении сменного блока 17, состоящего в простейшем случае из первичного электронного датчика параметра среды 1, управляемого электронного переключателя электрических сигналов 2 на два входных канала, усилителя электрических сигналов 3, устройства хранения данных 16 и ответной части электрического соединительного разъема 15, на процессор 5 поступает сигнал от устройства хранения данных 16 через канал связи электрического соединительного разъема 15. В результате воздействия этого сигнала вьфабатывается управляющий сигнал, который поступает на управляющий вход постоянного запоминающего устройства 6. По этому управляющему сигналу с постоянного запоминающего устройства 6 в процессор 5 поступают, например, те значения коэффициентов, которые соответствуют первичному электронному датчику параметров среды 1, находящемуся в составе подключенного
сменного блока 17, и которые, к тому же учитывают особенности входящих в состав сменного блока 17 элементов схемы; коэффициент усиления усилителя электрических сигналов 3, уровень выходного сигнала источника опорного сигнала 13, если он включен в состав сменного блока, наличие электронного измерителя температуры 14 в составе первичного электронного датчика параметра среды 1 и т.д.. В зависимости от состава и конкретных особенностей сменного блока 17 процессор 5 перейдет к выполнению соответствующей программы обработки сигналов, поступающих с первичного электронного датчика параметров среды 1, также как это было описано при рассмотрении схем измерителя по фиг. 1 и 2. Когда будет заменен блок 17, то процесс инициализации повторится, процессор 5 получит необходимые сведения о нахождении коэффициентов в постоянном запоминающем устройстве 6, присущих только этому первичному электронному датчику параметров среды 1, о составе элементов сменного блока 17 и их начальньпс сигналах, сведения о программе обработки сигнала с этого первичного датчика 1. После этого процессор 5 приступит к выполнению измерений, как было описано ранее. Причем, каждый такой сменный блок 17 будет выполнен на свой узкий динамический диапазон параметра среды, что несомненно повысит точность измерений. Перекрытие большого же динамического диапазона измеряемого параметра среды осуществляется простым увеличением количества сменных блоков 17.
При больщом числе сменных блоков 17 становится целесообразным перенести в устройство хранения данных 16 коэффициенты первичного электронного датчика параметра среды 1, состав элементов cMeiffloro блока 17, их начальные значения и программу вычисления результирующего сигнала, например - давление газа, а в постоянном запоминающем устройстве 6 не сменяемого блока 18 оставить остальную часть программы по обслуживанию индикаторного и выходных каналов, АЦП 4, и т.д. Это позволит применять для каждого сменного блока свою наиболее оптимальную программу аппроксимации сигнала с первичного электронного датчика параметра среды 1,
a не использовать одну универсальную программу, и тем самым повысить точность измерений при большом динамическом диапазоне измеряемого параметра среды. При этом необходимо устройство хранения данных 16 вьшолнить управляемым по отдельному управляющему входу от отдельного управляющего выхода процессора 5 и перепрограммируемым, что позволит, в этом случае фиксировать в устройстве хранения данных 16 перегрузку, например, первичного электронного датчика параметра среды или количество циклов нагружения этого первичного датчика параметра среды 1. Это позволит запретить процессору 5 проводить измерения сменным блоком 17, у которого выработан ресурс или первичный датчик параметра среды которого подвергся недопустимой перегрузке, что позволяет повысить достоверность, а тем самым - точность измерений. Поскольку каждый измеритель обязан проходить поверку в органах госнадзора в сроки, определенные в ТУ на этот измеритель, то введение в состав схемы измерителя таймера реального вр)емени (ТРВ) 19, своим выходом электрически связанного с отдельным рабочим входом процессора 5, позволит записывать в постоянное запоминающее устройство 6 однопредельного (фиг. 1) измерителя или в устройство хранения данных 16 сменного блока 17 (фиг.З) дату очередной поверки и соответственно процессором 5 сравнивать ее с текущей датой каждый раз перед началом измерений, что даст возможность исключить из процесса измерений просроченных, не поверенных измерителей, что несомненно повысит достоверность измерений.
Таким образом, схема измерений, изображенная на фиг. 3, позволяет максимально учесть все особенности конкретного первичного электронного датчика параметра среды 1 и находящихся с ним в конструктивном едршстве элементов схемы, осуществляющих предварительнзто подготовку сигнала. Это увеличивает точность измерений и, одновременно, существенно расширяет диапазон измеряемых параметров среды без потери точности измерений, т. е. делает электронный измеритель параметров среды действительно высокоточным и многопредельным. К тому же следует добавить, что такая конструкция электронного измерителя параметров среды не увеличивает его весогабаритных характеристик, а также его стоимость, но существенно расширяет его возможности.
В случае, когда требуется проводить измерения в труднодоступных местах, лучше применять схему фиг.4. Эта схема отличается от фиг.З наличием дополнительного электрического соединительного разьема (ЭСР) 20, устанавливаемого последовательно со сменным блоком 17, соединительным кабелем (ЬСАБ) 21 и электрическим соединительным разьемом 15. Соединительный кабель 21 обеспечивает электрическое соединение электрических соединительных разьемов 15 и 20, аналогичен им по количеству каналов связи, и, таким образом, позволяет сменный блок 17 вынести на необходимое удаление от несменяемой части 18 на гибкой механической и электрической связи.
Если удаление сменного блока 17 от блока 18 становится более 3...4 метров, то в целях увеличения точности (уменьшения помех в сигнале) необходимо передаваемые сигналы пропустить в обоих блоках 17 и 18 через согласующие элементы, позволяющие им (блокам) работать на кабельную (емкостную) нагрузку, для уменьшения электрических внешних наводок на полезные сигналы. Такое согласование возможно обеспечить для пифровых сигналов Щ1фровым согласующим устройством (ЦСУ) 22, включаемом в несменяемом блоке 18 последовательно между процессором 5 и электрическим соединительном разьемом 15 на каждый выход этого процессора, который связан с электрическим цифровым разьемом 15, а в сменном блоке 18, включаемом последовательно между выходом данных устройства хранения данных 16 и электрическим соединительным разъемом 20. Причем управляющий выход процессора 5  электрически соединен со входом Щ1фрового согласующего устройства 22, а его выход - с соответствующим каналом связи электрического соединительного разъема 15 в
каждом случае в не сменном блоке 18, выход же устройства хранения данных 16 электрически соединен со входом цифрового согласующего устройства 22, а его выход - с соответствующим каналом связи электрического соединительного разъема 20 в сменном блоке 17. Аналогичные связи необходимо выполнить в несменяемом блоке 18 но управляющим выходам процессора 5 (включить цифровые согласующие устройства 22), если в сменном блоке 17 будут установлены управляемые источник опорного сигнала 13 и/или управляемый усилитель 3 ( см. фиг. 2). Необходимо также защитить аналоговый выходной сигнал от помех с усилителя электрических сигналов 3 с помощью аналогового согласующего устройства 23, включаемого последовательно между выходом этого усилителя электрических сигналов 3 и электрическим соединительным разъемом 20, причем вход аналогового согласующего устройства 23 электрически соединен с выходом усилителя электрических сигналов 3, а выход этого аналогового согласующего устройства - с соответствующим каналом связи электрического соединительного разъема 20.
В качестве цифрового согласующего устройства 22 можно использовать микросхему шинного формирователя типа КР1554АП5, предназначенную для формирования сигналов для линий связи и способную работать на емкостную нагрузку, а в качестве аналогового согласующего устройства 23 можно использовать любую схему аналогового повторителя, позволяющего работать на кабельную (емкостную) нагрузку, выполненную на базе, например, микросхемы типа К140УД17.
Таким образом введение в схему измерений дополнительного разъема 20 соединительного кабеля 21, цифрового согласующего блока 22 и аналогового согласующего блока 23 позволяет производить измерения на удалении, в труднодоступных местах, без потери точности.
измерителей подключен электрически к линии связи через двунаправленный формирователь сигналов связи 11 к выходу/входу процессора 5. Каждый из этих измерителей может измерять значения разных физических параметров среды, при этом процесс измерений в каждом из них проистекает одинаково и точно так, как было описано в предыдущих схемах. Отличие заключается в том, что при таком подключении измерителей к линии связи, которая может быть протяженной, каждый из процессоров получает возможность взаимодействия с другим по протоколу обмена, заложенному в каждый процессор и, например, на индикаторный канал измерителя i можно будет вывести величину физического параметра измеряемого измерителем.
Таким образом, наличие в каждом измерителе параметров среды двунаправленного формирователя сигналов связи 11, с возможностью подключения к линии связи, позволяет создать высокоточный, многопредельный и распределенный в пространстве измеритель физических параметров среды.
Автор полезной моделиГТТ Г„7ТС.А. Губкин