Частотный измерительный преобразователь

 

ЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт. св.№ 972263, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета нелинейности характеристик частотного датчика, в него введены диодйая матрица, блок памяти и два анализатора частотных диапазонов , входы которых соединены с выходами второго и третьего смесителей , а выходы через диодную матрицу соединены со входом блока памяти , выходы которого соединены с управляющими входами преобразователей частоты.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(5Р G 01 К 7/32

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 972263 (21) 3434282/18-10 (22) 04.05.82 (46) 15 ° 03.84. Бюл. Р 10 (72)В.Я. Баржин, Ю.С. Шмалий, A.Е. Обуховский и В.А. Шевелев (53) 536 ° 53(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 972263, кл. G 01 K 7/32, 1980. (54) (57) ЧАСТОТНЫЙ ИЭМЕРИТЕЛЬНЬИ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт. св.Р 972263, отличающийся тем, что, с

„.SUÄÄ 1080034 А целью повышения точности измерения путем учета нелинейности характеристик частотного датчика, в него введены диодная матрица, блок памяти и два анализатора частотных диапазонов, входы которых соединены с выходами второго и третьего смесителей, а выходы через диодную матри» цу соединены со входом блока памяти, выходы которого соединены с управляюцими входами преобразователей частоты.

1080034

Изобретение относится к.технике измерения неэлектрических величин, предназначено для одновременного измерения двух неэлектрических величин — температуры и давления.

По основному авт. св. Ð 972263 5 известен частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первый и второй автогенераторы, входы которых соединены с выхбдами двухпараметрового частотного датчика, а выходы подключены к первым входам первого и второго смесителей, два. преобразователя частоты, входы которых подключены к выходам первого и второго автогенераторов, а выходысоответственно к вторым входам первого и второго смесителей, делитель частоты, соединенный с выходом первого смесителя, опорный генератор, соединенный с первым входом треть20 его смесителя, соединенные последовательно линию задержки, Фазовый детектор, дифференциатор и сумматор, причем выход делителя подключен к линии задержки, к второму входу фазового детектора и к второму входу сумматора, выход которого соединен с вторым нходом третьего смесителя 11.

Такой преобразователь позволяет с высокой точностью измерять пара- 30 метры давления и температуры при быстром их изменении, однако требуемая точность достигается только н случае линейных зависимостей частот генерации оТ измеряемых параметров. 35

В действительности характеристики частотных датчиков нелинейны и преобразователь не обеспечивает высокой точности измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем учета нелинейности характеристик частотного датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в частотный измерительный нреобраэователь введены диодная матрица, 45 блок памяти и два анализатора частотных диапазонов, входы которых соединены соответственно с выходами второго и третьего смесителей, а выходы через диодную матрицу соеди" 50 иены с входом блока памяти, выходы которого соединены с управляющими входами преобразователей частоты.

На Фиг. 1 показана функциональная схема преобраэователяу на 55 фиг. 2 — схема анализатора частотных диапазонов; на фиг.3,4 и 5 †частотные диаграммы, поясняющие принцип выбора коэффициентов преобразования К и К> в заданной области частот 1„(Т ) и F2(P) .

Частотный измерительный преобразователь содержит двухпараметровый частотный датчик 1, два автогенератора 2 и 3, два преобразователя частоты 4 и 5, два смесителя 6 и 7, делитель 8, линию. задержки 9, фазоный детектор 10, дифференциатор

11, сумматор 12, опорный генератор

13, третий смеситель 14, два анализатора частотных диапазонов 15 и 16, диодную матрицу 17, блок памяти 18., Двухпараметровый частотный датчик выполнен на базе двух пьезокварцевых реэонаторон 19 и 20. Анализаторы частотных диапазонов выполнены в виде цепочек, состоящих из последовательно соединенных полосоного фильтра 21, амплитудного детектора

22, фильтра низкой частоты 23 и формирователя 24.

Преобразователь работает следующим образом, Воздействие давления Р и температуры Т на частотный датчик приводит к изменению частот на выходах автогенераторон 2 и 3 по законам т"+ fÄÄ (P,т ); где f Х2 - начальные частоты генерации; коэффициенты термочунствительностиу а„,а „ - коэффициенты тензочувстнительности; д (Р,Т ), д (Р, Т ) — нелинейные поправки.

С выходов антогенераторов сигналы поступают на преобразователи частоты 4 и 5, коэффициенты преобразования которых выбираются следующим образом. Область возможных изменений частот F1 (То) и Г2 (Р) выходных сигналов преобразователя разбирается на.прямоугольные участки 5; (фиг.5) внутри которых измеряемые параметры могут быть с требуемой точностью найдены путем решения линейных частей системы уравнений (1) в принебрежении нелинейными поправками д 1(Р To) H М ц2(Р Tp) ° При этом н каждой из областей S. коэффициенты преобразования К,и К постояноj ны. Коды коэффициентов К„„, К2 записываются в i — j ячейках блока памяти 18, подключенного к преобразователям частоты 4 и 5. Рассмотрим область 5 „. Для этой области воздействие параметров P и То приводит к изменению частот,f< и f2 на выходах автогенераторов 2 и 3 по законам

+e Р+а Т

1 О И V2

-ol P+o т

2 20 2(22

Коэффициенты К2„преобразователя

5 выбираются таким образом, чтобы н результате вычитания иэ первого уравнения системы (2) второго уравнения, умноженного на К, разностная частота F2=f„-К2„ f2 на выходе ñìåсителя 7 зависела от параметра Р:

F2(p)= (o „„ К2,с „) () 1080034

Fq() = 2 (11 2+ 22)Т, (5)

Сигналы с частотами F (T ) и

Е2 (Р) подаются на входы анализаторов частотных диапазонов 15 и 16, функциональные схемы которых показаны на фиг. 2.

Полосы частот полосовых фильтров 21 перекрывают весь диапазон изменения частот F (Т ) и F (P)

1 2

55

Коэффициент К„„ преобразователя 4 .выбирается таким образом, чтобы при сло>ленни второго уравнения системы (2) с первым, умноженным на К+, слагаемые, содержащие параметр Р, взаимоуничтожились:

1 2 1 2 и 2 22)

При этом на выходе делителя 8 имеется средняя частота суммы двух колебаний (4): (К „ +12) /2 = Ес (), 10

Сигнал средйей частоты /ср (4) с выхода делителя 8 подается йа один иэ входов фазового детектора 10.

На другой вход фазового детектора

10 подается задержанный сигнал час- 15 тоты Кс,(1- g) . На выходе Фазового детектора выделяется напряжение, пропорциональное разностй фаз между задержанным и прямым сигналами.

При изменении частоты на выходе делителя 8 изменяется напряжение на выходе фазового детектора 10. Напряжение, пропорциональное разности фаз между задержанным и прямыми сигналами, фактически пропорциональное функции изменения частоты, подается в дифференциатор 11. Постоянная времени дифференцирования в простейшем случае равна постоянной времени эквивалентного звена кварцевого резонатора по температуре. Дифференцированное напряжение с выхода дифференциатора 11 подается на сумматор, который выполнен в виде преобразователя напряжения — частота и смесителя частот с выделением сум- 35 марной частоты. На второй вход сумматора 12 подается сигнал с выхода делителя. Суммарная частота в идеальном случае изменяется по закону изменения функции изменения темпе- 40 ратуры. Сигнал высокой частоты с выхода сумматора 12 подается на один из входов третьего смесителя 14, на второй вход которого подается сигнал опорной частоты, Результиру- 45 ющая частота на выходе смесителя

14 имеет вид (фиг. 4), причем на краях областей

9„ амплитудно-частотные характеристики фильтров имеют ослабление на уровне 0,7.

Пусть в какой-то точке измерения

A(T, Р ) частоты оказались равными „ и F> и попали в полосы первого Фильтра 21 анализатора 16 и второго фильтра 21 анализатора 15.

Форма сигнала на выходе полосовых фильтров 21 по всей области частот показана на фиг. 3а, После детектирования амплитудным детектором 22 (фиг. 2б; фиг. Зб) и прохождения через низкочастотный фильтр 23 (фиг. Зв) сигнал на выходе формирователя 24 имеет вид, представленный на фиг. Зг. Таким образом, на первом выходе первого анализатора

16 и втором выходе анализатора 15 имеются логические единицы, на остальных выходах — логические нули.

Выходы анализаторов частотных диапазонов 15 и 16 подключены к диодной матрице 17, которая формирует адресную матрицу коэффициентов преобразования К„. и К2-.

1 2

Предварительно для каждой из областей 5„-. определяются коэффициенты

К ;и К2, коды которых записываются в яейках блока памяти 18, По состоянию адресной матрицы на выходе диодной матрицы 17 из ячеек блока памяти 18 вызываются соответствующие коэффициенты, коды которых поступают на входные регистры преобразователей 4 и 5, где соответствующим образом замыкаются емкости резонансных контуров, тем самым изменяются коэффициенты преобразования К и К .

11 2!

После корректировки коэффициентов преобразования К . и К проиэ1 водятся вторичные измерений, в результате чего частоты F u F2 изменяются, характеризуя в точке В(Т2,P2)

1 о измеряемые параметры Т и. Р2, котоо. рые при этом определяются с заданной степенью точности.

Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет расширить возможности частотного измерительного преобразователя в сторону измерения более высоких и более низких давлений и температур, где характеристики преобразования существенно нелинейны или обрабатывать с требуемой точностью частотную информацию нелинейных кварцевых датчиков °

1080034

lf. М

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035р Москвар У(35р Рауыская наб., д, 4/5 Заказ 1326/43

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

И ц>иг.5

tp4f8 .4- составитель В. Куликов

Редактор М. Дылын ТехредЛ.Коцйбняк Корректор И. Муска