Устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ , содержащее аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных элемента сравнения, реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, вход которого является цифровым выходом устройства, переключатель, входы которого являются входами ввода граничных числовых значений эталонов измеряемых величин устройства, а выход соединен с установочным входом реверсивного счетчика аналогоцифрового преобразователя, генератор импульсов, блок формирования опорного сигнала, состоящий из последовательно включённых параллельно-последовательного сумматора и цифро-аналогового преобразователя, подключенного выходом к аналоговому информационному входу цифро-аналогового . преобразователя аналого-цифрового преобразователя, и блок управления сменой кода опорного сигнала, состоящийиз последовательно включенных реверсивного счетчика, дешифратора и элемента И, подсоединенного выходом ко входу сброса реверсивного счетчика , другой вход элемента сравнения аналого-цифрового преобразователя является аналоговым информационным входом устройства, а его выход подключен ко входам реверса счета параллельно-последовательного сумматора блока формирования опорного сигнала и реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит коммутатор, регистр начального значения опорного сигнала, де (Л литель частоты, регистр абсолютного значения приращения опорного сигнала, с: элемент НЕ.и блок вычисления шага квантования, состоящий из первого в регистра , первого элемента сравнения , подсоединенного двумя входами соответственно ко входу и выходу первого регистра, первого суммирующего счетчика, второго регистра, вт орого элемента сравнений, подсоединена ного входами соответственно сю к выходам первого суммирукяцего счетчика и второго регистра, элемента И, два входа которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов сравнения, и второго суммирующего счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемен-. та И, а выход подключен к управляющему входу дешифратора блока управления сменой кода опорного сигнала, вход разрешения параллельного суммирования параллельно-последовательного сумматора блока формирования опор

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зю G 06 J 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3460090/18-24 (22) 02.07.82 (46) 30.06.84. Бюп. У 24 (72) С.И.Рудковский, С.К.Редько и И.Н.Раллев (7 1) Киевское научно-производственное объединение "Аналитприбор" (53) .681.3(088.8) (56) 1. Алексеев Г.И.Воспроизведение функций средствами цифро-аналоговой вычислительной техники. Минск, — 1976, с. 111-155.

2. Авторское свидетельство СССР

У 864307, кл. С 06 J 1/00, 1981 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ

ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных элемента сравнения, реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, вход которого является цифровым выходом устройства, переключатель, входы которого являются входами ввода граничных числовых значений эталонов измеряемых величин устройства, а выход соединен с установочным входом реверсивного счетчика аналогоцифрового преобразователя, генератор импульсов, блок формирования опорно" го сигнала, состоящий из последовательно включенных параллельно-последовательного сумматора и цифро-аналогового преобразователя, подключен- . ного выходом к аналоговому информационному входу цифро-аналогового преобразователя аналого-цифрового преобразователя, и блок управления сменой кода опорного сигнала, состоя..SU„„1100630 А щий.из последовательно включенных реверсивного счетчика, дешифратора и элемента И, подсоединенного выходом ко входу сброса реверсивного счетчика, другой вход элемента сравнения аналого-цифрового преобразователя является аналоговым информационным входом устройства, а его выход подключен ко входам реверса счета. параллельно-последовательного сумматора блока формирования опорного сигнала и реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит коммутатор, регистр начального значения опорного сигнала, делитель частоты, регистр абсолютного значения приращения опорного сигнала, элемент НЕ.и блок вычисления шага квантования, состоящий из первого регистра, первого элемента сравнения, подсоединенного двумя входами соответственно ко входу и выходу первого регистра, первого суммирующего счетчика, второго регистра, второго элемента сравнений, подсоединенного дцумя входами соответственно к выходам первого суммирующего счетчика и второго регистра, элемента И, два входа которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов сравнения, и второго суммирующего счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемен-, та И, а выход подключен к управляющему входу дешифратора блока управления сменой кода опорного сигнала, вход разрешения параллельного суммирования параллельно-последовательного сумматора блока формирования опор1100630 ного сигнала соединен с выходом элемента НЕ, à его информационный вход подключен к выходу регистра абсолютного значения приращения опорного сигнала, вход разрешения записи которого соединен с входом элемента НЕ и с выходом элемента И блока управления сменой кода опорного сигнала, а вход записи — с выходом делителя частоты, вход делителя частоты подключен к выходу параллельно-последовательного сумматора блока формирования опорного сигнала, ко входу регистра начального значения опорного сигнала и входу первого регистра блока вычисления, шага квантования, установочные входы первого суммирующего счетчика и второго регистра которого тельного преобразователя соединен с аналоговым информационным входом аналого-цифрового преобразователя, вход установки цифровых значений

5 эталонов которого соединен через, переключатель с соответствующими входами устройства, цифровой и счетный выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с блоком памяти, 10 блоком формирования опорного сигнала с блоком разрешения записи, выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, выход блока памяти соединен с входом параллель15 ной записи блока формирования опорного сигнала, аналоговый выход которого соединен с входом ввода опорнб го сигнала аналого-цифрового преобразователя. В этом устройстве коррек20,тирующее воздействие на выходную ха-рактеристику измерительного преобразователя осуществляют посредством изменения коэффициента передачи аналого-цифрового преобразователя (опорного сигнала) (2).

В этом случае вычисление алгорит- ма, определяющего корректирующую функцию, сопряжено с необходимостью

30 предварительного воспроизведения .на входе измерительного преобразователя ряда эталонов измеряемой величины. Кроме того, для хранения корИзобретение относится к вычисли- тельной и преобразовательной технике и может быть использовано для вычисления и коррекции функций линеаризации выходных характеристик измерительных преобразователей.

Известны способы и устройства аппроксимации с последующим воспроизведением функциональных зависимостей, в основу которых положена теория . приближения функций (13. Эти способы и устройства могут быть эффективно использованы для коррекции выходных характеристик измерительных преобра.зователей лишь в том случае, если имеется возможность воспроизведения .ряда эталонов измеряемой физической величины на входе измерительного преобразователя при вычислении его корректирующей функции, что значительно ограничивает возможность их применения, особенно при необходи-. мости многократных коррекций функций линеаризации выходных характеристик измерительных преобразователей в процессе их эксплуатации.

Наиболее близким по техй1жеской сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее измерительный преобразователь, вход которого через переключающий клапан соединен с входами ввода эталонов измеряемой величины, выход измериподсоединены к выходу переключателя, вход коммутатора. подключен к генератору импульсов, а его четыре выхода подсоединены соответственно к счетному входу параллельно-последовательного сумматора блока формирова- ния опорного сигнала, счетному входу реверсивного счетчика аналого-цифрового преобразователя, счетному входу реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала и к счетному входу первого суммирующе го счетчика блока вычисления шага квантования, выход регистра начального значения опорного сигнала соединен с установочным входом параллельно-последовательного сумматора блока формирования опорного сигнала.

3 110063 ректирующей функции необходим значи= тельный объем памяти.

Цель изобретения — упрошение устройства путем сокращения требуемого объема памяти. 5

Поставленная цель достигается тем, что устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей, содержащее анаяого-цифровой

10 преобразователь, состоящий из последовательно соединенных элемента сравнения, реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, вход которого является цифровым выхо15 дом устройства, переключатель, входы которого являются входами ввода граничных числовых значений эталонов измеряемых величин устройства, а выход соединен с установочным входом реверсивного счетчика аналого-цифро20 вого преобразователя, генератор импульсов, блок формирования опорного сигнала, состоящий из последовательно включенных параллельно-последова25 тельного сумматора и цифро-аналогового преобразователя, подключенного выходом к аналоговому информационному входу цифро-аналогового преобразователя аналого-цифрового преобразователя, и блок управления сменой кода опорного сигнала, состоящий иэ последовательно включенных реверсивного счетчика, дешифратора и элемента И, подсоединенного выходом ко вхоцу сброса реверсивного счетчика, 35 другой вход элемента сравнения анало- . го-цифрового преобразователя являет ся аналоговым информационным входом устройства, а его выход подключен ко входам реверса счета параллель- 40 но-последовательного сумматора блока формирования опорного сигнала . и реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала, содержит коммутатор, -регистр началь- 45 ного значения опорного сигнала, делитель частоты, регистр абсолютного значения приращения опорного сигнала, элемент НЕ и блок вычисления . шага квантования, состоящий из пер- 50 вого регистра, первого элемента сравнения, подсоединенного двумя входами соответственно ко входу и выходу первого регистра, первого суммирующего счетчика, второго регистра, второ-55

ro элемента сравнения, подсоединенного двумя входами соответственно к выходам первого суммирующего счет0 .4 чика и второго регистра, элемента И, два входа которого подключены соот- . ветственно к выходам первого и второго элементов сравнения, и второго суммирующего счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемента И, а выход подключен к управляющему входу дешифратора блока управления сменой кода опорного сигнала, вход разрешения параллельного суммирования параллельно-последователь ного сумматора блока формирования опорного сигнала соединен с выходом элемента НЕ, а его информационный вход подключен к выходу регистра абсолютного значения приращения опорного сигнала, вход разрешения записи которого соединен с входом элемен.— та НЕ и с выходом элемента И блока управления сменой кода опорного сигнала, а вход записи — с выходом делителя частоты, вход делителя частоты подключен к выходу параллельнопоследовательного сумматора блока формирования опорного сигнала, ко входу регистра начального значения опорного сигнала и входу первого регистра блока вычисления шага квантования, установочные входы первого суммирующего счетчика и второго регистра которого подсоединены к выходу переключателя, вход коммутатора подключен к генератору импульсбв, I а его четыре выхода подсоединены соответственно к счетному входу параллельно-последовательного сумматора блбка формирования опорного сигнала, счетному входу реверсивного счетчика аналого-цифрового преобра" зователя, счетному входу реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала и к счетному входу первого суммирующего счетчика блока вычисления шага квантования, выход регистра начального значения опорного сигнала соединен с установочным входом параллельнопоследовательного сумматора блока формирования опорного сигнала.

На чертеже приведена блок-схема. устройства.

Устройство и относящиеся к нему блоки содержат входы 1 — 4 ввода эталонов Х ; ;, Х <„ измеряемой

Э(н! величины Х и числовых значений эталонов N> н1, N >(<1 переключатель (переключакщий клапан) 5, переключатель 6 ° измерительный преобразователь 7, 5 1100630

20 приращение опор40 переходе с )-ro на (t+1)-й дискретный уровень; коэффициент деления текущего значения опорно-. го сигнала, количество дискретных уровней

50 ния) опорного сигнала;

=const

"э(к -) )э(н)

m= — -- — — — =COI18 t Nx значения постоянного шага квантования по измеряемой величине; д ))„=сопя

К,+1 он() оп(- ) КВ (К +1)( А ($) аналого-цифровой преобразователь 8, элемент сравнения 9, реверсивный счетчик 10 цифро-аналоговый преобразователь 11, коммутатор 12, генератор импульсов 13, блок 14 формирования опорного сигнала, параллельнопоследовательный сумматор 15, цифроаналоговый преобразователь 16, регистр 17 начального значения опорного сигнала, делитель частоты 18, (О регистр 19 абсолютного значения приращения опорного сигнала, блок 20 вычисления шага квантования, первый регистр 21, первый элемент сравнения 22, первый суммирующий счет- )5 чик 23, второй регистр 24, второй элемент сравнения 25, элемент И 26, второй суммирующий счетчик 27, блок 28 управления сменой кода опор" ного сигнала, реверсивный счетчик 29, дешифратор 30, элемент И 31, элемент HE 32, выход устройства 33.

На чертеже и в тексте имеются следующие обозначения: (+)(-)(=) — входы управления 25 реверсом и останова счета;

Х,Х,Х вЂ” измеряемая величина и ее эталоны, соответствую-З0 щие граничным значения@ диапазона измерения;

"к Пэ(н), " (к)

И„,N „,И ровые значения х э(н) измеряемой и эталонных величин: (Кд+1 т

ofl(k) ОР(н) К

В (2) ) (х

Входами являются первый и второй Входы 1 и,2 ввода эталонов Х (,), Хэ(к), соответствующих граничным значений диапазона измерения и ввода измеряемой величины Х, третий и четвертый входы 3 э(й) ° и 4 ввода числовых значений N

))э(к) эталонов Хэ(н) Хэ(к) соответсгвенно. Первый и второй входы 1 и 2 через переключающий клапан, а третий и четвертый входы 3 и 4 через пе-, реключатель 6 соединены соответственно с входом измерительного преобразователя 7 и с входом установки граничных значений диапазона измерения аналого-цифрового преобразователя 8, аналоговый информационный вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя 7.

В аналого-цифровой преобразователь 8 включены последовательно соединенные аналоговый элемент сравнения 9, один вход которого является аналоговым информационным. входом устройства и соединен с выходом измерительного преобразователя 7, реверсивный счетчик 10 и цифро-аналоговый преобразователь 11, выход которого соединен с вторым входом аналогового

I элемента сравнения 9. Счетный вход аналого-цифрового преобразователя 8, счетный вход счетчика 10 соединены через коммутатор 12 с генератором импульсов 14, а вход ввода опорного сигнала с аналоговым выходом блока 14 формирования опорного сигнала, включающего в себя последовательно параллельно-последовательный соединенные сумматор 15 и цифро-аналоговый преобразователь 16. Цифровой выход блока 14 соединен через регистр 17 начального значения опорного сигнала Nîï(„) со своим входом установки И „(„), а также через делитель частоты 18 и регистр 19 абСОЛ1ОтНОГО ЗиаЧЕНИЯ ЬЯ оп ПРИРаЩЕния опорного сигнала соединен с входом параллельного суммирования.

Кроме того, цифровой выход блока 14 (выход сумматора 15) соединен с входом ввода конечного и текущего значений Ы,щ(к, Н р„(()опорного сигнала блока 20 вычисления шага квантования йМ,(. В блок 20 включены: первый регистр 21 конечного значения N и, „

1100630 опорного сигнала, выход которого соединен с одним в;одом первого цифрового элемента сравнения 22, второй вход цифрового элемента сравнения 22 и вход регистра 21 соединены с пер- 5 вым входом ввода конечного и текущего значений, Noni„„ N oÄi;1блока 203 первый суммирующий счетчик 23 и stoрой регистр 24 конечного значения

N,I„ диапазона измерения, выходы которых соединены с входами второго цифрового элемента сравнения 25, а входы ввода граничных значений М

N <„, диапазона измерения счетчика 23 и второго регистра 24 (третин IS вход блока) соединены переключателем 6; выходы первого и второго цифровьм элементов сравнения 22 и 25 через элемент И 26 соединены с входами второго суммирующего счетчика 27 20 для управления перебором значений шага квантования, выход которого соединен с соответствующим входом блока 28 управления сменой кода опорного сигнала. В блок 28 включены 25 последовательно соединенные реверсивный; счетчик 29, дешифратор 30, представляющий собой набор управляемых ключей, и элемент И 31, выход которого соединен с выходом бло- о ка 28 и с входом "Сброс" реверсивного счетчика 29. Выход элемента И 31 блока 28 управления сменой кода опорного сигнала соединен с входом разрешения записи регистра 19 абсолютного значения приращения параллельнога, суммирования блока 14 формирования опорного сигнала. Полу. ченное числовое значение Non(„I опорного сигнала Uon(HI aaanoro-цифрового преобразователя 8, при котором он находится в равновесии при введенном значении N>I< кода в его счетчик 10, запоминают в регистре 17.

Через переключатель 6 с выхо- 45 да 4 в счетчик 10 аналого-цифрового преобразователя 8 и в регистр 24 блока 20 вводят числовое значение Из<„ эталона, соответствующегр концу диапазона измерения; в измерительный преобразователь 7 с выхо- . да 1 через переключающий клапан 5 вводят соответствующий концу диапазона измерения эталон Х „1измеряемой величины Х. Аналогично описанному определяют конечное значение, 55

Н „ опорного сигнала и запоминают

ОИ(к) его в регистре 21 блока 20 вычисления шага квантования.

Затем:определяют такое постоянное значение hN,шага квантования (сос- ° тоянне связеи в дешифраторе 30), при котором изменение кода в счет- . чике 10 аналого-цифрового преобразователя 8 на величину *ЬН сопровожх далось бы изменением опорного сигнала в соответствии с выражением (2).

Задаются постоянным относительным приращением опорного сигнала:

ЬИ

on(отн1 N ш1Ы»1 ° 5

0A li l т.е. постоянным коэффициентом деления К =const текущего цифрового значениЯ Non,,1опоРного сигнала, фоРмипуемого на выходе сумматора 15; устанавливают значение К в делителе частоты 18 (для упрощения вычислений коэффициент деления К выбирар т кратным системе счисления, например, Х =2 ; 2 ..., .тогда делитель частотй 18 и регистр 19 можно заменить одним сДвиговым регистром).

В сумматор 15 из регистра 17 вводят начальное значение N „ н опорного сигнала; в дешифраторе 30 с помощью суммирующего счетчика 27 устанавливают связи между выходами реверсивного счетчика 29 и. входами элемента И 31 блока 28 таким образом, чтобы на выходе элемента И 31 формировался управляющий сигнал при заполнении реверсивного счетчика 29 до начального минимального значения

gNy »„I (диапазоном возможных значений ВИ„<,.„ -ЬИ,<„„ц,1 задаются ориентировочно); замыкают ключи 128

12, при этом счетные импульсы поступают в счетчик 23 блока 20 и в счетчик 29 блока 28. Значения кодов в счетчиках 23 и 29 последовательно нарастают от N „ до М и от 0

З(к1 до dN<(»„ соответствейно. Всякий раз при достижении в счетчике 29 кода значения ДИ„(щ,-„на выходе элемента И 31 формируется сигнал,, сбрасывающий показания счетчика 29. Этот же сигнал с выхода блока 28 управ- ления сменой кода опорного сигнала даст разрешение на запись в регистр 19 значения 4И О LH оо (1) К которое после исчезновения управляющего сигнала перепишется (просуммируется) в сумматор 15, т.е. на выходе инвертора 32 появится соответствующий сигнал разрешения сум ðoàaHHa Non<„= оÄ

1100630 10 чики 10 и 29 заполняются счетными импульсами, причем, с каждой вновь поступающей или считанной пачкой

AN«;» импульсов счетчик 29 обнуляется, в результате чего в соответствии с выражениями (1,2), изменяется значение опорного сигнала в диапа()()())» о)) М счетчика 29 до значения h N („, „»

Х (Фi » вновь формируется управляющйй сигнал на выходе элемента И 31, в результате чего в регистр 19 записывается новое значение

Иоп(ДМ „(» — -1, которое после исчезновения управляющего сигнала с выхода блока 28 и восстановления егд на выходе элемента НЕ 32 просуммируется в сумматоре 15 NoÄ(>) »о (1»+

+ANo< (2» и т «д ° Одновременно текущие значейия Мо„(;)поступают на второй вход первого элемента сравнения 22, где их сравнивают с конечным значением Н „ „, хранимым в регистре 21. Неодновремейное достижение в сумматоре 15 конечного значения

»» „(и в счетчике 23 конечного значения N („ свидетельствует о том, что первое выбранное значение

hN („„„,)=AN„()) не удовлетворяют условиям (1,2), в результате выходным сигналом суммирующего счетчика 27 в блоке 28 устанавливают новое значение йЯ (», а в сумматоре 15 и в счетчике 23 вновь устанавливают начальное значение NoÄ())» Nç(í!» п.)сле чего аналогично формируют »о„(„»-,„(„»,,(„» »,(„» и р на соответствие значение ЬМ„(»и т.д.

Наконец, при каком-то значении йИ„(; одновременно в. сумматоре 15 4 в счет чике 23 сформируются конечные

N0ï(k», N (» H результате одновременного появления на выходах узлов сравнения 22 и 25 сигналов, на выходе элемента И 26 сформируется сигнал, прекращающий процесс управления перебором в суммирующем счетчике 27 значений (»х((,),т. е. коммутационные связи в дешифраторе 30 фиксируются.

Далее в сумматоре 15 блока 14 формирования опорного сигнала . и счетчике 10 аналого-цифрового преобразователя 8 устанавливают на. чальные значения И- „(„и о» („» соответственно. С выхода 2 через переключающий клапан 5 на вход измерительного преобразователя 7 подают измеряемую физическую величину Х. Замыкают ключи 12 и 12, аналого-цифровой преобразователь переводится в режим следящего уравновешивания. При разбалансе сигналов на входах элемента сравнения 9 счет-I

»р Таким образом, в зависимости от ,значения измеряемой величины Х .автоматически устанавливается необходимый коэффициент аналого-цифрового преобразования, учитывающий нелинейность измерительного преобразователя.

Предложенное устройство обеспечивает определение функции коррекции выходной характеристики измерительного преобразователя по двум эталонам, что применительно, например, к газоаналитическим системам (это позволяет в 3-4 раза сократить расход дорогостоящих поверочных газовых смесей); простоту вычисления и последующего воспроизведения корректирующей функции: алгоритм формирования опорного сигнала, реали" зованный в устройстве, позволяет выполнять линеаризацию выходных характеристик измерительных преобразователей N Ê „ Х как с линейно ! изменяющимся коэффициентом передачи К„, так и с коэффициентом пере35 дачи, изменяющимся по закону, близкому к экспоненциальному, что особенно существенно для подавляющего большинства датчиков анализа и состава вещества, в частности, для газо40 анализаторов. Предлагаемое устройство является простым, так как функции блока памяти выполняют дешифра-" тор 30, представляющий собой и ключей (по числу разрядов счетчи45 ка 29, п2 "- 2"), и делитель 18 с регистром 19. Для диапазона изменения опорного сигнала, например, )о 1»

Non(s»-Noo(x) 2 -2, диапазона измеряемой величины N„=2 -2), с учетом

)- )o

SO рекомендуемого значения дИ ; т„»=. оп(атн

1-5Ж и выбрав одно из значений

KA=2 ; 2 ; 2, получим. соответст; венно mA35; 210; 100; йод"2; 5; 10; т.е., например, для К =2, ДЧ"10 достаточно ограничиться 4-разрядным двоичным счетчиком 29, а выходы 2", 2, .... 2, 2 сумматора 15, ми1о 5 + нуя делитель частоты 18, соединить.11 1100Ь30

/ непосредственно с входами 2",2 ....- ло 100 градаций (аппроксимированных

2"., 2 соответ твенно (сдвиг на 4 участков) значения опорного сигнаразряпа). Это позволит получить око- ла.

| !

1 !

Ы М 4

Составитель,А.Маслов

Редактор К.Волощук Техред Л, Коцрбняк Корректор,М.Демчик

Заказ 4582/38 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4