Устройство для контроля метрологических характеристик средств измерений

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ, содержащее генератор опорной частоты, последовательно соединенные триггер и вентиль, а также первый счетчик, первый и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, первьй и второй блоки-индикации, первую схему сравнения кодов и делитель частоты, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности формирования тестовых сигналов, изменяющихся по треугольному закону и по закону типа переходный процесс с варьируемой нелинейностью , в него введены последовательно соединенные первый двоичнодесятичный умножитель, первьш вентиль , второй двоично-десятичньй умножитель , блок задания коэффициента нелинейности и первый сумматор импульсов , а также блок задержки и цифрочастотный преобразователь, причем первый и второй информационные входы первого сумматора импульсов связаны с информационными выходами блока задания коэффициента нелинейности и второго двоично-десятичного умножителя , а выход первого сумматора импульсов соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, счетный вход блока задержки объединен со счетными входами первого двоично-десятичного умножителя и первого счетчика и подключен к выходу узла запуска , управляющий вход блока задержки объединен с входами реверса первого и второго реверсивных счетчиков и подклЕочен к выходу старшего разряда второго реверсивного счетчика, выхоД блока задержки Подсоединен к управляю (Л щему входу вентиля, информационный вход цифрочастотного преобразователя с связан с выходомпервого ревирсивного счетчика и информационным входом циф. роаналогового преобразователя, вход делителя частоты соединен с выходом первого двоичного-десятичного умножителя , вход второго реверсивного счетчи ел ка связан с выходом делителя частоты, а первый информационный вход первой со ю схемы сравнения кодов - с разрядными входами второго реверсивного счетчика . 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что каждый двоично-десятичный умножитель образован вторым сумматором импульсов, вторым счетчиком и двумя группами вторых вентилей, информационный выход второ го сумматора импульсов связан со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с информационными входами двух групп вторых вентилей, выходы первой груп

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.:, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3515098/18 — 24 (22) 25. 11 ..82 (46) 07.10.84. Бюл. 1Ф 37 (72) В.Э. Штейнберг, Г.Н.Рахимов, Б.Е.Карасев, P.Ã.ßêóïîâ, В.П.Крамной, В.И.Еремин, И.Д.Кириченко и P.Â.Ãàëèîнов (53} 621.396(088.8) (56) 1. Безикович А.Я. Автоматизация проверки электроизмерительных приборов. M. "Энергия", 1976, с. 39, рис. 2-5.

2. Страхов А.Ф. Автоматизированные измерительные комплексы. N. "Энергия", 1982, с. 145, рис. 5-5 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ

ИЗГПРЕНИЙ, содержащее генератор опорной частоты, последовательно соединенные триггер и вентиль, а также п ер вый сч етчик, и ер вый и вт ор ой р еверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, первый и второй блоки. индикации, первую схему сравнения кодов и делитель частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности формирования тестовых сигналов, изменяющихся по треугольному закону и по закону типа переходный процесс с варьируемой нелинейностью, в него введены последовательно соединенные первый двоичнодесятичный умножитель, первый вентиль, второй двоично-десятичный умножитель, блок задания коэффициента нелинейности и первый сумматор импульсов, а также блок задержки и цифрочастотный преобразователь, причем первый и второй информационные входы,SUÄÄ 117592 А

ЗШ G 05 В 23 02 G 06 F 15/46 первого сумматора импульсов связаны с информационными выходами блока задания коэффициента нелинейности и второго двоично-десятичного умножителя, а выход первого сумматора импульсов соединен со счетным входом перво" го реверсивного счетчика, счетный вход блока задержки объединен со счетными входами первого двоично-десятичного умножителя и первого счетчика и подключен к выходу узла запуска, управляющий вход блока задержки объединен с входами реверса первого и второго реверсивныХ счетчиков и подключен к выходу старшего разряда второго реверсивного счетчика, выход,9

O блока задержки подсоединен к управляющему входу вентиля, информационный вход цифрочастотного преобразователя

1 связан с выходом первого ревирсивно го счетчика и информационным входом циф Ф роаналогового преобразователя, вход делителя частоты соединен с выходом

Мйиб пер во го дв оично го-десятичного умножителя, вход второго реверсивного счетчика связан с выходом делителя частоты, 3 а первый информационный вход первой Ql схемы сравнения кодов — с разрядными (,ф входами второго реверсивного счетчи- Я ка.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый двоично-десятичный умножитель образован вторым сумматором импульсов, вторым ф» счетчиком и двумя группами вторых вентилей, информационный выход второ

ro сумматора импульсов связан со счетным входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с информационными входами двух групп вторых вентилей, выходы первой груп-.

111 пы вторых вентилей объединены с выходом двоично-десятичного умножителя, входы которого являются запирающими входами первой группы вентилей, а выходы второй группы вентилей подключены к второму информационному входу вт ор or о суммат ора

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что цифрочастотный преобразователь содержит генератор тактовых импульсов, третий счетчик, преобразователь прямого кода в обратный, сумматор кодов, вторую схему сравнения кодов, элемент задержки, дешифратор и третью схему сравнения кодов,. причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом третьего счетчика, информационный вход преобразователя прямого кода в обратный объединен с входом

7592 цифрочастотного преобразователя, информащ онные входы второй схемы сравнения кодов связаны с выходами третьего счетчика и выходом старшего разряда сумматора кодов, управляющий вход элемента задержки подключен к выходу второй схемы сравнения кодов, информационные входы третьей схемы сравнения кодов подсоединены к разрядным выходам дешифратора, выходу элемента задержки и выходу второй схемы сравнения кодов, разрядные входы дешнфратора соединены с выходом младшего разряда сумматора кодов, выход третьей схемы сравнения кодов соединен с выходом цифрочастотного преобразователя и управляющим входом сумматора кодов, а выход преобразователя прямого кода в обратный с информационным входом сумматора кодов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для формирования тестовых сигналов при контроле метрологических характеристик средств измерений.

Для контроля метрологических характеристик средств измерений необходимо применять генераторы тестовых сигналов. Для этого используются раз10 личные измерительные генераторы и источники образцовых напряжений. Однако с помощью данных приборов возможно контролировать лишь статические характеристики средств измерений, в то время как реально измеряются переменные во времени сигналы. Следовательно, необходимо применять генерато.ры изменяющихся во времени тестовых сигналов.

РО

Известно устройство для формирования линейно-изменяющегося образцового напряжения, содержащее источник опорного напряжения, коммутатор, ключи, интегратор и схемы сравнения.

Устройство. позволяет формировать треугольно-изменяющееся напряжение с двумя скоростями изменения j1).

Недостатками устройства являются ограниченные точность и стабильность иэ"эа аналогового способа формнрова1 ния сигнала, невозможность фиксации сигнала на произвольном уровне по команде, в том числе от внешних устройств типа компараторы, селекторы и т.п., ограниченный вид выходного сигнала и форма развертки (невозможность моделирования кривых типа переходный процесс), невозможность масштабирования развертки по амплитуде и времени и учета времени измерения контролируемого средства для обеспечения равенства средних значений параметра при нарастании и спаде.

Следовательно, устройство не обеспечивает выполнение функций, необходиьплх для автоматизации контроля современных средств измерений, Наиболее близким к предложенному является устройство для генерации сигналов специальной формы, содержащее задающий генератор, блоки формирования периода, задержки и длительности, блок формирования амплитуды. В устройстве исключена нестабильность, предусмотрено формирование сигналов специальной формы — импульсной $ 2).

Однако известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями: не обеспечивает фор" мирование тестовых сигналов, изме3 1117 няюпихся по треугольному закону и по игривой типа переходной процесс" с варьируемой нслинейностью, масштаби ванне развертки по длительности и амплитуде, формирование частотного сигнала, учет времени измерения контролируемого средства.

Целью изобретения является обеспечение возможности формирования тестовых сигналов, изменяющихся по треугольному закону и по кривым типа

"переходный процесс" с варьируемой нелинейностью, а также учет времени измерения контролируемого средства и ормирования аналоговых и частот !5 ных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля метрологических характеристик средств измерений, содержащее генератор опорной частоты, последовательно соединенные триггер и вентиль, а также первый счетчик, первый и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, первый и второй бло- 5 ки индикации, первую схему сравнения кодов и делитель частоты, введены последовательно соединенные первый двоично-десятичный умножитель, первый вентиль, второй двоично-десятичный умножитель, блок .задания коэффициента нелинейности и первый сумматор импульсов, а также блок задержки и цифрочастотный преобразователь, причем первый и второй информационные входы первого сумматора импульсов связаны с информационными выходами блока задания коэффициента нелинейности и второго двоично-десятичного умножителя, а выход.первого сумматора импульсов соединен со счетным входом первого реверсивного счетчика, счетный вход блока задержки объединен со счетными входами первого двоично-десятичного умножителя и первого счетчика и подключен

45 к выходу узла запуска, управляющий вход блока задержки объединен с входами реверса первого и второго ревер сивных счетчиков и подключен к выхоцу старшего разряда второго реверсивного, 5О счетчика, выход блока задержки подсоединен к управляющему входу вентиля, информационный вход цифрочастотного преобразователя связан с выходом первого реверсивного счетчика и 55 информационным входом цифроаналогового преобразователя, вход делите ля частоты соединен с выходом первого

592 4 двоично-десятичного умножителя, вход второго реверсивного счетчика связан с выходом делителя частоты, а первый информационный вход первой схемы сравнения кодов — с разрядными выходами второго реверсивного счетчика.

При этом каждый двоично-десятичный умножитель образован вторым сумматором импульсов, вторым счетчиком и двумя группами вторых вентилей, информационный выход второго сумматора импульсов связан со счетным входом второго счетчика, разрядйые выходы которого соединены с информационными входами двух групп вторых вентилей, выходы первой группы вторых вентилей объединены с выходом двоично-десятичного умножителя, входы которого являются запирающими входа— ми первой группы вентилей, а выходы второй группы вентилей подключены к второму информационному входу втор or о сумматора .

Кроме того, цифрочастотный преобразователь содержит генератор тактовых импуЛьсов, третий счетчик,, преобразователь прямого кода в обратный, суммат ор кодов, вторую. схему сравнения кодов, элемент задержки, дешифратор и третью -схему сравнения кодов, причем выход генератора тактовых импульсов соединен со счетным входом третьего счетчика, информационный вход преобразователя прямого кода в обратный объединен с входом цифрочастотного преобразователя, информационные входы второй схемы сравнения кодов связаны с выходами третьего счетчика и выходом старшего разряда сумматора кодов, управляющий вход элемента задержки подключен к выходу второй схемы сравнения кодов, информационные входы третьей схемы сравнения кодов подсоединены к разрядным выходам дешифратора, выходу элемента задержки и выходу второй схемы сравнения кодов, разрядные входы дешифратора соединены с вы— ходом младшего разряда сумматора кодов, выход третьей схемы сравнения кодов соединен с выходом цифрочастотного преобразователя и управляющим входом сумматора кодов, а выход преобразователя прямого кода в обратный — с информационным входом сумматора кодов.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема двоич1117592 но-десятичного умножителя; на фиг.

3 — схема цифрачастатного преобразователя; на фиг. 4-6 — диаграммы, по-. ясняющие работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 5 опорной частоты, узел 2 запуска, образованный триггером 3 и вентилем

4, первый двоична-десятичный умножи-тель 5, вентиль 6, второй двоичнадесятичный умножитель 7, блок 8 задания коэффициента нелинейности, первый сумматор 9 импульсов, первый реверсивный счетчик 10, первый блок

11 индикации, цифрочастатный преобразователь 12, цифроаналоговый преобразователь 13, блок 14 задержки, первый счетчик 15 вт.арой блок 16 индикации, делитель 17 частоты, второй, реверсивный счетчик 18, первую схему 19 сравнения кодов, шину 20 пуска 2О и шину 21 останова.

Двоична-десятичные умножит ели 5 и 7 содержат второй сумматор 22 импульсов, второй счетчик 23 и две группы вентилей 24 и 25. Цифрочастот- ys ный преобразователь -12 образован генераторам 26 тактовых импульсов, третьим счетчиком 27, второй схемой

28 сравнения кодов, элементом 29 задержки, сумматором 30 кодов, третьей схемой 31 сравнения кодов, дешифратором 32 и преобразователем 33 прямого кода в обратный.

Изменение тестового сигнала (фиг.

4, кривая а} происходит по треуголь"

35 ному закону, варианты того же сигнала при масштабировании по амплитуде и па времени показаны кривыми б, в и г. Формирование кривой б (фиг. 5) типа "переходный процесс" осуществляется из треугольного тестового сигнала (кривая а} с помощью функции отклонения (кривая в), амплитуда которой варьируется и соответственна изменяет >. выпуклость кривой б.

На диаграмме фиг . 6 показано„, как осуществляется учет времени измерения контролируемого средства: спадающий участок а задерживается на время, равное времени измерения б, а;б которое начинается синхронна с импульсам пуска в, Устройство работает следующим образом.

Перед пуском на входах блока 14

55 устанавливается код времени измеренияконтропируемого средства, который мажет быть равен нулю или некоторому значению, на входах умножителей 5 и 7 — коды скорости и амплитуды развертки соответственно в процентах от наибольшего значения, на входах схемы 19 сравнения кодов — номер участка развертки, на котором производится пуск контролируемого средства, на входе блока 8 — коэффициент нелинейности кривой типа переходной процесс". При подаче команды на запуск развертки по шине 20 отпирается узел

2 запуска и импульсы с выхода генератора 1 начинают поступать на входы узлов 5, 14 и 15. С этого момента времени осуществляются следующие операции: отсчет и индикация времени развертки в счетчике 15 и в блоке 16 индикации, формнрава ние приращений параметра умножителями 5 и 7, а также импульсов пуска контролируемого средства делителем 17, счетчиком 8 и схемой 19 сравнения кодов. Частота генератора 1 масштабируется первымдвоично-десятичным умнажителем 5 по скорости раэвертки и подается на вход делителя 17, благодаря чему при различных скоростях развертки формируется всегда одно и то же число импульсов пуска. Импульсы с выхода умнажителя 5 через открытый вентиль поступают на вход второго двоична-десятичного умножителя 7, масштабирующего развертку по амплитуде (фиг. 4, кривые в и r). Затем импульсы приращения параметра поступают на входы блока 8 и сумматора 9.

Б зависимости от того, какой график развертки отрабатывается, величина установки блока 8 может быть равна нулю (треугольный сигнал) или некоторому значению (кривая типа "переходный процесс") .

Нелинейность формируется следующим образом. Из основной частоты импульсов, поступающей с выхода умножителя 7, вычитается, а затем суммируется с ней частота импульсов функции отклонения (фиг. 5 в), в результате чего линейное нарастание параметра преобразуется в нелинейное.

Код параметра, накапливаемый в счетчике 10, подается на входы блока 11„ цифрочастатного преобразователя 12 и цифроаналогового преобразователя

13. В момент достижения кода нарастающего участка развертки на выходе старшего разряда сч:етчика 18 изменяется сигнал, в результате чего реверсируется счетчик 18 и счетчик 10 на

1117592 вычитание и в случае времени измерения контролируемого средства, не равного нулю, запускается блок 14 задержки, запирающий вентиль 6 на время, равное времени измерения конт- 5 ролируемого средства (фиг. 6 б), благодаря чему пуск контролируемого средства одновременным импульсом (фиг. 6 г) сдвигается относительно спадающего участка таким образом, что средние значения параметров, измеренные при нарастании и спаде, оказываются равными. Это позволяет оценить и получить среднеарифметическое значение погрешности при подходе к одному и тому же значению параметра сверху и снизу.

Окончание работы устройства происходит либо по окончании цикла раз— вертки, либо по внешней команде.

Во втором случае проверяются устройства типа компараторов путем подачи на их вход сигналов, изменяющихся по кривой типа "переходной процесс".

В момент достижения сигналом уровня срабатывания компаратора с его вы. 3 хода поступает сигнал на шину 21 и устройство останавливается. Сравнение уровня настройки и показаний блока

11 позволяет оценить точность работы 30 контролируемого устройства.

Работа двоично-десятичных умножителей 5 и 7 происходит следующим обра-. зом.

Входная частота подается на сумматор 22 и далее на вход счетчика 23, с выходов которого двоично-взвешенные компоненты частоты поступают на группы вентилей 24 и 25. На управляющих 40 входах группы вентилей 25 установлен код постоянного числа "6", в результате чего за одно переполнение счетчика при поступлении на его вход шестнадцати импульсов с выхода груп- 45 пы вентилей 25 поступает шесть импульсов, т.е. на шестнадцать поступающих на вход счетчика 23 импульсов десять поступают через вход умножителя 5(7) и далее через сумматор 22, а шесть добавляются с выхода групп вентилей 25 также через сумматор

22. Отсюда следует, что наибольшее число, которое можно снять с умножителя 5(7) за одно переполнение счет55 чика 23, равно десяти, код которого устанавливается на управляющих входах группы вентилей 24. Таким образом, умножитель 5(7) реализует преобразова»не входной число-импул ьс»ой пос— ледовательности с коэффициентом ряда

1/ 10, 2/10, ... 10/10, .з»аменователь которых фиксирован, а числитель за— дается двоич»о-десятичными кодами.

Цифрочастотный преобразователь 12 работает следующим образом.

Поступающий на вход пр еобразователя 12 с выхода счетчика 10 код преобразуется с помощью преобразователя 33 в код, обратный входному (например, с помощью ПЗУ 155PE) и подается на входы сумматора 30, осуществляющего сумм»рование входного ко— да с самим собой каждый раз при поступлении импульса с выхода схемы

31. Старшие разряды сумматора 30 сравниваются в схеме 28 с кодом счетчика 27, который находится в режиме непрерывного счета, и в момент равенства кодов с выхода схемы

28 поступает импульс, который подается на вход элемента 29 задержки.

Сигнал с выхода схемы 31 поступает тогда, когда этот импульс доходит до отвода, который подключен к разряду, открытому единицей с соответствующего выхода дешифратора 32, и этим же импульсом сумматор 30 производит суммирование кода с выхода обратного преобразователя 33 с находящимся в сумматоре 30 кодом. Допустим, что с выхода преобразователя

33 подается код периода 21,1 мкс.

Разряды сумматора 30, содержащие целую часть кода периода, подключены к входам схемы 28 сравнения кодов и, если счетчик 27 в нулевом состоянии, то первый импульс с выхода схемы 28 поступает через 21 мкс. Так как младшие разряды сумматора 30, которые содержат дробную часть кода периода О, 1 мкс, подключены к входам дешифратора 32, то с выхода схемы

31 импульс»а выход устройства поступает задержанным на О, 1 мкс, а сумматорная длительность периода составляет 21, 1 мкс, этим же импульсом в сумматор 30 добавляется код

21, 1 мкс и код в нем ста»овится равным 42,2 мкс. При коде в счетчике

27, равном 42 мкс, с выхода схемы

28 поступает импульс также через

21 мкс, но с выхода схемы 31 импульс поступает уже через 0,2 мкс.

Так как в предыдущем периоде уже сформирована дробная часть О, i мкс, то очевидно, что следующий импульс тоже будет равным 21, 1 мкс. Описан1117592

10 ный процесс продолжается непрерывно и, как показал анализ работы устройства и его проверка на макете при част от е генератора 23, 1 мГц, быстродействие сумматора 30, а также

его периодическое переполнение значения не имеет. При изменении кода . на выходе обратного преобразователя

33 выходные периоды отрабатываются с

Очень малой динамической погрешностью.1О

Введение двоично-десятичных умножителей позволяет масштабировать развертку как по времени, так и по амплитуде. Блок задержки дает возможность учесть время измерения контро- 15 лируемого средства, что необходимо для обеспечения равенства средних значений измеренного параметра при нарастании и спаде при метрологической аттестации контролируемого средства. 2Î

Введение блока задания коэффициента нелинейности и сумматора импульсов позволяет преобразовывать треугольно-изменякщийся сигнал в криволинейно-изменяющийся, как при переходных режимах ГТД, причем с варьируемой нелинейностью, что необходимо для исследований и контроля устройств типа компараторов ° Предлагаемая схема цнфрочастотного преобразователя дает возможность уменьшить дискретность формируемой частоты беэ увеличения быстродействия элементной цифровой базы.

Изобретение развивает проблемы автоматизации контроля статических и динамических характеристик средств измерений и обладает широкими функциональными возможностями, что позволяет испольэовать его для контроля многоканальной измерительной .аппаратуры, применяемой при испытаниях ГТД, вместо используемого для этого эталонного двигателя, экономить топливоэнергетические ресурсы, увеличить пропускную способность стенда и упростить экспериментальные исследования разрабатываемой аппаратуры. )117592

ЖЯ) 1117592

Составитель С.Демиденко

Редактор О.Врковецкая Техред Т. у биичак Корректор Е.Сирохман

Заказ 7218/31 Тираж 8ц1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открьггий

113035> Москва, Ж-ÇS, Раушская наб ., д; 4/5

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