Устройство для градуировки измерительных преобразователей давления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЗЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛБКИЯ , содержащее задающий генератор, соединенный с формирователем меток времени и через усилитель - с излучателем , размещенным в рабочей камере е поверяемым и образцовым измерительными преобразователями, два канала измерения со средствами преобразо вания выходных сигналов поверяемого и образцового измерительных преобразователей , цифровой преобразователь декартовых координат в .полярные, к выходу которого подключены блок деления , сумматор, и программирующее устройство, выход которого связан с задающим генератором, преобразователем декартовых координат в полярные , блоком деления и сумматором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определе НИН диниамйческих характеристик измея рительных преобразователей давления, в него введены счетчик импульсов с дешифратором с четырьмя выходами, подключенный к выходу формирователя меток времени и связанный с программирующим устройством, а средства преобразования выходного сигнала поверяемого и образцового измерительных преобразователей давления выполнены в виде четырех двухвходовых элементов И и двух реверсивных счетчиков , причем первые входы всех четырех элементов И, входящие в состав средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления, подключены к его выходу, i первые входы всех (Четырех двухвходо вых элементов И, входящих в состав (Л средства преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, подключены к выходу образцового преобразователя давления , а вторые входы элементов И средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления попарно объединены с вторыми входами элементов И средства м преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, t и каждая пара соединена с одним из м л четырех выходов дешифратора счетчика импульсов, при этом в каждом из средств преобразования выходного сигнала выход каждого элемента И соединен с одним из входов соответствующего реверсивного счетчика, а кодовые выходы счетчиков подключены к цифровому преобразователю декартовых координат в полярные.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4 (51) G 01 L 27/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3629996/24-10 (22) 29.07.83 (46) 30.01.85. Бюл, 9 4 (72) В.Г.Кнорринг, Л.Н,Кнорринг, В.П.Шумилин, Ю.М.Гусенко и В.И.Яобан (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (53) 531.787(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР .

9 928179, кл.G L 27/00,1980.

2.Третий Всесоюзный симпозиум Динамические измерения . Тезисы докладов. ВНИИМ им. Д.И.Иенделеева, 17-19 марта 1981 г., с.212-215 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛЕИИЯ, содержащее задающий генератор, соединенный с формирователем меток времени и через усилитель — с излучателем, размещенным в рабочей камере с поверяемым и образцовым измерительными преобразователями, два канала измерения со средствами преобразо вания выходных сигналов поверяемого и рбразцового измерительных преобразователей, цифровой преобразователь декартовых координат в .полярные, к выходу которого подключены блок деления, сумматор,и программирующее устройство, выход которого связан с задающим генератором, преобразователем декартовых координат в полярные, блоком деления и сумматором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определе." ния диниамических характеристик изме

„„SU„„11 А рительных преобразователей давления, в него введены счетчик импульсов с дешифратором с четырьмя выходами, подключенный к выходу формирователя меток времени и связанный с программирующим устройством, а средства преобразования выходного сигнала поверяемого и образцового измерительньл преобразователей давления выполнены в виде четырех двухвходовых элементов И и двух реверсивных счетчиков, причем первые входы всех че-. тырех элементов И, входящие в состав средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления, подключены к его выходу, первые входы всех четырех двухвходо» @

Ф вых элементов И, входящих в состав средства преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, подключены к выходу образцового преобразователя давления, а вторые входы элементов И средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления попарно объединены с вторыми входами элементов И средства преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, и каждая пара соединена с одним иэ четырех выходов дешифратора счетчика импульсов, при этом в каждом из средств преобразования выходного сигнала выход каждого элемента И соединен с одним из входов соответствующего реверсивного счетчика, а кодовые выходы счетчиков подключены к цифровому преобразователю декартовых координат в полярные.

11373,66

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам . для градуировки измерительных преобразователей давления (ИПД) . Известно. устройство для динамической градуировки НДП, содержащее приводной электродвигатель, кинематически связанный с элементом генерации колебанйй, выполненным в виде круглой заслонки с осью вращения, расположенной вдоль ее диаметра и 10 установленной в трубопроводе по диаметру его поперечного сечения (1).

Однако это устройство не обеспечивает высокой точности определения динамических характеристик ИПД. 15

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае.".. мому эффекту является устройство для градуировки, содержащее задающий генератор, соединенный с формирователем меток времени и через усилитель — с излучателем, размещенным в рабочей камере с поверяемым и образцовым измерительными преобразователями, два канала измерения со средствами преобразования выходных сигналов поверяемого и образцового измерительных преобразователей, цифровой преобразователь декартовых координат в полярные,к выходу которого подключены блок деления, сумматор, и программирующее устройство, выход которого связан с задающим генератором, преобразователем декартовых координат в полярные, блоком деления и сумматором f21. 35

При испытании и метрологической аттестации ИПД с частотно-импульсным представлением выходной информации (например, струнных датчиков давления) и при наличии образцово- 40 го ИПД также с частотно-импульсной

Формой представления информации прототип имеет следующий недостаток.

Для преобразования мгновенных значений информативного параметра выход- ного сигнала атгестуемого датчика

5 (частоты) в цифровую форму в качестве аналого-цифрового преобразо- вателя .приходится использовать цифровой периодомер, так как другие методы измерения мгновенной частоты

50 не дают необходимаго быстродействия

:и не обеспечивают синхронности измерения. Последнее снижает точность определения динамических характеристик ИПД, так как измерение периода..(при цифровом преобразовании мгновенных значений частотных выходных сигналов аттестуемого и образцового

ИПД) может начаться не мгновенно по сигналу с блока синхронизации, а 60 с существенной временной задержкой до прихода очередного импульса выходной частоты того или иного ИПД. Эта временная задержка может изменяться случайным образом в диапазоне от нуля до одного периода выходных сигналов ИПД и,кроме того, зависит от значений этих сигналов, т.е. от чувствительности аттестуемого и образцового ИПД. Результат цифрового измерения периода получается только в конце следующего периода (второго периода с учетом максимальной задержки в один период), а значение мгновенной частоты, определенное по текущему измеренному периоду, соответствует моменту времени, совпадающему с серединой второго периода, Неопределенность моментов, к которым следует отнести полученные результаты измерения мгновенных частот аттестуемого и образцового ИПД по текущим периодам, зависимость этих моментов от чувствиельности того или иного ИПД снижают точность определения динамических характеристик ИПД иэза нарушения синхронности измерений.

Кроме того, поскольку :быстродействующие образцовые ИПД имеют аналоговый выходной сигнал, обработку сигналов аттестуемого и образцового ИПД приходится выполнять Разными средствами.

То же происходит и при обработке выходных сигналов аналоговых аттестуемого и образцового ИПД, как это производится в прототипе. В этом случае точность определения динамических характеристик существенно снижается из-за значительного апертурного времени (минимального времени преобразования) аналого-цифровых преобразователей, которое также в обоих каналах измерения неопределенно и зависит от значений выходных сигналов ИПД, -..å. от чувствительности аттестуемого и образцового ИПД.

Все это затрудняет получение достоверных результатов при определении динамических характеристик ИПД с с различной формой представления выходной информации.

Цель изобретения — повышение точности определения динамических характеристик ИПД.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для градуировки измерительных преобразователей давления, содержащее задающий генератор, соединенный с формирователем меток времени и через усилитель — c излучателем, размещенным в рабочей камере с поверяемым и образцовым измерительными преобразователями,два канала измерения со средствами преобразования выходных сигналов поверяемого и образцового измерительных преобразователей,цифровой преобразователь декартовых координат в полярные, к выходу которого подключены блок делення, сумматор, и программирующее устройство, выход которого связан с задающим

113736Ь генератором, преобразователем декартовых координат в полярные, блоком деления и сумматором, введены счетчик импульсов с дешифратором с четырьмя выходами, подключенный к выходу формирователя меток времени и связан- 5 ный с программирующим устройством, а средства преобразования выходного сигнала поверяемого и образцового измерительных преобразователей давления выполнены в виде четырех двух- 10 входовых элементов И и двух реверсивных счетчиков, причем первые входы всех четырех элементов И, входящие в состав средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления, подключены к его выходу, первые входы всех четырех двухвходовых элементов И, входящих в состав средства преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, подключены к выходу образцового преобразователя давления, а вторые входы элементов И средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления попарно объединены с вторыми входами элементов И средства преобразования давления, и каждая пара соединена с одним из четырех выходов дешифратора счетчика импульсов, при этом в каждом из средств преобразования выходного сигнала выход каждого элемента И соединен с одним из входов соответствующего реверсивного счетчика, а. кодовые выходы счетчиков подклю- .35 чены к цифровому преобразователю декартовых координат в полярные.

На фиг.1 и 2 дана блок-схема устройства; на фиг.3 и 4 — то же, в случае использования датчиков с 40 аналоговыми выходными сигналами; на фиг.5 — одна иэ возможных систем весовых функций, реализуемая счетчиком импульсов с дешифратором; а на фиг.6 — процесс накопления данных45 в соответствии с алгоритмом работы устройства.

Устройство содержит задающий генератор l, формирователь 2 меток времени внутри периода испытательного сигнала, источник испытательного сигнала 3, например, излучатель 4 с усилителем мощности 5 на входе, размещенный в камере давления

6, аттестуемый ИПД 7, образцовый

ИПД 8, программирующее устройство 9, 55 цифровой преобразователь 10 декартовых координат в полярные, блок деления 11; сумматор 12, блоки логического умножения 13,14, счетчик

15 импульсов с дешифратором, форми- рующий весовые функции, блоки реверс сивных счетчиков. 16,17, включающие по два реверсивных счетчика, логические элементы И 18-25, реверсивные счетчики импульсов 26-29, преобразователи напряжение-частота 30 и 31. 65

Устройство для градуировки измери" гельных преобразователей давления работает следующим образом.

Программирующее устройство 9 устанавливает частоту задающего генератора 1, соответствующую первой точке частотного диапазона, в котором определяется АЧХ и ФЧХ (фиг.1) . 3aдающий генератор 1 синхронизирует формирователь 2 меток времени (вспомогательный генератор или умножитель частоты) и одновременно приводит в действие источник 3 испытательного сигнала, например, с помощью излучателя 4, подключенного к задающему генератору 1 через усилитель мощности 5, создает гармонически изменяющееся давление в камере 6, Воспроизводимое в камере 6 поле давления источника 3 одновременно воздействует на аттестуемый частотный ИПД 7 и образцовый частотный ИПД 8. В отличие от прототипа выходные частотноимпульсные сигналы этих преобразователей в первом и втором каналах измерения .поступают на блоки логического умножения 13 и 14 (фиг.1), на которые подается одна и та же система весовых функций, формируемая счетчиком импульсов с дешифратором

15. Каждый блок логического умножения состоит из четырех элементов И (фиг.2), блок 13 канала измерения из элементов И 18-21, а блок 14 канала измерения — из элементов И 22 "

25, причем первые входы элементов

И 18-21 соединены с выходом ИПД 7, первые входы элементов И 22-25 с выходом ИПД 8, вторые объединенные попарно входы элементов И 18,22 соединены с первым выходом дешифратора счетчика 15 импульсов с дешифратором (сигнал c ), вторые входы элементов 19,23 — с вторым выходом дешифратора блока 15 (сигнал Ь ),вторые входы элементов И 20,24 — с третьим выходом дешифратора блока

15 (сигнал с ), вторые входы элементов И 24,25 — с четвертым выходом дешифратора- блока 15 (сигнал d ) °

Формы и временные сдвиги сигналов м, ь,с, d на выходе дешифратора блока

15, а также эквивалентные весовые функции Ф„ и Е, формируемые с помощью меток времени, показаны на фиг.5.

В процессе накопления данных каждый логический элемент И в блоках логического умножения 13 и 14 пропускает импульсы с выходов ИПД 7 и

8 на соответствующие входы реверсивных счетчиков 26, 27 в блоке

16 канала измерения 28 и 29, в блоке 17 канала измерения в течение тех интервалов . времени, когда на втором входе этого элемента действует логическая единица. Расположение этих интервалов по отношению к сигналам

11373бб

ИПД не меняеется в течение всего времени накопления (на какой-либо из частот испытательного сигнала) .

В результате каждый иэ реверсивных счетчиков в течение заданного числа периодов испытательного сигнала на-. 5 капливает число импульсов, пропорциональное сумме заштрихованных на соответствующей кривой фиг.б площадей с учетом указанных на каждой заштрихованной площади знаков, т.е. ин-10 тегралу произведения частоты на весовую функцию.

Если кривые выходной частоты ИПД

7 и 8 содержат, помимо основной гармоники, только те высшие гармони- (5 ки, которые отсутствуют в весовых функциях, а именно с номерами четными и кратными трем, то число имПульс<» А i (в1 i дг i Sg > Р> версивных счетчиках 2б-29 в определенном (однам и том же) масштабе соответствуют коэффициентам А„, B„, A,,В разложения кривых выходных г частот ИПД 7 и 8 в ряды Фурье.

Поэтому из вычислительных операций прототипа в данном устройстве остается выполнить определение амплитуд Мс - МА Ив, йс - И И

А „81.

30 в„ ®, начальных фаз „„ . —, g =агс — г

1 КА„г мАг

В случае, когда испытуемый ИПД имеет частотно-импульсную форму представления выходной информации (как, а также вычисление отношения ампли- . туд N „ йсг и разности М„- Ч,, 35 которые представляют ординаты искомых амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик аттестуемого

ИПД. Первые операции по определению

Ncj и V> (где J = 1,2) соответст- 40 вуют алгоритму работы преобразователя декартовых координат в полярные 10 и определяются им последовательно во времени под управлением программирующего устройства 9. Ордината АЧХ, равная отношению амплитуд и, / Мсг, определяется цифровым делительным устройствам 11, а ордината ФЧХ, равная разности фаз

4 Мг, вычисляется сумматором 12.

Делительное устройство 11 и сумматор

12 управляются программирующим устройством 9. После выполнения перечисленных операций сигналами с выхода программирующего устройства

9 изменяется частота испытательного сигнала задающего генератора 1, и находится следующяя точка АЧХ и ФЧХ и т.д. по всем точкам частотного диапазона в котором определяются данные характеристики. бО например, струнный датчик давления), а образцовый ИПД имеет непрерывный выходной сигнал (как,например, пьезоэлектрический датчик давления),выходной сигнал аналогового образцового ИПД можно преобразовать в частотно-импульсную форму с помощью дополнительно введенного в устройство быстродействующего (например, интегрирующего) преобразователя напряжение-частота 30(фиг.3) .

В том случае, когда оба ИПД являются аналоговыми, необходимо выполнить преобразование в частотноимпульсную форму выходных сигналов обоих ИПД с помощью преобразователей напряжение-частота 30 и 31 (фиг.4) .

Устройство позволяет существенно повысить точность экспериментального определения динамических характеристик ИПД. Это объясняется тем, что элементы И срабатывают практически мгновенно по сигналам с выходов дешифратора счетчика импульсов, формирующего весовые фракции, в то время как аналого-цифровые преобразователи всегда имеют значительное апертурное время (минимальное время преобразования), которое к тому же зависит от преобразуемого напряжения. Кроме того, в предлагаемом устройстве обрабатывается информация не об отдельных точках на кривых сигналов, как в прототипе, а о площадях, чта существенно снижает влияние шумов и помех, в том числе уменьшает влияние случайных возмущений воспроизводимого давления в камере устройства. В предлагаемом устройстве выходные сигналы аттестуемого и образцового ИПД умножаются на одну и ту же систему весовых функций, и при::этом не требуется точной фазировки весовых функций по отношению к испытательному сигналу или выходному сигналу испытуемого КПД, и, таким образом, погрешности формирования весовых функций практически не сказываются на результатах определения динамических характеристик

ИПД. Одновременно достигается существенное упрощение устройства. B предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом значительно упрощены вычислительные операции (поскольку не требуется производить операции накопления .данных и определения коэффициентов рядов Фурье как в прототипе, эти операции в предлагаемом устройстве выполняются без введения специальных узлов), в связи с чем отсутатвуют такие узлы как усредняющие и множительные устройства на их входах, а также существенно разгружавтся память программирующего устройства.

1137366

1137366

omH

Фиг, 2

1137366

ll37366

1137366

Составитель О.Сафонов

Редактор Н.Швыдкая Техред Т.Дубинчак КорректорМ.Максимишинец

Заказ 10513/31 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035; Москва, Ж-35, Рауыская наб.,д.4/5 филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4