Способ определения параметра фазогенераторным преобразователем
Изобретение относится к измерению электрических и неэлектрических величин, которые можно преобразовать при помощи индуктивных или емкостных датчиков. Цель изобретения - повьшение чувствительности и быстродействия фазогенераторного преобразователя. Взаимную синхронизацию генераторов 2 и 4 обеспечивают управляемым сопротивлением блока 5. При этом фазовый сдвиг между выходными сигналами генераторов близок или равен нулю. Посредством датчика 1 выводят расстройку генератора 2, а за счет увеличения сопротивления связи до величины Re RcMQKC срывают взаимную синхронизацию генераторов и спустя время . ti производят измерение фазового сдвига между сигналами генераторов 2 и 4. По результату измерения при помощи блока 3 подстраивает генератор 4 так, чтобы скомпенсировать фазовьй сдвиг, и, уменьшая сопротивление связи до величины Re, RCMHH восстанавливают синхронизацию генераторов. О величине контролируемого или измеряемого датчиком 1 параметра объекта судят.по величине компенсирующей подстройки в генераторе 4. Использование способа позволяет произвести измерения за меньшее время за счет уменьшения времени переходного процесса в каждом цикле измерения. При этом за счет срыва синхронизации перед измерением фазового сдвига достигается более высокая чувствительность преобразователя. 2 ил. 1 (Л 1чЭ 4 to О 00 фиг.1
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (51)4 С 01 В 7/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Фиг. f
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3850836/24-21 (22) 30.01.86 (46) 07. 07.86. Бюл. У 25 (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И. Ленина (72) А.Е. Макрецкий и В.И. Нестеренко (53) 621. 317. 39.531. 71 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР .У 410202, кл. G 01 В 7/02, 1973.
Полулях Н.С. Резонансные методы измерений. М.: Энергия, 1980, с. 103-106. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА
ФАЗОГЕНЕРАТОРНЬК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ (57) Изобретение относится к измерению электрических и неэлектрических величин, которые можно преобразовать при помощи индуктивных или емкостных датчиков. Цель изобретения — повышение чувствительности и быстродействия фаэогенераторного преобразователя. Взаимную синхронизацию генераторов 2 и 4 обеспечивают управляемым сопротивлением блока 5.
При этом фазовый сдвиг между выходÄÄSUÄÄ 1242708 А1 ными сигналами генераторов близок или рав ен нулю. Посредс тв ом датчика 1 выводят расстройку генератора 2, а за счет увеличения сопротивления связи до величины Rc. =
= Комикс срывают взаимную синхронизацию генераторов и спустя время производят измерение фазового сдвига между сигналами генераторов
2 и 4. По результату измерения при помощи блока 3 подстраивают генератор
4 так, чтобы скомпенсировать фазовый сдвиг, и, уменьшая сопротивление связи до величины Кс, = Ксини восстанавливают синхронизацию генераторов.
О величине контролируемого или измеряемого датчиком 1 параметра объекта судят.по величине компенсирующей подстройки в генераторе 4. Использование способа позволяет произвести измерения за меньшее время за счет уменьшения времени переходного процесса в каждом цикле измерения.
При этом за счет срыва синхронизации перед измерением фазового сдвига достигается более высокая чувствительность преобразователя. 2 ил.
1242708
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерению электрических (емкость конденсатора, индуктивность, и неэлектрических величин,, которые можно преобразовать при помощи индуктивных или емкостных датчиков.
Цель изобретения — повьш>ение чув-. ствительности и быстродействия фазогенераторного преобразователя.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 — временные диаграммы работы устройства.
Фазогенераторнь>й преобразователь состоит из датчика 1, первого генератора 2, компенсирующего блока 3, второго генератора 4, управляемого блока 5 связи, фазового измеритсля
6 и блока 7 управления.
Датчик 1 связан с первым генератором 2, второй генератор 4 связан с компенсирующим блоком 3, фазовый измеритель б подключен выходом к блоку 7 управления, выходы блока 7 управления соединены с. управляемым блоком 5 связи, блоком 3 компенсации и фазовым измерителем б, Способ определения параметра фазогенераторным преобразователем осуществляют следующим .образом.
Связывают генераторы 2 и 4 управляемым сопротивлением блока 5, что обеспечивает взаимную синхронизацию генераторов, при этом настраивая>т генераторы TBK чтобы фазовый сдвиг между их выходными сигналами был близок или равен нулю, т.е. не превышал некоторого начального малого значения > н. При помоши датчика 1, взаимодействующего с контролируемым объектом, выводят расстройку генератора 2. Срь>вак>т взаимную синхронизацию генераторов путем увеличения сопротивления связи до величины Кс == Есм с в блоке 5. С этого момента пропорционально времени и расстройке генератора 2 нарастает фазовый сдвиг между сигналами генераторов.
Спустя время t, после срыва синхронизации, производят измерение фазового сдвига между сигналами генераторов. По результату измерения фазового сдвига при помощи блока 3 подстраивают генератор 4 так, чтобы скомпенсировать фазовый сдвиг, вызванный расстройкой генератора 2.
Восстанавливают синхронизацию генераторов путем уменьшения сопротивления связи до величины Re = Re мчн, Бследствие малого сопротивления связи длительность переходного процесса восстановления синхронизации и установления нового значения фазового сдвига будет небольшой. По величине компенсирующей подстройки в генераторе 4 судят о величине контролируемого или измеряемого датчиком 1 параметра объекта.
Компенсирующая подстройка генератора 4 как при использовании известного способа, так и предлагае„мого может производиться за несколько тактов методом последовательного приближенйя.
Преобразователь, реализующий способ, работает следующим образом.
I3 исходном состоянии датчик 1 находится в нулевом положении и не вносит расстройки в генератор 2, при этом генераторы 2 и 4 настроены так, что их собственные частоты о3 и о>>, равные или очень близкие (собственные частоты — это частоты не связанных генераторов). После включения цепи связи в блоке. 5 генераторы начнут работать в режиме взаимной синхронизации на частоте ->о а между их вь>ходными сигналами возникнет начальный фазовый сдвиг f в
При w 2 -.= .)ц частота Ы„. = 3 = vJq и g =
= О, а при z f- .- >располагается междуна и Ьл и » " - о
Б реальном преобразователе настроить генераторы так, чтобы )г = о)>7 трудно, поэтому далее будем рассматривать второй случай при М,: и)>7.
Б исходном состоянии выходные напряжения генераторов описываются следующими зависимостями:
U = U4> s>.n t
Uc = Uoq sin(- 0 + 7н)
) де П Un „Ug U — текущие и амплитудные значения выходных сигналов генераторов 2 и 4 соответственно.
Пусть в некоторый момент времени под воздействием изменившегося контролируемого параметра объекта датчик 1 вносит расстройку в генератор 2. При этом изменяется частота на величину м)р и возникает дополнительный фазовый сдвиг 4р (ин1242
3 ,цекс .р обозначает расстройку), а сигналы U и Уч принимают вид
U2,= Uог sin()с+ ц)Р)"
U sin ((u) + 4p) t+ н+ P j (2) Рассмотрим процессы, происходящие в преобразователе на интервале
После срыва синхронизации генераторы начинают работать на собственных частотах и)г и ц7 (> — частота генератора 2 после внесения расстройки датчиком 1), что приводит к росту фазового сдвига между их выходными сигналами 1 (с) = н + $q + 4 — Q f4+ Р +6+t ) (3) Из выражения (2), следует, что контролируемая величина, преобразованная в расстройку генератора 2, мо1О жет быть измерена в том случае, если и р превысит порог чувствительности фазового измерителя. В преобразователе, управляемом согласно известному способу, при и< р(4 ч измерение не может быть 15 произведено, так как фазовый измеритель 6 не срабатывает. Повышение чувствительности преобразователя в этом случае может быть достигнуто за счет повышения чувствительности (уменьшения р) фазового измерителя, что сопряжено с большими трудностями и не всегда выполнимо. Способ определения параметра фазогенераторным преобразователем позволяет получить высокую чувствительность фазового измерителя. Достигается это за счет того, что перед измерением фазового сдвига производят срыв синхронизации генераторов путем ЗО увеличения сопротивления связи в бло- ке 5 до величины Rc = Rc. маркс, В блоке 7 управления формируются сигналы Uq u Uv с периодом следования Тп (фиг.2). Сигнал U иницииру-35 ет измерение фазового сдвига, а Uv управляет величиной сопротивления связи в блоке 5. Период измерения Т состоит из двух временных интервалов ti u t . В течение интервала 4О л под действием сигнала U д„с сопротивление связи в блоке 5 принимает значение Ra, = R мд с при котором происходит срыв синхронизации генераторов. 708 4 где g (t) — текущее значение фазового сдвига, = u3 г — ü3 t — текущее значение времени, отсчитываемое на интерва- . ле Длительность интервала tq является важным параметром, во многом определяющим чувствительность преобразователя. Сформулируем требования к длительности Фазовый сдвиг g (t) увеличивается пропорционально времени t и, следовательно, при самой малой внесенной в генератор 2 расстройке (при малом ) ) выполняется условие 4(t)> р, (4) при котором срабатывает фазовый измеритель 6, а следовательно, будет произведено измерение контролируемого параметра объекта. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить максимально возможную чувствительность преобразователя. Из выражений (3) и (4) определяют требуемое значение длительности интервала > 49- м- pp ФФ-Яу-Яу. ь сд 40f (5) r,d где = — — относительная расстрой1 ка генератора 2. После измерения фазового сдвига в генераторе 4 производят такую подстройку, чтобы скомпенсировать фазовый сдвиг, вызванный расстройкой генератора 2, и восстанавливают синхронизацию генераторов путем уменьшения сопротивления связи в блоке 5 до величины Rc = R< мщу.. В преобразователе эти операции выполняются следующим образом. При срабатывании фазового измерителя 6 блок 7 управления вырабатывает сигнал, который посредством блока 3 производит подстройку генератора 4. Подстройка может производиться, например, подключением или отключением (в зависимости от величины и знака фазового сдвига) конденсаторов в частотозадающем контуре генератора. Одновременно с этим блок 7 управления выдает сигнал U sмцц (фиг.2) в блок 5 связи, под действием которого сопротивление связи уменьшается до 1242708 (9) 40 о В 24e „ = 0 (8) 50 Rc = Rc uu,В качестве переменного сопротивления в блоке 5 связи: можно использовать, например, полевые транзисторы. С этого момента восстанавливается синхронизация генераторов и начинается переходный процесс, заканчивающийся установлением новых значений частоты и фазового сдвига. Длительность этого процесса в основ- 10 ном определяет быстродействие преобразователя и зависит от степени связи генераторов, т.е. от величины сопротивления связи в блоке 5. Скорость изменения фазы во время 15 переходного процесса описывается выражением р ай, си к(>n -уи Ри) (6) 20 Ю п (к г-ыЯ(к-со ЬРк) Я(к- )l - .С % 93 RC, qГ 9с Кэ 1 ц - начальное и коне |ное зна) чения сдвига фазы; 9э (э) 9с (В.с) — эквивалентная \ проводимость (сопротивление) контура генератора и проводимость (сопротив- ЗО ление) связи соответственно ., 2Сэ — постоянные времени кон; 9э тура, генератора, 35 P=cosg>. cosg< K=1-sin gg sin gx, В. математическом смысле переходclg ный процесс закончен, если — = О, что выполняется при 2а(t)cos2фс (sin -sin )=-О. (7) Обозначив А = cos fK(sing<-sin 4) и подставив в выражение (7) a(t), получаем Решив выражение (8) относительно нетрудно убедиться, что На практике переходный процесс можно считать законченным, если разность между установившимся значением и текущим значением, отнесенная к начальному значению, составит 0,01 (17). При наложенном условии выражение (8} принимает вид Ьм к Ае — „; - — =001А Из выражения (9) следует, что длительность переходного процесса -In 0,01. и 4,6n i . (13) п cos к cos к Фазогенераторный преобразователь работает в режиме компенсации при фазовом сдвиге„ близком к нулю, следовательно cos g к =1. Учитывая последнее и подставляя в выражение (10). значение п ïîëó÷àåì 1- ц = = 4,6 9 Rc - (11) 4, 6 9э7 Г Как видно из выражения (11), чем меньше сопротивление Rc., тем меньше длительность переходного процесса и выше быстродействие преобразователя. При Rc -> 0 быстродействие преобразователя приближается к максимально возможному. Рассмотрим формулу (5) и упростим ее. В числителе (5) приведены составляющие фазового сдвига gq (начальный сдвиг, вызванный неточностью начальной настройки генераторов) и (сдвиг, вызванный расстройкой генератора 2 датчиком 1). Величина f zt $p зависит от расстройки генераторов и от величины сопротивления 1 связи Rc. Установившееся значение фазового сдвига 9 = агсз1пьы1п=агсз1п (12) ь С Rc Из выражения (12) видно, что сумма gq >gp представляющая собой фазовый сдвиг в конце интервала времени ,,т.е . после окончания переходного процесса,, который протекал при Re.- = = Ка мяч составит малую величину. При использовании предлагаемого способа в преобразователе можно более точно произвести начальную настройку генераторов, т.е. обеспечить значительно меньшее значение ч Таким образом, исключение из формулы (5) суммы Фн >gp мало повлияет на величину t и не изменит характера неравенства (5). С принятыми допущениями определение необходимой длительности интервала t можно производить по формуле 1242708 хрониэации перед измерением фазового сдвига достигается более высокая чувствительность преобразователя, а следовательно, повышенная точность измерения. (13) Формула изобретения 0и Составитель М. Катанова Редактор Н. Тупица Техред Я,Яонкало Корректор M. Максимишинец Заказ 3688/36 Тираж 670 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4 Соотношения (11) и (13) позволяют определить требуемые параметры фазогенераторного преобразователя и временные соотношения. Процесс измерения контролируемого параметра может производиться методом последовательных приближений (например, методом поразрядного уравновешивания). Выше описан первый цикл измерения, который закончился в момент окончания интервала t Последние циклы производятся аналогично, т.е. вновь срывают синхронизацию генераторов, измеряют новый фазовый сдвиг, производят компенсацию, на время переходного процесса восстанавливают синхронизацию при Rc = Кемин и т.д. Применение предлагаемого способа при одинаковом количестве циклов измерения (при одинаковой разрядности преобразователя) позволяет произвести измерение за меньшее время, чем при использовании известного способа. Это достигается существенным уменьшением длительности переходного процесса в каждом цикле измерения. При этом эа счет срыва синСпособ определения параметра фаэогенераторным преобразователем, основанный на измерении взаимного фазового сдвига сигналов генераторов и компенсации этого сдвига, о тл и ч а ю шийся тем, что, с 15 целью повышения чувствительности и быстродействия, формируют сигнал, управляющий сопротивлением связи, перед измерением фазового сдвига увеличивают сопротивление связи до вели20 чины, обеспечивающей срыв взаимной синхронизации, а после измерения фазового сдвига и введения компенсации сопротивление связи уменьшают до величпны, обеспечивающей вход во вза25 имную синхронизацию и минимальную длительность переходного процесса, при этом изменение сопротивления связи производят при помощи сформированного управляющего сигнала, а по вели30 чине компенсирующего воздействия определяют значение измеряемого параметра.
