Цифровой измерительный прибор для частотных датчиков

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может использоваться в информационно измерительных системах . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей . и упрощение конструкции прибора при обеспечении той же точности. Для это го в устройство,; содержащее формирователь 5, блок управления 6, ющтаи 18, 19, первый делитель 13 частоты с переменным коэффициентом деления, двоичный счетчик 15, блок темперйтурной поправки 11, элемент ИЛИ 20, и ю 4; м «к| J. Ф л1 X X I I I

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК сЮ 4 G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3840086/24-21 ,(22) 07.01,85 (46) 30.07.86. Бюл. В 28 (71) Азербайджанский институт нефти . и химии нм.М.Азизбекова (72) Т.M.Âåðäèåâ и Э.А.Тургиев (53) 621,317(088.8) (56),Instrument Practice, 1969, 23, Ф 12, р. 853.

Авторское свидетельство СССР

5" 560186, кл. G 01 R 23/00, 1975. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

ДЛЯ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ

„„SU„„ 1 247770 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике. Может использоваться в информационно"измерительных системах. Целью изобретения является расширение функциональньи возможностей и упрощение конструкции прибора при обеспечении той же точности. Для это го в устройство, содержащее формирователь 5, блок управления 6, щпочи .

18, 19, первый делитель 13 частоты с переменным коэффициентом деления, двоичный счетчик 15, блок температурной поправки 11, элемент ИЛИ 20, 1247770

U- = — ах

1 d ° i

1 где х—

Т

1 а, в, с

30 счетчик результата 16, индикатор 17, кварцевый генератор 12, кодовые шины

1, 2, 3, 4, введен второй делитель 14 частоты с переменным коэффициентом деления. Блок управления 6 содержит счетчик периодов 7, счетный триггер

8, первый и второй одновибраторы

9, 10. Цель достигается за счет размещения группы частотных датчиков, работающих с устройством, и за счет уменьшения объема оборудования. ВыИзобретение относится к измерительной технике и может использовать. ся в информационно-измерительных системах, например, при линеаризации сигналов частотных датчиков, имеющих 5 обратную характеристику вида и х = aT„+ ЪТ„+ с + d

1=1 измеряемая физическая вели- 1О чина; текущее значение периода электрических колебаний на выходе датчика; — градуировочные константы 15 .датчика; ях;=

=c?;U; — аддитивные поправки.

Выражением (1) описываются характеристики большой группы частотных 20 датчиков, использующих явление механического резонанса, .так как оно на" иболее точно отражает зависимость выходной величины датчика (Т„) от измеряемой (х) при изменении последней в полном рабочем диапазоне используемого частотного датчика. для коррекции дополнительных погрешностей от влияния неинформативных параметров (например, аддитивных, связанных с проявлением дестабилизирующих. факторов, таких как температура с, давление и др.) на функцию преобразования частотного датчика (1) в его конструкции предусматриваются датчики влияющих величин с выходным параметром в виде напряжения постоянного тока сокая точность прибора обеспечивается дискретным принципом работы и ограничивается разрядностью представ. ления информации. Простота в эксплуатации прибора достигается за счет охвата полного диапазона изменения измеряемой величины без необходимости перенастройки констант преобразования, с помощью которых в прибор вводятся данные о нелинейности датчика. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

1 где U — постоянное напряжение на выходе датчика влияющей величины;

d — параметр калибровки датчика;

aх; — аддитивная поправка, зависящая от i-ro влияющего фактора.

Цифровой измерительный прибор для работы с описанными датчиками должен выполнять преобразование вида (1) .

Целью изобретения является расширение функциональных возмбжностей и упрощение конструкции прибора при обеспечении той же точности, что достигается за счет расширения группычастотных датчиков, работающих с устройством, и за счет уменьшения объема оборудования.

На чертеже представлена блок-схема цифрового измерительного прибора с пятидекадным представлением результата измерения и одним каналом аддитивной (например, температурной) поправки.

Прибор содержит кодовые шины 1-4 для установки констант градуировки частотного датчика, входной формирователь 5, блок 6 управления, в который входят счетчик периодов 7, счетный триггер 8, а также первый и второй одновибраторы 9, 10, блок 11 температурной поправки, кварцевый генератор 12, первый и второй делители

13, 14 частоты с переменным коэффициентом деления, двоичный счетчик 15, е-ы(): р,,1

3, 1247770 4 счетчик 16 результата, индикатор 17, roe Nx„ t = Ent (Рх) ключи 18, 19, элемент ИЛИ 20. измеряемого параметра, скорректироВ приборе последовательно соеди-, А— ванный по температуре; А = Ent "иены входной формирователь 5, блок 6 ш2 управления, первый ключ 18, первый > pg) делитель 13 частоты с переменным ш ) коэффициентом деления, двоичный счет- константы преобразования цифрового чик 15, второй делитель 14 частоты с . измерительного прибора. Здесь Ent переменным коэффициентом деления, есть оператор выделения целой части элемент ИЛИ 20, счетчик 16 результа-- 10 числа, находящегося в скобках в соотта, индикатор 17, также последова- ветствии с правилами округления. тельно соединены блок 11 температур- Т = mT» — интервал измерения; ной поправки, второй ключ 19, второй р = 10" — масштабирующий множитель, вход элемента ИЛИ 20, кодовые шины ш = 10 — количество квантуемых

1-4 соединены соответственно с кодо- 15 периодов; выми входами первого делителя 13 q = 10 — нормирующий множитель, частоты с переменным коэффициентом необходимый для согласоделения, двоичного счетчика 15, счет- вания масштабов в каначика 16 результата и .блока 11 темпе- лах основного (х) и нературной поправки, выход кварцевого информативного (t) парагенератора 12 соединен с вторыми вхо-. метров. дами ключей 18 и 19, выход ключа 18 Коэффициенты р, m, q для обеспече- соединен с входом второго делителя 14 ния отсчета в десятичной системе счисчастоты с переменным коэффициентом ления представляются как целая. степень деления, второй выход блока 6 управ- ZS числа 10, а показатели степени k, 1, s ления связан с входом пуска блока 11 выбираются из натурального ряда чисел температурной поправки, третий выход О, 1, 2 и т.д. блока 6 управления соединен с уста- Измерению предшествует установка новочными входами блока 11 темпера- в приборе с помощью кодовых шин 1-4 турной поправки, первого делителя 13 ЗО коэффициентов 2А, В, С и Р формулы частоты с переменным коэффициентом преобразования, вычисленных на основе деления, двоичного 15 счетчика, вто- градуировочных констант частотного рого делителя 14 частоты с переменным датчика и датчика температуры a b коэффициентом деления, счетчика 16 с .. и Д. результата. Кодовые входы делителя 14З Для установки коэффициентов 2А, В частоты с переменным коэффициентом с помощью кодовых шин они должны быть деления соединены в обратной после- представлены в двоичной системе считыдовательности с выходами разрядов вания согласно выражениям двоичного счетчика 15.

В блоке 6 управления последовательно соединены счетчик 7 периодов, счетный триггер. 8, первый и второй *о одновибраторы 9, 10, единичный вход триггера 8 соединен с первым выходом блока 6 управления, выход одновибра- 4> тора 9 соединен с вторым выходом блока 6 управления, выход одновибратора, Р (10 соединен с установочными входами циенты; счетного триггера 8, счетчика периои количество двоичдов 7, а также с третьим выходом блока 6 управления; ных разрядов дели" телей частоты с

Устройство работает. следующим переменным коэффиобразом. циентом деления.

Для реализации выражения (1) с цикл измерения начинается с появпомощью цифРового .измеРительного при 55 лением на выходе блока 6 управления бора оно привод тся к виду .импульса "Сброс", устанавливающего .исходные состояния всех блоков приАт + Вт + С + В1 а бора. Этот импульс вырабатывается

1247770 одновибратором 10 при включении.источника питания, а также в начале каждого нового цикла измерения, Импульс "Сброс" устанавливает счет. чик 7 периодов в состояние соответствующее числу ш — 1 = 10 — 1, 1 триггер 8 — в нуль, в нулевое состояние устанавливаются также программные счетчики делителей 13, 14 час. тоты с переменным коэффициентом деления и блок 11 температурной поправки. Кроме того, импульс "Сброс" с помощью кодовой шины 2 устанавливает

ДВОичный кОД коэффициента В В ДВОич- 15 ный счетчик 15, а также с помощью кодовой шины 3 двоично-десятичный код коэффициента С вЂ” в счетчик 16 результата. Измеряемый синусоидальный сигнал с периодом Т„, подаваемый на входной формирователь 5, преобразуется в нем в прямоугольные импульсы с периодом следованИя Т„, которые поступают в блок б управления. Первый же импульс, пришедший на вход счетчи- 5 ка 7 периодов с выхода входного фор мирователя 5 после окончания импульса

"Сброс", переполняет счетчик 7 периодов,.а импульс переполнения, возникший на выходе счетчика 7 периодов, 30. переводит счетный триггер 8 в единичное состояние. Триггер 8 находится в единичном состоянии до тех пор, пока счетчик 7 периодов не сосчитает m=10

В периодов измеряемого сигнала, последний из которых переключает триггер 8 в нуль. В итоге на единичном выходе триггера 8 формируется измерительный интервал Т = mT„, который открывает ключ 18 и пропускает в течение времени Т = 10 Т» высокочастотные импульсы

6 40 кварцевого генератора 12, следующие с частотой Й на входы делителя 13, 14 частоты с переменным коэффициентом деления, Функция преобразования делителя частоты с переменным коэффи.

45 циентом деления имеет следующий вид, k = k;2 двоичный код коэффициента деления; разрядные коэффициенты; число двоичных разрядов программного счетчика; число импульсон на выходе делителя частоты; интервал измерения;

k1 е (0 1) "вы»

Т

1Т

= Е— бы» о 2 "

Далее из заднего фронта импульса измерительного интервала T = mT запус .

Х кается одновибратор 9,. на выходе которого вырабатывается импульс "Пуск"

55 блока 11 температурной поправки.

Блок 11 представляет собой аналогоцифровой преобразователь типа ."Напряжение — временной интервал", реализо ванный на базе генератора пилообраз где f, — частота на выходе делителя; — частота кварцевого генератора; или в количестве импульсов

N -х. kdT + при Т))—

fy 1 вы» 2

Э о о — приращение переменной интегрирования (измерительного интервала).

Если частоту кварцевого генератора

Я, выбрать .равной 2 Гц, т.е. если выполнить условие f = 2 " Гц, то т

f-ых =k; N„=) kdT. Так как за вык время Т величина k„ = 2A не изменяет своего значения, на выходе делителя

13 получаем число импульсов, равное т т

N = ) 2dd2 = 2А )dT = 2АТ; .о о

Число N„= 2АТ добавляется к числу В, ранее записанному в двоичный счетчик 15, в результате чего к концу измерительного интервала Т в нем содержится число Я, равное

Н, =. N) + В = 2АТ + В.

Количество импульсов на выходе делителя 14 равно т

N = (2AT+B)dT= 2ATdT+ BdT=AT +BT. о о в

Число N с выхода делителя 14 через схему ИЛИ 20 поступает на вход счетчика

16 результата, где складывается с предварительно занесенным кодом коэффициента С. В итоге к концу измерительного интервала Т в счетчике результата реализуется квадратный трехчлен

N =N +C =АТ +BT+C х

1247770 ного напряжения, двух сравнивающих ции. Простота в эксплуатации прибора устройств и входного усилителя с пе-, достигается за счет охвата полного рестраиваемым коэффициентом передачи. диапазона изменения измеряемой велиПринцип работы блока 11 основан на . чины без неон.ходимости перенастройкн сравнении измеряемого постоянного констант преобразования, с помощью

5 напряжения U,,поступающего на вход которых в прибор вводятся данные о блока 11 от датчика температуры с нелинейности датчика. Кроме того, пилообразным напряжением и нулевым . результат измерения представляется напряжением при помощи двух сравнива- в абсолютном значении измеряемой

50 ющих устройств. При этом по очеред- величины. ности срабатывания сравнивающих устройств судят о .полярности измеряемого, Ф о р мула .из о б р е т е ни я напряжения Б1, а по длительности интервала времени Т5 между моментами

1. Цифровой измерительный прибор их срабатывания — о величине измеря- для частотных датчиков, содержащий, емого напряжения. Параметр калибров- последовательно соединенные формироки датчика температуры d учитывается ватель, вход которого является вхопри установке константы преобразова- дом для подключения частотного датния D = antlqd) с помощью кодовой чика, блок управления, первый ключ, шины 4, позволяющей перестраивать первый делитель частоты с переменным коэффициент передачи входного усили- коэффициентом деления, кодовые входы теля. Импульс, вырабатываемый блоком которого соединены с первой кодовой

11 длительностью Т после заполнения шиной, и двоичный счетчик, кодовые частотой f, „ преобразуется на выхо- входы которого связаны с второй коде ключа 19 в число импульсов, соот- довой шиной, последовательно соедиветствующее температурной поправке ненные блок температурной поправки, ° N<, которые после прохождения через вход которого является входом для схему ИЛИ 20 суммируются в счетчике подключения датчика температуры, 16 результата с результатом преды30 второй ключ элемент ИЛИ счетчик

Ф У дущего измерения, т.е. результата, кодовые входы которого соединены с третьей кодовой шиной, N t = N + N(= АТ + ВТ + С +LU а выходы — с входами индикатора, кварцевый генератор, выход которого

Полученный результат далее поступает соединен с вторыми входами первого для отображения на табло цифрового и второго ключей, причем второй вы35 индикатора 17, и цикл измерения за- ход блока управления соединен с канчивается. Следующий цикл измерения входом пуска блока температурной поначинается при появлении очередного, правки, а третий выход подключен

11 11 импульса Сброс вырабатываемого в к установочным входам первого и втоблоке 6 управления одновибратором 10> рого делителей частоты с переменным

40 который запускается от заднего Фронта коэффициентом деления, двоичного

1t 11 импульса Пуск счетчика, счетчика результата и блоЦифровой измерительный прибор ка температурной поправки, кодовые реализует выражение (1), что значи- входы которого соединены с четвертой тельно расширяет сферу применения

45 кодовой шиной, о т л и ч а ю щ и йприбора путем увеличения номенклату- с я тем, что, с целью расширения ры используемых частотных датчиков. Функциональных возможностей и упроЭто устраняет необходимость в раз- щения конструкции, в него дополниработке приборов, имеющих функции тельно введен второй делитель часто" преобразования, вытекающие как част- ты. с переменным коэффициентом деленые случаи из выражения (1) при по- ния, первый вход которого соединен очередном приравнивании нулю коэффи- с выходом первого ключа, кодовые циентов о . Ь, с . входы соединены в обратной последоВысокая точность прибора {погреш- .вательности с выходами разрядов дво" ность преобразования составляет не

55 ичного счетчика, а выход — с вторым более 0,02X) обеспечивается дискрет- входом элемента ИЛИ. ным принципом работы и ограничивается 2 ° Прибор по п. 1, о т л и ч а юразрядностью представления информа1 шийся тем,-что в нем блок управ1247770

1О

Составитель В. Новоселов

Редактор Н. Швыдкая Техред В.Кадар Корректор М. Демчик

Тираж 728

Заказ 4119/44

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. ления выполнен в виде счетчика периодов, вход которого является входом блока управления, счетного триггера и двух одновибраторов, при зтом выход счетчика периодов подключен к счетному входу триггера, единичный выход которого подключен к первому выходу блока управления и к входу первого одновибратора; выход которого связан с вторым выходом блока управ5 ления и входом: второго одновибра-! тора, подключенного выходом к установочным входам счетчика периодов, триггера итретьему выходублока управления.