Устройство для контроля параметров

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при контроле сложного радиотехнического оборудования. Цель изобретения - сокращение времени калибровки. Устройство содержит аналого-цифровые преобразователи 5, первый 2 и второй 11 коммутаторы, первый 8, второй 7 и третий 13 блоки памяти, датчик температуры 4, преобразователь температуры в цифровой код, первый вычислитель 10, блоки сравнения 12, регистрации 14 и управления 15, второй вычислитель 9,- содержащий коммутаторы , регистры, блоки вычитания, деления, умножения, суммирования и местного управления, что позволяет без ухудшения качества контроля работать с сокращенным количеством калибровочных точек за счет использования участков линейно-кусочной аппроксимации . 4 ил. $ сл Пуех ecmOHcf ipuiJ со о: со сл о to

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„339502 А1 (50 4 G 0 В 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2П

Пу л йттаЮ фиа1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4005570/24-24 (22) 06 ° 01.86 (46) 23.09.87. Вюл. ¹ 35 (72) Ю.Н.Максимов и И.И.Ряснянский (53) 684.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 746559, кл. С 06 F 15/46, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1 190364, кл . С 05 В 23/02., 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при контроле сложного радиотехнического оборудования.

Цель изобретения — сокращение времени калибровки. Устройство содержит аналого-цифровые преобразователи 5, первый 2 и второй 11 коммутаторы, первый

8, второй 7 и третий 13 блоки памяти, датчик температуры 4, преобразователь температуры в цифровой код, первый вычислитель t0 блоки сравнения 12, регистрации 14 и управления 15, второй вычислитель 9, содержащий коммутаторы, регистры, блоки вычитания, деления, умножения, суммирования и местного управления, что позволяет без ухудшения качества контроля работать с сокращенным количеством калибровочных точек за счет использования участков линейно-кусочной аппроЩ ксимации. 4 ил. !

1 1339502 2

Изобретение относится к автоматик» и вычислительной технике и может быть использовано, в частно сти, при конт— роле сложного радиоэлектронного обоl рудования как в процессе его производства, так и при его эксплуатации.

Цель изобретения — сокращение времени калибровки устройства, На фиг.1 показана схема устройства 10 для контроля параметров; на фиг.2 схема второго вычислителя; на фиг.3 схема блока управления, на фиг.4 участок линейно-аппроксимированной характеристики преобразователя. 15

Устройство для контроля параметров объекта 1 контроля (ОК) содержит первый коммутатор 2, источник 3 калиброванных сигналов, датчик 4 температу— ры (окружающей среды), аналого-цифро- 20 вые преобразователи 5, преобразователь 6 температуры в цифровой код, второй блок 7 памяти (блок хранения цифровых эквивалентов температуры и аналоговых эталонов, первый блок 8 памяти, второй вычислитель 9, первый вычислитель 10, второй коммутатор 11, блок 12 сравнения с уставками, третий ,блок 13 памяти, блок 14 регистрации, блок 15 управления, линии 16-22 связи. 00

Вычислитель 9 (фиг.2) содержит с первого по пятый коммутаторы 23-27, блок 28 вычитания, с первого по пятый регистры 29-33, блок 34 деления, блок 35 умножения, блок 36 суммирования, блок 37 местного управления (блок микропрограммного управления) .

Блок 15 управления (фиг.3) содержит генератор 38 опорной частоты, ключ 39, первый счетчик 40, блок 41 40 хранения программ, регистр 42 команд, первый дешифратор 43, второй дешифратор 44, блок 45 задержки, второй счетчик 46, первый элемент ИЛИ 47, коммутатор 48, второй элемент ИЛИ 49 и регистр 50.

Калибровка каждого измерительного канала проводится с помощью блока аналоговых эталонов во всем заданном диапазоне рабочих температур.

Процесс калибровки при этом осуществляется при конкретной температуре на этапах настройки и регламентных перепроверок (поверок). В процессе калибровки для каждого значения тем55 пературы запоминаются результаты пре— образования калибруемым преобразователем аналоговых талонных величин в двух точках диапазона измерения. Причем приращение т»мп»ратуры должно быть достаточно малым для обеспечения малой нескомпенсированной температурной погрешности (определяется дискретностью преобразователя температуры), т.е. число значений температуры, при которой проводится калибровка, большое.

В процессе эксплуатации посредством датчика и преобразователя температуры определяется воздействующая в данный момент на аппаратуре темпера— тура окружающей среды. Для этого значения температуры из памяти выбираются результаты преобразования эталонов, полученные на этапе калибровки, и затем вычислительный блок определяет измеренные величины в и ) где X — цифровой эквивалент измеряемой величины с учетом температурной поправки;

Х, Х, — значения цифровых эквивалентов нижнего и верхнего эталонов у„н,у, -результаты преобразования

АЦП соответственно нижнего и верхнего эталонов

Y — цифровой код (после АЦП) измеряемой величины.

Известное устройство позволяет скомпенсировать температурную погрешность измерения, однако характеризуется большими затратами времени на первоначальную калибровку системы и перекалибровку ее в эксплуатации, а также большим объемом памяти для долговременного хранения результатов калибровки.

Большие затраты времени определя ются в основном временем установления внутри аппаратуры заданного значения температуры и количеством температурных точек в диапазоне рабочих температур.

Общее технологическое время проведения калибровки во всем диапазоне температур определяется формулой

Т = . (" + 1), (2) где " — время установления внутри аппаратуры заданного значения температуры, отличающееся от предыдущего, t !Л К С И ."1 а I I 1! с! !! 11 М И Н ИМ Л l! !з Н а Я те!!!1ер lтура ксплуатации соОТ!1С ТС TBE. .HHO 3

5 аЬ вЂ” цена единицы младшего разряда преобразователя температуры.

Например, при 7 = 1 мин, нологическое время проведения калибровки Т составит 8,3 ч. Большой объем памяти для долговременного хранения результатов калибровки определяется также тем, что для каждого значения температуры во всем диапазоне рабочих . температур необходимо для каждого диапазона каждого преобразователя хра— нить два значения. Число этих значений, подлежащих хранению, может быть рассчитано по формуле 2ч

П1

И = г("""-" "— -""- + 1)Е 1,, (3)

Bt

1=1 где m — число преобразователей, 1; — число диапазонов в i-м преоб25 разователе.

Например, при m - =1; = 5; число значений, подлежащих хранению, составит 25000.

Реальная характеристика любого аналого †цифрово преобразователя в зависимости от температуры в ограниченном интервале температур с достаточной для практики точностью может быть аппроксимирована прямой линией. 35

Количество участков характеристики, аппроксимированных прямыми линиями, и их границы на температурной оси определяются экспериментально в соответствии с требуемой точностью на ос в 4О нове изготовления опытного образца.

В частном случае характеристика может быть аппроксимирована одной прямой во всем диапазоне рабочих температур. При кусочно-линейной аппрок- 45 симации характеристики значение выходной величины преобразователя для любой температуры t может быть определено по следующей формуле, если известно значение этой величины и значение температуры в граничных точках линейных участков (фиг.4): у = у,, + " 1-(Š— t:. ). (4)

Тогда при калибровке преобразователя достаточно воспроизвести температуры, соответствующие граничным точкам линейных участков, и запомнить!

1! 1 Г l!ИЯ ТЕ ttl! Е РЛ l, Pl l И В! !ХА j!11Ь1Х RE!111 ч1иl соот13етствующих этим точкам, В эксплуатации по известной температуре и запомненным значениям температуры и выходных величин при ка— либровке определяют в соответствии с формулой (4) значения У,„ и У, Затем, испо1!ьзуя найденные значения

У „ и Ущ, учитывают температурную погрешность преобразователя по формуле (1) .

Нередко для компенсации не только температурной погрешности, но и погрешности за счет влажности, старения элементов и т.п. в состав аппаратуры вводят источник калиброванных сигналов. В этом случае калибровку преобразователей проводят непосредственно перед их использованием в одной точке, соответствующеи условиям эксплуатации.

Для компенсации температурной погрешности самого источника калибро» ванных сигналов он должен быть предварительно откалиброван, если не помещен в термостат. Калибровка проводится на этапе настройки аппаратуры или в период проведения регламентных работ.

Для характеристики источника справедливы те же рассуждения, что и для преобразователя (с точки зрения аппроксимации характеристики). Следовательно, имея в эксплуатации данные о температуре окружающей среды и необходимые данные, полученные при его калибровке, можно в соответствии с формулой (4) определить значения источника Х,„ и Х„, необходимые для компенсации температурной погрешности преобразователя в соответствии с формулой (1).

Устройство работает следующим образом.

На этапе настройки аппаратуры на заводе †изготовите или в эксплуатации в период проведения регламентных работ аппаратуру устанавливают в испытательную камеру, в которой может быть воспроизведена необходимая температура, предусмотренная заданными условиями эксплуатации. Затем устанавливают (выбирают органами управления) в блок 15 программу калибровки измерительных каналов. С помощью органов управления подают на блок 15 команду Пуск, и устройство переходит к исполнению выбранной программы.

1 3 19502

При этом для линейно-аппроксимированной характеристики устанавливаются только те значения температуры, которые соответствуют граничным точкам линейных участков характеристики.

По команде с блока 15 преобразов»тель 6 преобразует сигнал с датчика 4

1 в цифровой код t„, который по команде с блока 15 записывается в блок 7.

Далее в соответствии с выбранной программой по команде с блока 15 коммутатор 2 подключает на вход подлежащего калибровке преобразователя 5 с блока 3 аналоговое значенив напря- 15 жения Х,„, соответствующее нижней границе диапазона. Затем блок 15 последовательно подает команды на запуск преобразователя 5 и запись результатов преобразования Уэн в блок 8.

Аналогичным образом проводится подключение Х, соответствующих верхней

98 границе диапазона, преобразование и запись в блок 8 цифрового кода У„., Процесс повторяется для всех требуе- 25 мых значений температуры в заданном диапазоне рабочих температур °

После проведения калибровки выбранного диапазона преобразователя в блок

7 вручную или автоматизированным спо- 30 собом заносят цифровые значения нижнего X „ и верхнего Х,8 эталонов. Затем переходят к калибровке следующего диапазона преобразователя.

В эксплуатации при контроле пара35 метров для учета температурной погрешности преобразователя в соответствии с формулой (1) необходимо предварительно вычислить значения У „, ЭИ

У,8 для температуры эксплуатации в 0 соответствии с формулой (4).

По команде с блока 15 преобразователь 6 преобразует температуру окружающей среды в цифровой эквивалент температуры t. После этого блок 15 45 выдает команду на вычислитель 9, в соответствии с которой блок 37 последовательно выдает микрокоманды на коммутатор 23, команду обнуления и команду суммирования на блок 28, в результате чего t суммируется с "0", хранящимся во внутреннем регистре блока 28. Затем из блока 7 через коммутатор 23 считывается значение

1 по команде блока 15 после подачи команды вычитания на блок 37, в соответствии с которой блок 37 выдает микрокоманды на выполнение операции выитания на б.пок 28, в результате чего

130 внутрен и и ре I и<-т1эе блока . 8 I I Iâ полненного по с хеме накапливающего сумматора, хранится разность

При этом, если разност положительная, то с блока 28 на блок 15 управления поступает 0 и блок 15 выдает на блок 3/ команду, в соответствии с которой результат из блока 28 переписывается в регистр 29. Затем весь процесс повторяется, с той лишь разницей, что из блока 7 считывается t и вы2 числяется результат t-t . И так до

2 тех пор, пока разность t — t;,„ не станет отрицательной. В этом случае с блока 28 вычитания в блок 15 управления поступает сигнал "1" и запись в регистр 29 не происходит.

Таким образом, в регистре 29 оказывается разность t — t., полученная от предыдущего вычисления, Затем по командам с блока 15 происходит последовательное считывание величин t;,„ и из блока 7 через коммутатор 23 и

1 вычисление разности t t которая записывается в регистр 31 (в соответствии с микрокомандами с блока 37).

Затем по командам с блока 15 происходит последовательное считывание величин У,„ . и У н . из блока 8 и

1Ф 1 н вычисление разности У Эн 1.. — Уэн,, 1 ФЭ Э которая записывается в регистр 30 (аналогично предыдущему).

Далее блок 15 подает на блок 37 команду на проведение деления. При этом блок 37 формирует необходимые управляющие импульсы (микрокоманды) для обеспечения передачи информации регистров 30 и 31 в блок 34 и проведения операции деления. В результате в выходном регистре блока 34 оказывается записанной величина

УЭН 4 i 1 1 Эн1i

Затем. блок 15 подает на блок 37 местного управления команду на реализацию умножения, по которой производится ум— ножение величин, храняющихся в блоке

34 и регистре 29. По этой команде блок 37 местного управления формирует необходимые микрокоманды на регистр

29, блок 34 деления и блок 35 умножения, в результате чего в выходном регистре блока 35 оказывается записано значение величины

11 <9502

11!!слс этого по команде с блока 15 заносится во внутренний регистр блока 36 суммирования величина У.„1 че— рез коммутатор 25 из блока 8, после !! чего блок 15 подает на блок 37 коман— ду суммиров ан ия содержимого блока 36 с результатом вычисления, хранящимся в блоке 35. Блок 37 формирует необходимый набор микрокоманд, в результате 1О чего на выходе блока 36 оказывается записанным результат

У у(YQHty1YyH

> t. ! !

141 1

Затем блок 15 подает на блок 37 1б команду перезаписи результата, хранящегося в блоке 36, в регистр 32. Таким образом в регистре 32 оказывается записанной величина У,„, Аналогичным образом проводится вы- 2д числение величины Уэ< которая записывается в регистр 33. После этого блок 15 выдает в блок 37 команду, в соответствии с которой последний формирует команды на коммутатор 27, обе- 25 спечивая при чтении прохождение информации Х,H или Х из блока 7 в вычислитель 10 и на коммутатор 26, обеспечивая при чтении прохождение информации У,„ из регистра 32 или У>> ЗO из регистра 33 в вычислитель 10, обеспечивает учет температурной погрешности в соответствии с формулой (1).

Его работа аналогична описанной для известного устройства. Отличие заключается в том, что считывание Х, и Х из блока 7 (блок хранения цифЭн ровых эквивалентов эталонов) осуществляется через вычислитель 9.

Считывание У и Уэн производится 40 также из вычислителя 9. Результатом работы этого вычислителя является вычисление величины Х в соответствии с формулой (1). Далее величина Х (так же, как и в известном устройстве) 4> подается на блок 12, где сравнивается с величиной соответствующей установки с блока 13, и по результатам сравнения в блоке 14 регистрируется соответствующая информация о состоянии объекта контроля по данному параметру.

При наличии в составе аппаратуры источника калиброванных сигналов работа устройства несколько отличается от изложенной выше. На этапе настройки или при проведении регламентных работ проводится калибровка (снятие зависимости выходных напряжений источника калиброванных сигналов от температуры) . Следует отметить, что реальная зависимость источника калиброванных сигналов от температуры по аналогии с характеристикой преобразователя, а в ограниченном интервале температур с достаточной для практики точностью может быть аппроксимирована прямой линией. При этом все рассуждения, касающиеся характеристики преобразователя, справедливы и для ис— точника калиброванных сигналов, т.е. в эксплуатации по известной температуре t и запомненным значениям тем- . пературы и соответствующим им выходным величинам, полученным при калибровке, определяют в соответствии с фоРмУлой (4) значениЯ Х qH è Хз .

При калибровке источника калиб— рованных сигналов в отличие от калибровки преобразователя в блок 15 устанавливают программу снятия зависимости выходных напряжений источника калиброванных сигналов от температуры.

Подключают калибруемый нижний сигнал к образцовому измерителю и измеряют.

Показания образцового измерителя

Х „1 вручную или автоматизированным

3H способом заносятся в блок 7 для хранения цифровых эквивалентов (на фиг.1 эта операция показана пунктиром). Аналогичным образом производится подключение, измерение и занесение цифровых эквивалентов верхнего калиброванного сигнала Х . И так для всех значений температуры, соответствующих граничным точкам линейных участков характеристики эталона. Занесение информации в блок 7 аналогично процессу при калибровке преобразователя.

В эксплуатации перед использованием преобразователя производится его калибровка с помощью калиброванных сигналов. Процесс калибровки аналогичен описанному процессу калибровки преобразователя с той лишь разницей, что проводится он для значения температуры, которая существует на мо» мент работы с преобразователем. В результате калибровки в блоке 8 оказы-. ваются записанными значения У „ и У для температуры эксплуатации.

Для компенсации температурной погрешности в соответствии с формулой (I) необходимо предварительно вычислить значения Х „ и Х,ь в соответст-41 вии с формулой (4).

Процесс вычисления Х,„ и Х, аналогичен процессу вычисления У,„ и

13 19502

) ()kirk(а иному pß ll(. (> C TOH JIHkkl h разницей, (то вместо считывания ве— личин У „,1 и У,н из блока 8 считываются величинь! Х,„, . и Х „ из

1.1 1 блока 7 и соответственно вычисляется разность Х,„ . — Х „! . Кроме того, 141 1 вместо величины У,„,, считываемой

1 из блока 8, считывается величина

Х „1 из блока 7.

Таким образом, в результате работы вычислителя 9 величина Х „ оказывается записанной в регистре 32, а Х „ в регистре 33 вычислителя 9.

Работа первого вычислителя 10 аналогична описанной ранее, с той ли!иь разг(ицей, что информация Х.,„ и Х,< считывается не из блока 7, а из регистров 32 и .33 вычислителя 9, а информация У„, и У„, считывается не из регистров 32 и 33 вычислителя 9, а из блока 8 через вычислитель 9.

Работа блока 15 управления (фиг.3) аналогична работе этого блока, описанной для известного устройства. Отличие заключается в том, что элемент

ИЛИ 49 и регистр 50 позволяют изменить состояние счетчика (шага программы) 46 при поступлении "1" на регистр 50 с вычислителя 9, тем самым обеспечив условный переход в программе. Установка в исходное состояние регистра 50 происходит по сигналу с дешифратора 43. формула изобретения

Устройство для контроля параметров, с.одержащее первый и второй блоки памяти, аналого-цифровые преобразователи, соединенные информационными входами с выходами первого коммутатора, а выходами — с соответствующими информационными входами второго коммутатора и с информационным входом первого блока памяти, первая группа информационных входов первого коммутатора является входами устройства для подключения к объекту контроля, вторая группа информационных входов подключена к выходам источника калиброванных сигналов, выход второго коммутатора соединен с первым информационным входом первого вычислителя, выходы третьего блока памяти подключены к первой группе информационных входов б:rîêà сравнения, вторая группа информационных входов которого соединена (!(,(х(1;(ом !(ервого вычислителя, а вы—

55 х (э — !i, (i !i i!! (:, !I!i ьi:, < i< !,) j> ((I р .i—

ll!l((1 I ы <) l !(! ii I I I((! I (1! I (( дипел с 1(! ((1>(пн! I!!! l(! (!! ь ! ilk:(i!r < >!1 !1p (об— разователя темп(раз у; (! в цифро! (и код, выходы блока упраJRik(ния сосrr((((е—

Hbl с управляющими входами аналог(1 цифровых преобразователей, первого и второго коммутаторов, первого Второ го и третьего блоков памяти, первого вычислителя, блока сравнения и бло— ка регистрации, входы (1уск и "Останов" блока сравнения являются одно— именными входами устройства, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени калибровки устройства, в него введен второй вычислитель, содержащий (-. первого по пятый коммутаторы, с первого по пятый регистры, блок вычитания, блок деления, блок умножения, блок суммирования и блок местного управления, первая группа выходов которого соединена с первыми управляющими входами регистров с первого по пятый, с первого по пятый коммутаторов, блока суммирования, блока деления и блока вычитания, вторые управляющие входы которых подключены к второй группе выходов блока местного управления, один из выходов первой группы блока местного управления соединен с управляющим входом блока умножения, один из выходов блока управления соединен с входом запуска блока местного управле-. ния, выходы первого блока памяти соединены с первыми информационными входами с первого по четвертый коммутаторов второго вычислителя, выходы второго блока памяти соединены с вторыми информационными входами с первого по четвертый коммутаторов второго вычислителя и с первым информационным входом пятого коммутатора второго вычислителя, выход преобразователя температуры в цифровой код соединен с информационным входом второго блока памяти и с третьим информационным входом первогс коммутатора второго вычислителя, информационные выходы четвертого и пятого коммутаторов второго вычислителя подключены к второму и третьему информационным входам первого вычислителя, выход знака блока вычитания подключен к запускающему входу блока управ;(ения, выходы первого и второго коммутаторов второго вычислителя, соответственно соединены с входами уме((ьшаемого и вычитаемого

1339502

12 блока вычитания, выходы которого под- BEòñòâóþùèõ слагаемых блока суммироключены к информационным входам с вания, выходы которого подключены к первого по третий регистров, выходы информационным входам четвертого и которых соответственно соединены с, пятого регистров, выходы четвертого входом первого сомножителя блока ум- регистра соединены с первым и инфорножения, с выходами делимого и дели- мационными входами четвертого и пятотеля блока деления, выход которого го коммутаторов второго вычислиподключен к входу второго сомножителя теля, выходы пятого регистра б лока умножения, выход которого и вы- 1п подключены к вторым информационным ход третьего коммутатора второго вы- входам четвертого и пятого регист— числителя подсоединенык входам соот- ров.

1339502

4!

9(Уц

Составитель И.Алексеев

Техред М.Ходанич

Корректор А.Тяско

Редактор В.Петраш

Заказ 4218!36

Тираж 863

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4