Измерительный преобразователь с коррекцией характеристики

 

Изобретение относится к технике преобразования физических параметров в электрический сигнал. В преобразователе решена задача увеличения его температурной стабильности и расширения динамического диапазона при заданной погрешности от нелинейности характеристики. Для этого в измерительном преобразователе, содержащем информадионный и компенсационный датчики и два преобразователя выходных параметров датчиков в электрические сигналы, сумму выходных сигналов сравнивают с опорным сигналом. Но сигналу рассогласования формируют управляющий сигнал с помощью регулятора . Затем формируются сигналы, равные погрешностям и противоположные им по знаку, которые складываются с соответствующими выходными сигналами. При этом полученные суммы сигналов поддерживаются постоянными, а выходным сигналом преобразователя является сигнал рассогласования. Коррекция осуществляется подбором коэффициента передачи одного усилителя. Лпя линеаризации выходной характеристики преобразователя зависимость информационного сигнала от измеря1чмого параметра гиперболизуется. 4 шт. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИНЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

nwSUnn 144 59 д 11 4 G 05 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4162800/24-24, 4163706/24-24 (22) 16. 12.86 (46) 23. 12.88. Бюл. Р 47 (71) Тольяттинский политехнический институт (72) В.К. Шакурский (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К - 783566, кл. G 05 В 7/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 434329, кл. G 05 R 23/ 14, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 1429088, кп, G 05 1985. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С КОРРЕКЦИЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ (57) Изобретение относится к технике преобразования физических параметров в электрический сигнал. В преобразователе решена задача увеличения его температурной стабильности и расширения динамического диапазона при заданной погрешности от нелинейности характеристики. Для этого в измерительном преобразователе, содержащем информационный и компенсационный датчики и два преобразователя выходных параметров датчиков в электрические сигналы, сумму выходных сигналов сравнивают с опорным сигналом. По сигналу рассогласования формируют управляющий сигнал с помощью регулятора. Затем формируются сигналы, равные погрешностям и противоположные им по знаку, которые складываются с соответствующими выходными сигналами.

При этом полученные суммы сигналов поддерживаются постоянными, а выходным сигналом преобразователя является сигнал рассогласования, Коррекция осуществляется подбором коэффициента передачи одного усилителя, пля линеаризации выходной характеристики преобразователя зависимость информационного сигнала от измеряемого параметра гиперболизуется. 4 ип.

1446 >9<

Изобретение относится к измерительяой технике и может быть использовано для преобразования измеряемого физического параметра в электрический сигнал, 1(ель изобретения — повышение точности преобразователя за счет полной коррекции . погрешности и линеаризации характеристики преобразования и упрощение его настройки, На фиг, 1 иэоб>ра>кена структурная схема измерительного преобразователя с коррекцией характеристики; на фиг. 2 — зависимости изменения сигна- 15 лов в измерительном преобразователе от изменения контролируемого параметра; на фиг. 3 — зависимости изменения погрешностей сигналов от изменения контролируемого параметра; 20 на фиг. 4 — зависимости погрешностей сигналов при различной степени коррекции.

Измерительный преобразователь (фиг.1) содержит информационный дат в 25 чик 1, компенсационный датчик 2, первый и второй согласующие преобразователи 3 и 4, первый вычитатель 5, регистратор 6, второй вычитатель 7, сумматоры 8, задатчик 9 опорных сиг- 30 налов, регулятор 10, умножитель 11, третий и четвертый вычитатели 12 и

13, первый и второй блоки 14 и 15 настройки, умножители 16 и 17 и уси— литель 18.

Графики (фиг.2) содержат зависимость 19 У (Х) изменения сигнала на выходе первого согласующего преобразователя 3 от изменения параметра Х, зависимость 20 сигнала У на выходе 40 второго согласующего преобразователя

4, зависимость 21 У, (Х) изменения сигнала на выходе четвертого вычитателя 13 от изменения параметра Х, зависимости 22 и 23 соответственно

Y „„(Х) и У „(Х) изменения сигналов на выходах сумматоров 8 первого и второго блоков 14 и 15 настроики от изменения параметра Х, зависимость 24

У < (Х) изменения сигнала на выходе

50 первого вычитателя 5 от изменения параметра Х.

Графики (фиг.3) содержат зависимость 25.b,Y, (Х) изменения погрешности сигнала У, от изменения парамети 55 ра Х и значение 26 дУ погрешности сигнала У

Графики (фиг.4) содержат зависи.I лихости ? 7 и 28 соответственно Ь У» (Х) 1 и hY<„(X) изменения по| решностей сигналов на выходах сул1маторон 8 первого и второго блокс в 14 и 15 настройки от изменения параметра Х при неполнои коррекции (k a k

li Н

aY„„(X) и а У „(Х) изменения погрешностей тех же сигналов при

If

k y k ð .

Преобразователь работает следующим образом.

Изменение измеряемого, параметра Х с помощью информационного датчика и первого согласующего преобразователя 3 преобразуется в изменение сигнала Y,(Х) (фиг.2, зависимость 19) .

Компенсационный датчик 2 и второй согласующий преобразователь 4 вырабатывают сигнал 20 У, величина которого зависит от дестабилизирующего фактора (например., температуры) и не зависит от параметра X. С помощью умножителя 11 и третьего и четвертого вычитателей 12 и 13 линейная зависимость 19 Ув(Х) преобразуется в гиперболическую зависимость 22

Y,(Х) (фиг.2). Сигналы У,(Х) и У (Х) поступают на входы сумматоров 8 первого и второго блоков 14 и 15 настройки, сумма выходных сигналов У1 и У „ с помощью соответствующего регулирования поддерживается постоянной и равной значению первого выходного сигнала Y 1 задатчика 9 опорных сигналов У 1„ +Y< Ур, . ПРи этом Y<ц становится зависил1ым от Х. Это происходит следующим образом, Сигналы Y „H Y ñêëàäûâàþòñÿ в сумматоре 8 преобразователя, и сумма сравнивается с опорным сигналом

У,, во втором вычитателе 7. На выходе второго вычитателя 7 появляется сигнал рассогласования Yð, -Y<ä—

-Y<<, который в регуляторе 10 преобразуется в управляющий сигнал Z поступающий на вторые входы первого и второго блоков 14 и 15 настройки, и через усилитель 18 с коэффициен— том передачи k поступает на входы умножителей 16 и 17, где перемножается с сигналами Y1ä и Y<ц. Регулятор 10 может быть как статическим с максимальна большим коэффициентом усиления, так и астатическим, содержащим интегратор. В установившемся режиме получают следун»цн па>«нстн», 1446599

Ут Уо +(2+kYg)Yq (2) у, кУм 1 У н у You. У оъ (1+Ув) 1+У, /

О Y (Х) = el.

"B у, (x)1+о + P Х

A-ВХ

C+DX (6) 45 оу> Ус>

Формула изобретения

Измерительный преобразователь с коррекцией характеристики, содержащий информационный и компенсационный датчики, выходами подключенные к входам соответственно первого и второго согласующих преобразователей, первый вычитатель, выходом соединенный

55 ч 1н ф Я 1Н

2н 1Н ф 2Н

У1н Уун Yo

Выходным является разностный сигнал Yp(x)=Y@„(x)«Y)„ (X). Выражая из первых двух уравнений системы (1)

Z u приравнивая их, получают уравнение для У1

Считая, что У1н есть линейная функция от Х, Y„„= о - (Х) (фиг.2, зависимость 22), получают ((у,-у„+, (г+ д Д -р(г+1 у,) х 1+КУ., -

А-ВХ

C+DX" (3) Из (3) следует, что выходные характеристики преобразователя линейные, если У1(Х) гиперболическая функция.

Выражают У,(Х) через Ув(Х) с учетом операций в умножителе 11 и в третьем и в четвертом вычитателях 12 и 13

+ P X > (5)

Уо Yоg (1+ot. ) Р Y„X

Таким образом, на выходе четвертого вычитателя 13 получается необходимая гиперболическая зависимость У, (Х)

В уравнениях (1) h Y u h Y можно представить в виде суммы

gY, =gYI+bY, =bo+ f Y, (7) а Y =bY +bY =А,+ Y

I де hY, = У н -Y1

bY = Y -Y â€, справедливы для

7 1Н 1 нормальных условий работы преобразователя;

hY ийУ вЂ” приращения сигналов п ц ! г.

Y u Y из-за дейстz. вия дестабилизирующих факторов (например, температуры) .

Сравнивая (7) и (8) с уравнениями (1), получают, что для полной коррекции нау1о, чтобы 1с = ) при этом в установившемся режиме

Таким образом, для полйой коррекции погрешностей сигналов У< и Ч необходимо правильно подобрать значение коэффициента передачи усилителя

18, а для линеаризации выходных зависимостей У1н(Х), У „(Х), Yp(x) надо из условии равенства А, В, С, D в выражениях (3) и (6) подобрать значения Y и Уоэ. На фиг.4 показано, как изменяются зависимости ЪУ Н (Х)

У1„(Х)1, Ъ„(Х) < и bY (Х)

=У„„(Х)„, -У н(Х ) при различных значениях k. При этом погрешности меняют знак, а ири k погрешности равны нулю.

В измерительном преобразователе с коррекцией характеристики используется индуктивный датчик перемещений и индуктивный компенсационный датчик. Изменение индуктивностей датчиков преобразуется в изменение амплитуды электрическоro сигнала. В качестве сумматоров, вычитателей, усилителя и регулятора используются операционные усилители.

Таким образом, предлагаемый измерительный преобразователь по сравнению с известным является универсальным, а в качестве компенсацион1 ного датчика может быть использован и датчик измерения дестабилизирующего фактора (например, температуры) при соответствующем подборе чувствительности. Увеличение точности преобразования измеряемого параметра в электрический сигнал и расширение линейного диапазона позволяет упростить требования к датчикам, уменьшить их номенклатуру. Упрощается технология настройки измери-тельного преобразователя, которая сводится к подбору параметра k усилителя и выбору опорных сигналов Уо,, 144á5

20 с входом регистратора, а первым и вторым входами — с первым и с вторым входами первого сумматора, выходом подключенного к первому входу второго вычитателя, вторым входом соединенного с первым выходом задатчика опорных сигналов, а выходом — с вхо— дом регулятора, выходом подключенного к первым входам первого и второго блоков настройки, о т.л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в нем дополнительно установлены усилитель, третий и четвертый вычитатели и умножитель, первым входом соединенный с выходом первого согласующего преобразователя, вторым входом - с выходом третьего вычитателя и с первым входом четвертого вычитателя, 99 6 а выходом — с первым входом третьего вычитателя, вторым входом подключенного к второму выходу задатчика опорных сигналов, третьим выходом соединенного с вторым входом четвертого вычитателя, выходом подключенного к второму входу первого блока настройки, третьим входом соединенного с выходом усилителя, а четвертым входом - с собственным выходом и с первым входом первого вычитателя, второй вход второго блока настройки подключен к выходу второго согласующего преобразователя, третий вход — к выходу усилителя, а четвертый вход — к собственному входу и к второму входу первого вычитателя,,вход усилителя соединен с выходом регулятора.

1 i 1(1

Ф г Г

Фиг. Я

Тираж 866 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам ив >бретений и открытий

I!3035, Москва, 6-35, 1 аушская наб., д. «/>

Заказ 6745/52

Ifp«»> «в«>дственн»-но:итрафическое предприятие, г. Уж) р

Составитель Г.Нефедов»

Редактор Н.Рогулич Техред M.Õoäàíè÷ Корректор В. Бу гя а