Устройство для измерения параметров частотных датчиков

 

Изобретение может быть использовано для измерения параметров частотных датчиков и в системах автоматического регулирования параметров. Устройство для измерения параметров частотных датчиков содержит первый и второй счетчики 15, 16 импульсов и генератор 14 тактовых импульсов . Введение частотных датчиков 1, преобразователей 2 частота-код, блока 3 деления кодов, блоков 4, 5. 6 умножения, сумматора 7 чисел, блоков 8, 9, 10, 11 памяти коммутаторов 12, 13. триггера 17, переключателя 18 и регистров 19 и позволяет расширить функциональные возможности и точность устройства . 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

Ql

Ql 4 (21) 4745472/21 (22) 03.10.89 (46) 15.01,92. Бюл. ¹ 2 (72) B.Ì.Hoÿíoâ, В.И.Черных и В.Г,Леонов (53) 621.317(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1434260, кл. G 01 F 1/00, 1986, Авторское свидетельство СССР № 1247770, кл. G 01 R 23/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение может быть использовано. Ж» 1705757 А1 для измерения параметров частотных датчиков и в системах автоматического регулирования параметров, Устройство для измерения параметров частотных датчиков содержит первый и второй счетчики 15, 16 импульсов и генератор 14 тактовых импульсов. Введение частотных датчиков 1, преобразователей 2 частота-код, блока 3 деления кодов, блоков 4, 5. 6 умножения, сумматора

7 чисел, блоков 8, 9, 10, 11 памяти коммутаторов 12, 13, триггера 17, переключателя 18 и регистров 19 и позволяет расширить функциональные возможности и точность устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил, 1705757

Изобретение относится к информационно-измерительным системам и может быть использовано для измерения давления, объемного расхода жидкостей и газов, угловой скорости, а также других параметров, преобразуемых первичными пре. образователями в частотно-импульсную форму.

Цель изобретения — повышение точности устройства и расширение его функционал ьных возможностей.

На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема устройства; на фиг. 2— схема преобразователя частота-код; на фиг.

3 — диаграммы следования измерительных и эталонных импульсов, поясняющие принцип его действия.

Устройство содержит частотные датчики 1-1...1-п, преобразователи 2-1...2-п частота-код, блок 3 деления кодов, первыйтретий блоки 4-6 умножения чисел, сумматор 7 чисел, первый-четвертый блоки 8-11 памяти, первый и второй коммутаторы 12 и

13, генератор 14 тактовых импульсов, первый и второй счетчики 15 и 16 импульсов, триггер 17, переключатель 18 и регистры

19-1...19-п.

Выходы частотных датчиков 1-1...1-п соединены с первыми входами соответствующих преобразователей 2-1„.2-п частота-код, первые информационные выходы которых объединены на первых входах блока 3 деления кодов, а их вторые информационные выходы — на вторых входах этого блока 3 деления кодов соответственно, выходы которого через первый блок 4 умножения чисел подключены к первым и вторым информационным входам второго и к первым информационным входам третьего блоков 5 и 6 умножения чисел, выходы которых соединены с первыми и вторыми информационными входами сумматора 7 чисел соответственно, выходная шина которого соединена с входными шинами регистров

19-1...19-п, входы записи которых соединены с соответствующими выходами разрядов второго коммутатора 13, входная шина которого соединена с выходной шиной второго счетчика 16, входными шинами первого-четвертого блоков 8-11 памяти и входной шиной первого коммутатора 12, управляющий вход которого соединен со входом управления блока 3 деления и выходом переключателя 18, а 1-и-выходы — со вторыми входами соответствующих преобразователей 2-1...2-п частота-код, синхронизирующив выходы которых соединены со вторым входом триггера 17. выход которого соединен с управляющим входом переключателя 18, выход генератора 14 тактовых

55 импульсов соединен с суммирующим входом первого счетчика 15 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами переключателя

18, второй-четвертый — с управляющими входами соответственно первого-третьего блоков 4-6 умножения, а пятый — со входом управления сумматора 7, первый вход которого соединен с выходной шиной четвертого блока 11 памяти, выход второго блока памяти соединен со вторым входом первого блока 4 умножения, выход переполнения первого счетчика 15 соединен с первым входом триггера 17, входом обнуления первого счетчика 15 и суммирующим входом второго счетчика 16, выход переполнения которого соединен со входом обнуления.

Каждый из преобразователей 2-1-2-и содержит формирователь 20 импульсов, счетчик 21 импульсов измеряемой частоты, основной и дополнительный счетчики 22 и

23 импульсов эталонной частоты, элементы

И 24 и 25, триггеры 26 и 27, генератор 28 эталонной частоты, переключатель 29, элементы 30 и 31 задержки, регистры 32 и 33, блок 34 элементов совпадения, блоки 35 и

36 памяти и коммутатор 37.

Вход преобразователя через формирователь 20 импульсов соединен с суммирующим входом счетчика 21 импульсов измеряемой частоты и первым входом элемента И 24, второй вход которого соединен с выходом триггера 27, а выход — с первым входом первого триггера 26 и через первый элемент задержки 30 — с входами записи регистров 32 и 33 с первым входом второго элемента И 25 и входом второго элемента 31 задержки, выход которого соединен со входом обнуления счетчика 21 импульсов измеряемой частоты, с входом начальной установки счетчика 22 импульсов эталонной частоты и первым входом второго триггера

27, выходы генератора 28 эталонной частоты через соединенные последовательно коммутатор 37 и переключатель 29 соединен с суммирующим входом счетчика 22 импульсов эталонной частоты и с вычитающим входом дополнительного счетчика 23 импульсов, выход заема которого соединен со входом начальной установки этого счетчика

23 и cо вторым входом первого триггера 26, выходом соединенным с управляющим входом переключателя 29, информационные выходы счетчика 21 импульсов измеряемой частоты через первый регистр 32 соединены с первыми информационными выходами преобразователя, информационные выходы счетчика 22 импульсов эталонной частоты соединены с первыми входами блока 34 элементов совпадения и через второй ре1705757 гистр 33 — со вторыми информационными выходами преобразователя, выходы первого блока 35 памяти соединены с информационными входами счетчика 22 импульсов эталонной частоты и дополнительного счетчика 23 импульсов, выходы второго блока 36 памяти соединены со вторыми входами блока 34 элементов совпадения, выход которого соединен со вторым входом второго триггера 27, а выход управления чтением преобразователя соединен с входами чтения регистров 32 и 33 и вторым входом второго элемента И 25, выход которого является синхронизирующим выходом преобразователя.

Датчик 1-1 предназначен, например, для измерения давления Рь Его характеристика, записываемая в общем случае полиномом 2-ой степени:

Pi Agfxi + Alfxt + Ao, (1) где PI — текущие значения измеряемого параметра;

Аг, Al, Ao — коэффициенты полинома, аппроксимирущие характеристику частотНОГО датчика.

Второй канал предназначен, например, для измерения объемного расхода жидкости.

Qi = Вг х + Blfxl + Во, (2) г где Qi — текущие значения объемного расхода:

fxi — частота измерительного сигнала, формируемая на выходе ТПР 1-2 (измеряется в пределах от 30 до 500 Гц);

Вг, В1, Bo — коэффициенты, аппроксимирующие проливочную характеристику датчика 1-2.

Последний измерительный канал предназначен, например, для контроля величины оборотов электропривода и снабжен импульсным датчиком 1-п скорости с числом вставок, равным Z, При использовании устройства в системах отображения информации выходы регистров 19-1...19-п подключаются к входам блока индикации, а в других вариантах его применения, например, в системах автоматического регулирования — к входам соответствующих элементов обработки измерительной информации.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно осуществляют настройку его схемных элементов на режим работы, обеспечивающий наименьшую погрешность преобразования измерительных сигналов в код, исходя из выбранной емкости счетчиков 21, 22 и ожидаемого диапазона формируемых частот fx(1.„n), Для этого устанавливают длительности tx(1...п) изме5 рительных циклов для каждого из измерительных каналов, За время tx счетчики 22 преобразователей 2-1...2-п должны быть максимально заполнены импульсами эталонной частоты f>, 10 т.е.

4(i...n) tx(l...n) (2ч — 1) (3) где qi - 16 — число разрядов счетчика 22

15 импульсов.

С другой стороны за этот же временной интервал tx в счетчик 21 должно быть считано не более (2 чг — 1 ) импульсов входно20 го сигнала fx(1...ï), т.е.

tx (l...n ) fs(1...0) (2 — 1 ), (4) где щ - 8 — число разрядов счетчика 21

25 импульсов;

Ц1...n) — максимальное значение измеряемой частоты.

Из соотношения (4) получают

2 — 1

tx(1...n) ), (5) а соотношение (3) принимает вид

2 — 1 я1 з(1...n) (а(2 ч — 1). (6) откуда

2 ql — 1

4(1...n) fx(l...n) (7)

2Яг — 1

Для 1-го измерительного канала fxlvsxc

- 8 кГц и расчетное значение эталонной частоты, полученное из соотношения (7), будет равно 2,048 мГц. Из ряда фиксированных частот, формируемых генератором 28, выбирают f>i 2,0 мГц и устанавливают коммутатор 37 преобразователя 2-1 в положении "7".

Расчетная длительность t» цикла измерений для 1-го канала согласно уравнению (3) равна

2 16

t» S =0,032 с

2 106

1705757

50

За этот интервал времени генератор 28 фоРмиРУет йц1 импУльсов эталонной частоты F1:

Nö1- 2 10 0,032 = 64000 имп.

Кодовое значение числа йц1 записывают в блок 36 памяти преобразователя 2-1.

Для 2-го измерительного канала х2

- 500 Гц и расчетное значение эталонной частоты равно 128 кГц. Выбирают f>z - 125 кГц и устанавливают коммутатор 37 преобразователя 2-2 в положение "3".

Расчетная длительность т 2 измерительного цикла для этого канала ха M «0,524 с

125 10

ПРинимают т>а Равным 0,4 с, Тогда йц2

125 10 0,4 - 50000 имп, Кодовое значение числа Мц2 записывают в блок 36 памяти преобразователя 2-2.

Настройка преобразователя 2-п при числе вставок Z импульсного датчика 1-и скорости, равном, например, шести 1хпмакс

- 600 Гц(, аналогична преобразователю 2-2, т.е. fan - 125 кГц; тхп = 0.4 с; Nqn = 50 тыс. импульсов.

В блоки 35 памяти преобразователей

2-1...2-п записывают коды и (1...п), считывание которых импульсами эталонной частоты

f (1...п) производится за время, несколько большее суммарного времени настройки элементов 30 и 31 задержки и переключения счетчиков 22 в начальное состояние.

В блок 8 памяти считывают значения выбранных частот 41. fez. 4v и т.д„включая

4п а в блоки 9, 10 и 11 — последовательности коэффициентов А2 В2 С2 А1, В1...C1 и Ао, Во...Co рабочих характеристик датчиков 1-1, 1-2 .1-п, причем для и-го измерительного канала коэффициенты Cz и Со равны нулю, а коэффициент С1 определяют по формуле

C1 = — об/мин, (8)

В исходном состоянии счетчик 15 импульсов и триггер 17 обнулены, переключатель 18 установлен в положение, в котором его выход соединен с первым выходом счетчика 15, на выходах счетчика 16 сформирован первый адресный код, по которому коммутаторы 12 и 13 переводятся в первое положение, а на выходы блоков 8-11 памяти . считываются значения эталонной частоты

41 и соответственно коэффициентов А2, А1, Ао градуировочной характеристики датчика

1-1. В преобразователях 2-1...2-п элементы

И 24 и 25 закрыты; выходы триггеров 26 и 27 обнулены, выходы коммутаторов 37 соединены с суммирующими входами счетчиков

22, Регистры 32 и 33 содержат произвольную информацию.

Преобразователи 2-1...2-п работают асинхронно по отношению друг к другу и другим элементам схемы. Например, в произвольный момент времени tf (фиг. 3) счетчик 21 преобразователя 2-1 заполняется

ИМПУЛЬСаМИ ВХОДНОГО СИГНаЛа 4х1, а СЧЕТЧИК

22 — импульсами эталонной частоты f>i. При считывании в последний импУльса Йц1 на выходе блока 34 элементов совпадения формируется электрический сигнал, соответствующий логической единице, который устанавливает триггер 27 в единичное состояние и открывает элемент И 24 (момент времени 12). Вследствие этого очередной импульсный сигнал, возбуждаемый на выходе формирователя 1 в момент времени тз, не только увеличивает на 1 содержимое счетчика 21, но и, проходя через открытый элемент

И 24, изменяет состояние подключенных к его выходу триггера 26, переключателя 29, счетчиков 22 и 23 и т,д.. а именно. триггер 26 устанавливается в единичное состояние и посредством переключателя 29 подсоединяет выход генератора 28 к вычитающему входу дополнительного счетчика 23; последний начинает работать в режиме вычитания, а счетчик 22 останавливается; через интервал времени, равный уставке элемента 30 задержки и достаточный для прохождения переходного процесса в счетчике 21, связанного с записью в него последнего измеРИтЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСа. ЕГО СОДЕРЖИМОЕ Вх1, а также содержимое счетчика 22, переписываются в регистры 32 и 33; по истечении интервала времени, соответствующего настройке другого элемента задержки и достаточного для устойчивого переключения укаэанных регистров, на его выходе формируется импульсный сигнал, по которому производится обнуление счетчика 21 и запись в основной счетчик 22 кода NH1 начальной уставки, хранящегося в памяти блока

35; при считывании содержимого счетчика

23 до нуля на его выходе возбуждается сигнал переноса в виде логической единицы, который адресуется на вход триггера 26 и на свой S-вход; по этой команде триггер 26 обнуляется, возвращая в исходное состояние переключатель 29, а в счетчик 23 переписывается код начальной уставки N>i.

Далее вновь задействуется в работу счетчик 22, причем накопление им импульсов эталонной частоты fa1 производится не

1705757

5

П5 - А2тх1, 15

m„1

Nx1 (9) 50

0) = fxn — (об/мин)

55 с нуля, а с учетом начальной уставки N» и измерительный цикл повторяется, Преобразователи 2-2...2-п работают аналогичным образом, Каждый из них организует последовательность измерительных циклов длительностях(2...п), которая колебЛЕтСЯ В ПРЕДЕЛаХ От тх(2...n) ДО (Wx(2...n) +

Тх(2...n)), НаКаПЛИВаЕт В КажДОМ ЦИКЛЕ ПОСТУПаЮЩИЕ ИМПУЛЬСЫ ВХОДНОГО СИГНаЛа fx(2„. ), а получаемые при этом результаты считывает в регистр 32 в виде двоичных кодов

mx(2...в). ОдновРеменно в дРУгой РегистР 33

ЭаПИСЫВаЕтСЯ ЧИСЛО Мх(2...n) ИМПУЛЬСОВ Эталонной частоты f>(2... ). выделенное генератором 28 эа время тхр...n)

Обработка измерительной информации, формируемой преобразователями 21...2-п, производится по командам счетчика

15, работающего в циклическом режиме.

При считывании в него первого импульса тактовой частоты f на его 1-ом выходе возбуждается электрический сигнал, соответствующий логический единице, который через переключатель 18 адресуется на управляющий вход блока 3, а через коммутатор 12— на вход управления чтением преобразователя 2-1. По этой команде содержимое регистров 32, 33 считывается в блок 3, который

ДЕЛИТ КОД П1х1 На ЧИСЛО йх1 НаКОПЛЕННЫХ импульсов эталонной частоты f31:

Если момент вывода информации иэ преобразователя 2-1 совпадает с окончанием измерительного цикла и записью в регистры 32 и 33 новых значений m», N», то открывается элемент И 25 и на синхронизирующем выходе преобразователя 2-1 появляется импульсный сигнал, который переводит триггер 17 в единичное состояние, подсоединяя выход переключателя 18 к второму выходу счетчика 15.

Возбуждаемый на нем импульс напряжения вновь адресуется на вход управления чтением преобразователя 2-1 и управляющий вход блока 3 для дублирования операции деления кодов m» и N».

По команде, формируемой на 3-ем выходе счетчика 15, блок 4 умножает число ll3 (9) на частоту 41, значение которой считывается с выхода блока 8 памяти. Произведение

ПЛ1 эквивалентно искомой частоте входного сигнала

fx1 — Ilç,fý1—

mx1 fý1 (10)

Nx1

Следующие три команды поступают на управляющие входы блоков 5 — 7, которые преобразуют полученное значение частоты

fx1 В фИЗИЧЕСКуЮ раЗМЕрНОСтЬ ПараМЕтра, используя градуировочную характеристику (1) датчика 1-1: блок 5 возводит fx1 в квадрат и полученный результат умножает на коэффициент А2, значение которого считывается с выхода блока 9; другой блок 6 умножения вычисляет произВЕДЕНИЕ A1fx1; бЛОК 7 СуММИруЕт ПОСтуПИВшие на его входы данные, определяя окончательный результат, который переписывается затем в регистр 19-1:

Р1 = A2fxl + A1fx1+ Ао. г

По заполнению счетчика 15 на его последнем выходе возбуждается импульсный сигнал, который переводит в следующее положение счетчик 16, а соответственно и коммутаторы 12 и 13 с блоками 8-11 памяти, подготавливая схему устройства к обработке ичформации, накопленной преобразователем 2-2. Одновременно триггер 17 с переключателем 18 возвращаются в исходное состояние, если они были задействованы в работу, и производится обнуление самого счетчика 15.

Вторая серия команд, выдаваемых счетчиком 15, адресуется на управляющие входы блоков 3 — 7 в той же последовательности, что и первая, при этом блоки 3 и 4 вычисляют

ЧаСтОту fx2, ОСтаЛЬНЫЕ СХЕМНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ преобразуют ее в объемный расход 0 согласно уравнению (2). Полученное значение расхода считывается в регистр 19-2.

Обработка измерительной информации, формируемой третьим и последующими преобразователями частота-код, производится по аналогичному алгоритму, причем в и-ном канале значения коэффициентов С2 и Со, считаемых с выходов блоков

9 и 11, равны нулю и конечный результат определяется соотношением

Ilo заполнению счетчиком 16 импульсов производится его обнуление и цикл обработки измерительной информации повторяется.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров частотных датчиков, содержащее первый и второй счетчики импульсов, а также

1705757

12 генератор тактовых импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения его функциональных воэможностей, в него введены частотные датчики преобразователи частота-код по числу частотных датчиков, блок . деления кодов, первый-третий блоки умножения чисел, сумматор чисел, первый и второй коммутаторы, триггер, регистры по числу измеряемых параметров и переключатель, выходы частотных датчиков соединены с входами соответствующих преобразователей, при этом первые информационные выходы всех преобразователей частота-код объединены на первых входах блока деления кодов. а их вторые информационные выходы — на вторых входах этого блока соответственно, выходы которого через первый блок умножения чисел подключены к первым и вторым информационным входам второго и к первым информационным входам третьего блоков умножения чисел, выходы которых соединены с первыми и вторыми информационными входами сумматора чисел соответственно, выходы блоков памяти соединены с вторыми информационными входами первого и третьего блоков умножения чисел, с третьими информационными входами второго блока умножения чисел и с третьими информационными входами сумматора чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов связан с суммирующим входом первого счетчика импульсов. первый и второй выходы которого через переключатель соединены с информационным входом первого коммутатора и с управляющим входом блока деления кодов, последующие четыре выхода этого счетчика подключены соответственно к управляющим входам блоков умножения чисел и к входу управления сумматора чисел, его седьмой выход через второй коммутатор соединен с входами записи регистров, а выход переполнения — с своим входом обнуления, с первым входом триггера и с суммирующим входом второго счетчика импульсов, выходы первого коммутатора подключены к входам управления чтением преобразователей частота-код, синхронизирующие выходы которых объединены на втором входе триггера, выходом подключенного к управляющему входу переключателя, выходы сумматора чисел соединены с информационными входами регистров, выходы второго счетчика импульсов соединены с адресными входами коммутаторов и блоков памяти, выход переполнения этого счетчика подключен к свое5

55 му входу обнуления, а выходы регистров являются выходами устройства.

2, Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что каждый из преобразователей частота-код содержит формирователь импульсов, вход которого является входом преобразователя, генератор эталонной частоты, переключатель, счетчики импульсов измеряемой и эталонной частот, дополнительный счетчик импульсов, два элемента И, два триггера, два регистра, блок элементов совпадения, два блока памяти, два элемента задержки и коммутатор, при этом выход формирователя импульсов соединен с суммирующим входом счетчика импульсов измеряемой частоты и первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, выход этого элемента И соединен с первым входом первого триггера и через первый элемент задержки — с входами записи регистров, с первым входом второго элемента И и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к входу обнуления счетчика импульсов измеряемой частоты, к входу начальной установки счетчика импульсов эталонной частоты и к первому входу второго триггера. выходы генератора эталонной частоты через соединенные последовательно коммутатор и переключатель связаны с суммирующим входом счетчика импульсов эталонной частоты и с вычитающим входом дополнительного счетчика импульсов, выход заема которого соединен со своим входом начальной установки и с вторым входом первого триггера, выходом подключенного к управляющему входу переключателя, информационные выходы счетчика импульсов измеряемой частоты через первый регистр соединены с первыми информационными выходами преобразователя, информационные выходы счетчика импульсов эталонной частоты соединены с первыми входами блока элементов совпадения и через второй регистр — с вторыми информационными выходами преобразователя, выходы первого блока памяти подключены к информационным входам счетчика импульсов эталонной частоты и дополнительного счетчика импульсов, выходы втЬрого блока памяти соединены с вторыми входами блока элементов совпадения, выходом подключенного к второму входу второго триггера. а выход управления чтением преобразователя соединен с входами чтения регистров и с вторым входом второго элемента И, выход которого является синхронизирующим выходом преобразователя.

1705757

Фиг. 3 6

Составитель Е.Соловьев

Редактор Н.Горват Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 191 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101