Способ измерения неэлектрических величин с помощью инерционных датчиков

 

О П И С А Н И Е 2l3133

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Goes Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21с, 46/50

Заявлено 13. т/1.1966 (¹ 1082076/26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 12.111.1968. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 7.VIII.1968

Ч(1К 6 05 квинтет по делая изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.39;681.2. .083.8:530.152 1 (088.8) Авторы изобретения В. Е. Шукшунов, С, И, Потоцкий, В. В. Михайлов и В. В. Зверев

Заявитель Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт имени Серго Орджоникидзе

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЗЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

С ПОМОЩЫО ИНЕРЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ

Т " + Х,„„= К1Х„, ат

1 (1 — а) К тк

К вЂ” а

5 (р) = т,р + 1

1 1звестны способы повышения точности измерения неэлектрических величин с помощью инерционных датчиков, основанные на преобразовании выходного сигнала с помощью интегро-дифференцирующих звеньев, а также способы организации регулирующих воздействий путем измерения числа переходов некоторым сигналом через нуль и сравнения результатов этого измерения с заранее установленной числовой величиной.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что позволяет достаточно просто обеспечивать высокую степень инвариантности измерения относительно внешних возмущений, приводящих к изменению параметров измерительной системы.

Большинство инерционных датчиков может быть описано линейным уравнением первого порядка: где Х,„ — измеряемая величина;

Х,„„ — выходная величина датчика;

Тк — постоянная времени датчика;

К1 — коэффициент пропорциональности.

Передаточная функция такого звена имеет вид

Применение электрической коррекции эквивалентно подключению последовательно с датчиком звена с передаточной функцией вида т,.р+1

W„„(p) =

Т,. — р+- 1

К где:

Т,— постоянная времени корректирующего звена;

К вЂ” коэффициент коррекции, определяющий уменьше ие постоянной времени измерительн ой си стем ы.

Если Тк = Т„, то передаточная функция всей измерительной системы имеет вид

К(р) = W. (p) 5 Д(p) =

1

К вЂ” р+1

К

Выходная величина при подаче ступенчатого воздействия на вход системы будет определяться выражением

25 К вЂ” — t

-л () — А. К, 1 тК )а е тк

К вЂ” а

213133 где А — величина возмущения на входе; а = —" — коэффициент, характеризующий т, степень несовпадения постоянных.

При этом дополнительная погрешность, обусловленная несовпадением постоянных времени датчика и корректирующего устройства, будет равна

К

ЛЛ =Кяа(К" "+

К вЂ” а

t — — /

К

+(1 — а)К т т

e — e

К вЂ” а

Анализ этого выражения показывает, что зависимость ошибки от степени несовпадения постоянных времени близка к пропорциональной, поэтому если постоянная времени датчика изменяется в больших пределах, то эта ошибка может быть достаточно большой.

Для возможпости построения самонастраивающейся системы для объекта с неэлектрическим входом введен новый критерий качества системы: относительное число переходов производной выходной величины через ноль.

Особенностью случая перекоррекции является наличие дополнительного выброса производной выходной величины, обусловленное появлением перерегулирования при T„) Т..

Таким образом, число переходов через ноль производной при T„) T. на единицу больше, Математически это подтверждается следующим образом: производная выходной величины описывается выражением

К а Х ых 7(А (К вЂ” 1) К а

dt Т„(К вЂ” а)

1 (1 — а) К т е

Т (К вЂ” а)

Учитывая, что в точках перехода через ноль Хвых

= О, найдем корни этого уравнения.

dt

Решая уравнение, получим

К вЂ” 1

1п а — 1

t=

К 1

TK

Отсюда видно, что вещественное значение корня tпоявляется только при а) 1,,т. е.

Т, Т, (при Т, (Т кривая "" асимптоdt тически приближается к нулю, ни разу не пересекая оси).

Таким образом, для оценки соотношения постоянных времени датчика и модели достаточно иметь какое-либо быстро изменяющееся воздействие на входе системы. Поэтому при измерении параметров быстропротекающих процессов использование предлагаемого критерия качества будет достаточно эффективным.

Предлагаемый способ настройки постоянной времени корректирующего звена заключается в следующем. Число переходов через ноль производной величины на выходе одного (основного) корректирующего устройства, постоянная времени которого поддерживается равной постоянной времени датчика, сравнивается по окончании какого-либо импульсного переходного процесса с числом переходов через ноль производной выходной величины другого (вспомогательного) корректирующего устройства, подключенного к этому же датчику. Постоянную времени вспомогательного корректирующего устройства необходимо ограничить двумя возможными значениями Т, и Т,", одно из которых заведомо больше (T; ) Т „„,. ), а другое — меньше постоянной времени датчика (7," (Т;„). При этом несовпадение числа переходов производных выходных величин через поль можно ожидать в двух случаях.

1. Число переходов оказалось разным при

Т„, = T „ . Несовпадение чисел переходов производных выходных величин через ноль указывает на то, что постоянная времени одного корректирующего устройства больше, а другого — меньше постоянной времени датчика. Так как заведомо известно, что постоянные времени вспомогательного корректирующего устройства больше постоянной времени датчика (7 „) Т,), то очевидно, что постоянная времени основного корректирующего устройства меньше (T;, (T ) и ее необходимо увеличить.

2. Число переходов через ноль оказалось разным при Т,, = Т„", Учитывая, что Т „( (Tä, можно определенно сказать, что Т,, )

) Т . Б этом случае Т„, необходимо уменьшать.

Таким образом, направление изменения по стоянной времени основного корректирующего устройства однозначно определяется значе нием постоянной времени вспомогательного корректирующего устройства (Т„ или Т," ), если число переходов производной через ноль на выходе обоих корректирующих устройств оказалось разным.

Одинаковое число переходов производных через ноль не позволяет сделать определенного вывода о соотношений этих постоянных, так как этот случай может быть обусловлен двумя причинами:

1) постоянные времени обоих корректирующих звеньев могут быть одновременно больше или меньше постоянной времени датчика (при этом, если Т, ) T и Т,, ) Тд,дополнительный выброс производной появится в обоих корректирующих звеньях);

2) на входе системы могут иметь место и медленно изменяющиеся сигналы. В этом случае на выходе звена, в котором T„) Т, дополнительный выброс производной не появится.

/

Определить, какая из причин в том или ином случае является решающей, не представляется возможным. Поэтому изменение постоянной времени основного корректирующего устройства должно происходить только в случае несовпадения числа переходов через ноль производных измеряемых сигналов в обоих корректирующих устройствах. В случае равенства их вопрос о соотношении постоянных времени должен решаться изменением

7к, °

При работе устройства необходимо учитывать возможность появления одного из трех случаев.

На фиг. 1 показан случай, когда постоянная времени одного корректирующего устройства больше, а другого — меньше постоянной времени датчика. При этом происходит несовпадение числа переходов производных через ноль. В случае, когда Т,, =- Т, (в момент времени 3 = t,), постоянную времени основного корректирующего устройства необходимо уменьшить, а при Т„= Т„ — увеличить.

На фиг. 2 постоянные времени моделей или обе больше или обе меньше постоянной времени датчика. Изменение постоянной времени вспомогательного корректирующего устройства Т;, которое должно произойти в результате равенства чисел переходов через ноль производной на выходе обоих корректирующих устройств, приводит к одному из случаев на фиг. 1.

Как уже отмечалось, непоявление дополнительного выброса производной при соотношении постоянных времени, показанном на фиг. 1, может быть обусловлено особым характером входного воздействия (медленно изменяющийся входной сигнал). В этом случае равенство чисел переходов производных

213133 величин через ноль вызовет «ложный» переброс постоянной времени Т„„. Однако при этом возникает соотношение постоянных (см. фиг. 2), которое приведет к очередному перебросу Т,„до его прежнего значения.

Последовательность операций, выполняемых при подстройке постоянной времени основного корректирующего устройства, к выходу которого подключен измерительный прибор, 10 можно представить следиощей схемой.

1. Вычисление производных величин на выходах двух корректирующих устройств.

2. Подсчет чисел переходов через ноль величин производных в течение одного переход15 ного процесса.

3. Сравнение результатов подсчета.

4. а) при неравном числе переходов производных через ноль — увеличение Т„,, если

Т„, = Т„, и уменьшение Т... если T„,=

20 =Т

Кр б) при равенстве чисел переходов через ноль производных величин на выходе обоих корректирующих устройств — изменение значения

T,-,.

2S

Предмет изобретения

30 Способ измерения неэлектрических величин с помощью инерционных датчиков, основанный на преобразовании сигнала с датчика интегро-дифференцирующим звеном, отлича ои1ийся тем, что, с целью повышения точности

35 измерения, преобразуют сигнал с корректирующего звена, дифференцируют его и сигнал с выхода корректирующего звена, сравнивают число переходов через ноль обоих сигналов и изменяют величину постоянной времени кор40 ректирующего звена.

213133

Tió Нес/

Составитель И. Н. Шувалова

Редактор Ф. П. Хлебников Техред T. П. Курилко Корректоры: М. П. ромашова и С. А. Башлыкова

Заказ 2020)14 Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр, Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2