Устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения

 

О П-И С"А" Н-И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик рщ7638О1

+.е

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17. 08. 77 (21) 2519989/18-21 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 150980, Бюллетень 1)о 34

Дата опубликования описания 1 6. 09, 80 (51)М К 3

G 01 R 17/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) Удк 621. .317(088.8) (72) Автор изобретения

К.Л. Грудев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерительного преобразования физических величин и их измерения как с аналоговым, так и с цифровым выходом, и может быть использовано в задачах автоматического управления.

Известны устройства уравновешивающего преобразования физических величин, в которых коррекция мультипликативной и аддитивной составляющих погрешности преобразования осуществляется благодаря созданию во времени или в пространстве дополнительных каналов преобразования при реализа- " 15 ции специальных алгоритмов коррекции, осуществляемых в дополнительных структурах или вычислительными операциями.

Основными недостатками известных устройств являются: 20 при использовании пространственного .разделения каналов — практически, более, чем удвоенные аппаратурные затраты, возникновение ужесточенных требований к настроечным характеристи-2з кам каналов преобразования; при временном разделении каналов потери быстродействия, связанные с конечными частотами параметрической модуляции (необходимостью при каждом 30 измерении иметь достаточно большое количество состояний модулируемых параметров Г13 .

Наиболее близким по технической сущности является устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения, содержащее последовательно соединенные сумматор, первый вход которого через управляемый преобразователь подключен ко входной клемме, и узел прямого преобразования, увез. с>братного преобразования, выходом соединенный со вторым входом сумматора, блок управления, блок сравнения и блок ввода информации (21.

Недостатками такого устройства являются недостаточные быстродействия и точность преобразования.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразования, Цель достигается тем, что в устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и измерения, содержащее последовательно соединенные сумматор, первый вход которого через управляемый масштабный преобразователь подключен ко входной клемме, и узел прямого преобра76.38 01

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема управ. ляемого масштабного преобразователя.

Устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения содержит управляемый масштабный преобразователь 1 с коэффициентом передачи К, сумматор 2, цепи прямого 3 и обратного 4 преобразования, характеризуемые коэффициентами, преобразования К и )3, второй сумматор 5, блок 6 сравнения, управляемый генератор 7 корректирующего сигнала, блок 8 управления, . блок 9 вывода информации.

50

На фиг. 2 показаны первый 10 и второй 11 масштабные преобразователи, .дополнительный сумматор 12, управляющие входы 13 и 14 масштабнйх преобразователей.

Работа предлагаемого устройства может быть пояснена следующими соот-. ношениями.

Коэффициент преобразования уравновешивающего устройства при исполь- б0 зовании отрицательной обратной связи определяется выражением Ó

Х зования, узел обратного преобразования, выходом соединенный со вторым входом сумматора, блок управления, блок сравнения и блок вывода информации, введены второй сумматор и управляемый генератор корректирующего сигнала, причем первый вход второго сумматора подключен к выходу узла прямого,преобразования, второй вход к одному из выходов управляемого. генератора корректирующего сигнала, выход второго сумматора соединен со входом узла обратного преобразования, входом блока вывода информации и одним из входов блока сравнения, второй и третий входы блока сравнения соединены с выходами соответственно 15 блока управления и управляемого генератора корректирующего сигнала, выход блока сравнения подключен ко входу блока управления, второй и третий выходы блока управления соединены 70 с управляющими входами соответствующего управляемого масштабного преобразователя и управляемого генератора корректирующего сигнала; кроме того, управляемый масштабный преобразователь выполнен в вице двух масштабных преобразователей, входами соединенных с входной клеммой, а выходами с входами дополнительного сумматора, выход которого является выходом дополнительного сумматора, выход которого являет- З0 ся выходом масштабного преобразователя.

+ Х) р к.р lb (4) Результат, полученный в выражении (4) может быть реализован также и при уравнении по изложенной выше методике масштабным преобразователем или параметром цепи прямого преобразования.

При К„ = К„,(2 — Z ), обусловленном включением двух параллельных масштабных преобразователей (фиг. 2)

10 и 11 с коэффициентами передачи

K„, K" (1 — Z<) к сумматору 12, при периодическом изменении коэффициента передачи одного из масштабных преобразователей от 0 до

К>() - Zg), где Z — задаваемое с помощью блока 8 управления, значение, при котором к (s)

Оцениваемом в блоке сравнения в соответствии с командой управления, поступающей из блока 8 в блоки б и 1, где Y — значение выходной величины при Кч(2 - 2 ), выражение (5) будет иметь вид

Y= K „õ/iü (б)

Это объясняется следующими соотношениями. При Y О, К К .(1 - 1 ) где Х, Y -соответственно преобразуемая величина и ее преобраэованное значение;

S, К, 8 - коэффициенты преобразования — результирующий, цепей прямого и обратного преобразования соответственно;

S = Y (X 5 =Ъ/Х ные аддитивные составляющие погрешности преобразования цепей прямой и обратной связи, приведенные соответственно к выходу цепи прямого и ко входу цепи обратного преобразования, учитывающие дрейф нуля соответствую7 их цепей, в т.ч. сумматора на входе.

Основная задача построения точных измерительных преобразователей сводится к устранению тем или иным путем влияния неконтролируемых вариаций значений К1, У„, Уд.

В предлагаемом устройстве, реализующем соотношение (1), указанная задача решается следующим Образом.

При введении сигнала от корректирующего генератора сигналов 7 в сумматор 5, при выполнении условия

Y 2; (2) где Z значение корректирующего сигнала, обусловленного воздействием блока б сравнения через блок 8 управления на генератор 7, выражение (I) принимает вид

К AX Y - Y К Ь+2, (3) иэ которого следует

763801 значение (1 - 1 ) определяется соотношением (! - Z ) = - :Л- -"-1- — (7) к„к а значение подстановка которого в выражение 5 (3) при Y ф О, У = Y определяет соотношение (4), значение которого выводится через блок вывода информации 9.

Таким образом, как следует иэ ныражений (3), (4), (5), (б), значение Е может быть подобрано в результате самонастройки при Y = Y

1 таким, что аддитивные составляющие погрешности преобразования явля.-отся скомпенсированными.

При этом сам масштабный,преобразователь может быть выполнен в виде рассматриваемой структуры, в том числе при

Y„-V,Ê Ü у= а-1 (9) 20

Км Кх один из двух преобразователей, с изменением непериодически коэффициента передачи, может включать в свой состав последовательно соединенный пас сивный масштабный преобразователь (делитель).

Непрерывная коррекция погрешности преобразования осуществляется путем следящей самонастройки па-. раметров устройства в соответствии с изложенным выше алгоритмом.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При реализации одного иэ возможных алгоритмов кор- 35 рекции, осуществляемых в заявленной структуре, коррекция составляющих погрешности преобразования производится следующими операциями.

В блоке сравнения б сравнивается 4О корректирующий сигнал "Z! ", поступающий от генератора 7, и выходной сигнал устройства "Y" существующий, например, в виде цифрового кода при выполнении устройства в виде устройства аналого-цифрового преобразования.

Блок управления 8 осуществляется управление масштабным преобразователем 1, генератором 7 по результату сравнения сигналон в блоке сравнения б.

При установившемся режиме работы устройства, при котором в основном контуре уравновешивающего преобразователя, образованного масштабным

5 преобраэонателем 1, сумматором 2, цепями прямого и обратного преобразования 3 и 4 соответственно, сигнал на выходе устройства описывается соотношением (1), и сумматор 5 вводится 60 корректирующий сигнал от генератора

7,суммируемый с результатом преобразования преобразователя З.При этом корректирующий сигнал и выходной сигнал устройства сравниваются в блоке сравне65 ния б,который управляет генератором 7 что в схеме осуществляется равновесие, при котором Q =- f (Y Z(), например, 0 = У - Z равно нулю, где соот. ветственно Z, Y - корректирующий и выходной сигналы.

Эатем с помощью блока управления 8 измеряется коэффициент масштабного преобразования преобраэонателя 1, таким образом, что выходная величина устройства не меняется. При этом в блоке б осуществляется сравнение выходной величины, при котором

f(Y, Y ), например, Q = У - Ч равно нулю при равновесии схемы, обусловленном соотнетствующим управлением результатом сравнения через блок 8 преобразователем 1. При осуществлении равновесия н схеме по обеим критериям результат преобразования выводится через блок вывода информации 9. Так как н циклах самонастройки критерии самонастройки (Q,, Q>) различны, то ,циклы самонастройки могут осущест:нляться как раздельно во времени в любом порядке, так и одновременно в рабочем цикле преобразования.

Осуществление упомянутых операций обуславливает исключение из уравнения преобразования параметров К, Y

Y,,при котором выражение (1) сно итя к соотношению, У = K М/J3 (2), эначейия корректирующих воздействий сигнала Z и параметра Z<,не задаются заранее, а являются самонастраивающимися по заданным критериям величинами, что обуславливает, н свою очередь повышение точности преобразования.

При этом процессы измерительного преобразования и самонастройки не дискретны (т.е. не разбиваемые на интервалы времени коррекции и преобразования) и осуществляются н едином рабочем цикле устройства; в устройстве не требуется реализация многих состояний параметров цепей преобразования, осу;-:естнляемых во времени (прототип) или в пространстве, для цели формирования сигналов в цепях адаптирующих обратных связей, что предотвращает существенное повышение быстродействия ro сравнению с прототипом, снижение аппаратурных затрат по сравнению с устройствами с пространственным разделением каналов преобразования.

Указанные свойства предлагаемого устройства, при приведенных структурных различиях, позволяют реализовать предельную точность антоматического преобразования физических величин в аналого-цифровых преобразователях, цифровых измерительных приборах, при однородных и неоднородных аналоговых преобразователях физических величин, а также позволяют реализовать двухкратную инвариантность

7б3801

"H Ö

Составитель М. Назаров

Редактор Н.Каменская . Тех ед А. епанская Кор екто И.Муска.

Заказ 6273 38 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .по делам .изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 (параметрическую и координатную) в системах автоматического управления, обеспечить высокую точность измерения параметров обьектов, идентифицируемых в замкнутой структуре.

Формула изобретения

1. Устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения, содержащее последовательно соединенные сумматор, первый вход которого через управляемый масштабный преобразователь подключен ко входной клемме, узел прямого преобразования, узел обратного преобразования, выходом соединенный со вторым входом сумматора, блок управления, блок сравнения и блок вывода информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия преобразования, в него введены второй сумматор и управляемый reнератop корректирующего сигнала, причем первый вход второго сумматора подключен к выходу узла прямого преобразования, второй вход - . ,к одному из выходов управляемого генератора корректирующего .сигнала, выход второго сумматора соединен со входом узла обратного преобразования, вхо1 дом блока вывода информации и одним .иэ входов блока сравнения, второй и третий входы блока сравнения соединены с выходами соответственно блока управления и управляемого генератора корректирующего сигнала, выход блока сравнения подключен ко входу блока управления, второй и третий выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно управляемого масштабного преобразовате ля и управляемого генератора корректирующего сигнала.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем„ что управляе15 мый масштабный преобразователь выполнен в виде двух масштабных преобразователей, входами соединенных с входной клеммой, а выходами - с входами дополнительного сумматора, выход

gQ которого является выходом масштабного преобразователя.

Источники информации, принятые. во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 507823 кл. G 01 R 17/Об, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 550594, кл. G 01 R 29/ОО,Н 03 F 3/34, Н 03 G 3/1 2, 1971.