Устройство для коррекции характерис-тик измерительных преобразователей

 

Сеюз С©ветских

Соцнааистнчесмих

Респубвнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (u>824232

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ау (22) Заявлено 270479 (21) 2786418/18-24 р )м. к. с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

G 06 G 7/26

G 06 Г 3/00

Государственный комитет

СССР по дмам изобретений и открытий

Опубликовано 2 30 4 8 1 Бюллетень М 1 5

Дата опубликования описания 23. 04. 81 (5З) НЖ 681. 335 (O88. 8} (Ч) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ

XAPAKTEPHCTHK ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ

HPЕОБРАЭОВАТЕЛЕЙ

Изобретение отнсится к автомати»1 ке и вычислительной технике и может . быть использовано для коррекции (ли- . неаризации) и градуировки выходных характеристик первичных измерительных преобразователей.

Известно устройство для коррекции характеристик, .одержащее формирователи импульсов, фазовращатель, триггер, ключ и дополнительную частотно-зависимую цепь >1).

Недостатками устройства являются ограниченная область использования и пониженная точность коррекции.

Известно также устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей, содержащее блок вычитания, блок оценки, интерполятор, блок памяти, счетчик и аналого-цнфровой преобразователь г3.

Недостатки устройства — пониженная точность и сложность настройки.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для коррекции ,характеристик измерительных преобразователей, содержащее триггер, C . первый компаратор, соединенный .первым входом с шиной ввода выходного .сигнала измерительного преобраэова

2 теля, и генератор импульсов, выход, которого подключен к первому входу первого элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого

S .счетчика, подключенного выходами к цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя и к шине вывода кода результата, причем выход цифроаналогового. преобразователя, 10 осуществляющего функциональное преобразование кода, соединен со вторым входом первого компаратора, выходкоторого подключен к нулевому установочному входу триггера, соединенноЯ го единичным установочным входом с шиной ввода пускового сигнала, а единичным выходом - co вторым входом первого элемента И ГЗ).

Однако устройство имеет понижен.

20 ную точность коррекции и сложную настройку на заданную линеариэирующую зависимость.

Цель изобретения — повышение точности коррекции и упрощение настрой25 ки устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей, содержащее триггер, перв Щ

3Q компаратор, соединенный первым вхо824232 дом с шиной ввода выходнж.о сигнала измерительного преобразователя, и генератор импульсов, выход которого поцключен к первому входу первого, элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого счетчика, подключенного выходами к цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя, дополнительно введены блок памяти, второй и третий элементы И, второй и третий счетчикй, второй и третий цифроаналоговые преобразователи, ключ, группа контактов и второй компаратор, соединенный первым входом с выходом блока памяти и с вторым входом первого компаратора, вторым входом — с выходом второго цифроаналогового преобразователя, .а выходом - с первыми входами второго и третьего элементов И и с входами управления реверсом второго и третьего счетчиков, причем второй 20 элемент И подключен выходом к счет« ному входу второго счетчика, вторым входом - к выходу генератора импульcos и к второму входу третьего элемента И, а третьим входом - к вто- 25 рому входу первогО цемента И и чеpcs первый размыкиещий контакт к нулевому выходу триггера, соединенного единичным выходом с входом первого элемента задержки и с устано» вочным входом первого счетчика, под0 ключенного входом управления реверсом к выходу первбго компаратора и к третьему входу первого элемента И, а соответствующим выходом — к входу ключа, соединенного выходом с единичным установочным входом. триггера, нулевой установочный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, причем выход первого элемента задержки соединен с входом 40 второго элемента задержки, третьим входом третьего элемента И, управляющим входом блока памяти и подключен через первый замыкающий контакт к шине "Пуск", а информационный вход блока памяти соединен через второй размыкающий контакт с шиной ввода сигнала измерительного преобразователя,и подключен через второй замыкающий контакт к шине ввода аналогового значения заданной реперной точки устройства, причем шина ввода кодового значения заданной реперной точки устройства соединена через тра тий замыкакщий контакт с установочным входом второго счетчика, подклю-, ченного выходами к Шине выхода кода

Результата и к цифровым входам второго цифроаналогового преобразоватеф ла, аналоговый вход которого соединен с выходом третьего цифроанало- щ) гового преобразователя, подключенно .го аналоговым входом к выходу первого цифроаналогового преобразователя и к выходной шине сигнала коррекции, а цифровыми входами - к выходаМ

Ф третьего счетчика, соединенного счетным входом с выходом третьего элемента И.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для коррекции характеристик измерительных преобразователей; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу устройства.

Устройство для коррекции характеристик содержит генератор 1 импульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента И

2, соединенного выходбм со счетным. входом первого счетчика 3, подключенного выходами к цифровым, входам первого цифроаналогового преобразователя

4. Шина 5 ввода сигнала измерительного преобразователя соединена с первым входом первого компаратора 6, второй вход которого подключен к выходу. блока 7 памяти, и к первому входу второго компаратора 8. Компаратор 8 соединен вторым входом с выходом второго цифроаналогового преобразователя 9, а выходом - c первыми входами второго и третьего элементов И 10 и

11 и с входами управления реверсом второго и третьего счетчиков 12 и 13.

Второй элемент И 10 подключен выходом к счетному входу второго счетчика 12, вторым входом — к выходу генератора

1 импульсов, и к второму входу третьего третьего элемента И 11, а третьим входом — к второму входу первого элемента И 2 и через первый размыкающий контакт 14 . — к нулевому выходу триг- гера 15. 1риггер 15 соединен единичным выходом с выходом первого элемента 16 задержки и с установочным входом первого счетчика 3, подключенного входом управления реверсом к выходу кампаратора б и к третьему входу элемента И 2. Соответствующий выход счетчика 3 подключен через ключ 17 к единичному входу триггера

15, нулевой установочный вход которого соединен с выходом второго элемента 18 задержки. Выход элемента

16 задержки соединен с входом элемента

18 задержки, с третьим входом элеменга И 11, с управляющим входом блока 7 памяти и подключен через первый замыкающий контакт 19 к шине 20 .Пуск . Информационный вход блока

7 памяти соединен через второй раз- мыкающий контакт 11 с шиной 5 ввода сигнала измерительного преобразователя и подключен через второй замыкающий контакт. 33 к шине 23 ввода аналогового значения заданной реперной- точки устройства. Шина 24 ввода ° к<щового значения заданной реперной точки устройства соединена через третий замыкающий контакт 25 с установочным входом счетчика 12, подключенного выходами к шине 26 вывода кода результата и к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 9. Аналоговый вход преобразова824232 теля Э,соединен с выходом третьего .цифроаналогового преобразователя 27, йодключенного аналоговым входом к выходу цифроаналогового преобразователя 4 и к выходной шине 28. сигнала коррекции. Цифровые входы преобразователя 27 соединены с выходами счет- 5 чика 13, подлкюченного счетным входом к выходу элЕмента И 11..

Устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей 0 работает следующим образом.

В первичный измерительный преобразователь вводится специально формируемый сигнал коррекции +, действие которого аналогично дозированному изменению (разбавлению) входной преобразуемой величины Х до момента совпадения значений выходного сигнала. U> измерительного преобразователя и заданной исходной реперной точки fUpp ° Х рр (где Upp и ХРо 20 ссответственно аналоговое и кодовое значение заданной реперной точки) и

-по степени К этого разбавления определяют исходное значение входной величины Х=ХрО K. При этом для повы - 2 щения точности при работе в режиме следящего прцрбраэователя (разбавление входной величины Х в К раз, соответственно в К раз снижает реакцию преобразователя на малые приращения i ) ограничивают на один-два

30 порядка диапазон изменения сигнала коррекции U< нижним U и верхним ки .

U< граничными значениями относительно среднего значения U и всякий раэ при очередном i-ом достижении одного иэ пределов У и, U вновь ускв танавливают среднее значение U„ сигнала коррекции, при этом берутся новые координаты реперной точки (Хр, Upg i где Хр; - вычисленное устрой- 40 ством значение входной величины Х в момент достижения сигналом коррекции одного из граничных,значений Up значение выходного сигнала измерительного преобразователя в момент восстановления среднего значения сигнала коррекции. Процесс дозированного изменения входной величины Х может осуществляться различнымй пу-. тями - изменением расхода исследуемой газовой смеси,или смешением в определенном соотношении эталонного газа с исследуемым, изменением накала излучателей, искусственным из-. менением внешних условий, т.е. изменением тех параметров, которые считаются для данного первичного преобразователя не информативными, и которые, как правило, стабилизируются. Зависимости выходных характеристик от изменения неинформатив» 60 ных параметров в большинстве случаев сравнительно простые и достаточно полно .изученные, поэтому опредеить взаимосвязь значений сигналов коррекции и вызываемые йми дозиро-. 65!

Ванное разбавление входной веI личины не представляет трудности.

Компаратор 8, элемент И 10, счетчик 12 и второй цифроаналоговый преобразователь 9 выполняют функции аналого-цифрового компенсирующего преобразования, предназначенного для окончательного представления результата преобразования изменяемой физической величины в цифровой форме N ..----Х

ri путем устранения разбаланса выходных сигналов второго преобразователя 9

U < и блока 7 памяти Upi . Уравновешивание этих сигналов производится двумя способами. Первый — изменением опорного сигнала„ ПЕ, поступающего на аналоговый вход второго преобразователя 9 с выхода третьего преобразователя 27, при блокированных счетных входах счетчиков 3 и 12. Формированием этого изменяющегося опорного сигнала служат элемент И 11, счетчик

13 и преобразователь 27. Такой режим работы выполняется каждый раз после достижения кодом счетчика 3 одного из граничных значений и „или N >, в результате чего в счетчик 3 записывается среднее значение и сигнала коррекции и подается разрешение на поступление импульсов в счетчик

13 до уравновешивания сигналов на входах компаратора 8. При втором способе уравк взвешивание сигналов на компараторе 8 выполняется путем главного (следящего за изменением X;) изменения выходного сигнала U =U е первого преобразователя при забло кированном счетчике 13. В этом случае узлы выполняют роль формирования изменяющегося сигнала, а преобразователь 27 - роль передаточного звена для передачи этого сигнала на аналоговый вход преобразователя 9. С помощью триггера 15, элементов 16 и

18, ключа 17 и контактов 14 осуществляется урпавление работой устройства. для жжснения работы устройства служат графики (фиг. 2), на которых изображены U„=f(х) — характеристика

,первичного измерительного преобразователя, z=f (t), 0» =f (t), U> =f (t) и U@=f (t) — изменения во времени соответственно физической величины

Х, выходного сигнала U к измерительного преобразователя, реперных зна чений U р4 блока 7 памяти и сигнала коррекций 6< на выходе преобразователя, 4,.

Рассмотрим подробнее работу устройства на конкретном числовом примере, когда х--0-1000 физических единиц, Ux=0-3000 мв, Мро=бОО, О в =120 мв, Upq„=2047 мв=сапвс, Us =0-2047 мв, 824232 6 =10 Ъ с, . Up 0-2047 мв, USg =0-204™, И, -1023, 6 = Г =2 10 с где 30п., - опорное напряжение на аналоговом входе преобразователя 4;

М, „, й, „ и й,",, - максимальныв емкости счетчйков 4, 9.и 27 соответственно, п- длительность пускового сигнала, %1 и С - время задержки первого н второго элементов 16 и 18 задержки.

Пусть среднее 0 .> верхнее 6,8 и нижнее Ок„ значения сигнала коррекции 0а.соответственно равны

0 =1024 мв; 0 =1126 мв, 0>аа 922 мв тогда -коэффициент К преобразования ("разбавления") изменяется в пределах

Также полагаем, что скорость изменения во времени физической величины много меньше скорости выполнения преобразований в устройстве, а ее изменение происходит в соответствии с графиком (Фиг. 2).

Работу устройства можно условно разделить на два этапа - выключение устройства и определение второго парамента х в момент включения, и работа устройства в следующем режиме.

Первый этап заключается в том, что к моменту запуска.в счетчиках 3 и

13 установлены коды и =1024, при . этом опорные и выходнйе напряжения преобразователей 4, 9 и 27 равны

U<=1024 мв) U8,,=512 мв. При включвЬ нйн .устройства срабатывает пусковая кнопка (не указанная на блок-схеме) н на вРемЯ ьп =10эс замыкаютсЯ замыкающие контакты 19, 22 и 25 и размыкаются развлекающие контакты 14 и .21, в результате чего на управляющий вход блока 7 памяти поступает сигнал разрешения записи в блок памяти ана-логового значения рвпврнай точки

0 в=120 мв с шйны 23 через контакт

22, в счетчик 12 с шины 24 чврвз контакт 25 записывается кодовое значение репврной точки йрс =600, снимается блокировка с элементов И 11 для прохождения импульсов на счетный вход счетчика 13, поступает сигнал на элемент 8 задержки .и чврвэ время Ф =2 10 с (в течение которого;

I контакты пускожФ кнопки займут преж-,. нее положвнив) с нулевого выхода триггера 15 чррвэ контакты 14 подается разрвшвние на элементы К 2 и

10 т.е. происходит разблокировка счетных входов > счетчиков 3 и 12.

В соответствии со знаком разности (Uye -U ) на выходв компаратора 8.

ФОРмирувтся сигнал на включение счет чйков 12 н 13 s режим суммирования или вычитания. В данном случае

Ч ц — -->а-„- -=а>а (»а>,.

Р0 - . — 00 т.е. выходное напряжение преобразователя 9 больше выходного напряжения блока 7 памяти и счетчик -13 включается в режим вычитания, формируя на выходе преобразователя 27 сигнал, обеспечивакщий уравновешиванив сигналов на компараторе 8 при неизменном значении кода и р0 счетчика 12, вход которого заблокирован через элемент И 10. В момент уравно® вешивания сигналов на компараторе 8 .выходное напряжение преобразователя

27 становится равным

U = U — =nÎ вЂ” = 2О4- (мЕ). и aOZ3

Ъ 90 МРО 600

f5 Итак, к моменту окончания пускового сигнала ксмпаратор S уравновешен, а". после окончания пускового сигнала контакты пусковой кнопки принимают первоначальное положение. При этом информационный вход блока 7 памяти через контакт .21 цодключится к шине 5 ввода входного сигнала U„ измерительного преобразователя, однако значенйе этого сигнала не записывается в блок 7 памяти из-за отсутствия разрешающего сигнала на управляющем входе блока 70

В результате дисбаланса сигналов на входах компаратора 6, íà его выходе появляется управляющий сигнал, 30 включающий счетчик 3 в соответствующий режим работы, изменяя сигнал коррекции U на выходе преобразователя

4 в К раз до момента равенства напряжения 0„с шины 5 напряжению 0р>> с выхода блока 7 памяти. Так, если в момент включения устройства выходной сигнал измерительного преобразователя U>=300 мв (фиг. 2) с учетом соотношения Х К=йр0, в момент Ug--Uyy

К= - Я = =0,73, 0к "хК=1024 0,73=

=747 (йв

Изменеиие,сигнала коррекции в К=0,73 раз вызывает соответствующее изменение выходного сигнала преобразова45 тели 27

08 О6 ° К=.204 ° 0,73=149 (мв и измененйе выходного сигнала преобразователя 9

U<< Ug> К=120 0,73=88 (мв)

$0 Появившийся на входах компаратора 8 дисбаланс устраняется изменением кода счетчика 12 (счетный вход которого разблокнрован) и в момент равенства .напряжений на входах компаратора

55 8 и на шине 26 вывода кода появляет ся код К а, соответствующий значению входной Физической величины Х

И„* — „иа>о{а>>.

UÅ>

Я" Р0

При заьыкании ключа 17, в случае, если значение кода счетчика 3 нахо-, дится вне диапазона М„ -й †-922-1126, что имеет в данном случае место, не .; единичный вход триггера 15 поступает сигнал, переводящий триггер 15

824232

10 в единичное состояние. При этом сиг-. нал с единичного выхода триггера 15 поступает на установочный вход счет чика 3, устанавливая его в первоначальное состояние и =1024, в результате чего 0„=0 0 =1024 мв; К= =

74(=1,37, и выходной сигнал коррекции

U вызывает восстановление значениявыходного сигнала 0 измерительного преобразователя до первоначального

0<=300 мв (за это время сама изменяемая физическая величина Х не успеет существенно изменитьс (3 . Соответственно изменяются и сигналы

0ь. =Ов3.К=149 1,37=204 (мв), 0 =Us К=120 1,37=164 (мв) .

Через время .,=2-10 с (после включения ключа 17}, необходимое для окончания переходного процесса в первичном измерительном преобразователе, вызваного скачкообразным изменением сигнала коррекции U, на выходе элемента 16 задержки появляется сигнал, разрешающий запись в блок 7 памяти, установившегося выходного значения U„ =0п„=300 мв, т ° е. новой реперной точки, и сигнал через элемент И 11 на записи счетчика 13. При блокированном счетном входе счетчика 12 происходит уравновешивание сигналов на компараторе 8 и при U =U ,=300 мв имеем

It

0 =0p — а0О = VS(S).

"m <024

Nx 820

Через время 2 на выходе элемента

18 задержки появляется сигнал, возвращающий триггер 15 в нулевое состояние, при этом счетные входы счетчиков 3 и 12 разблокируются и устройство коррекции подготовлено к работе в следующем режиме °

Таким образом, в конце первого этапа определено значение величины

Х в момент включения устроиства и =820, установлено в блоке 7 памяти новое значение реперной точки Up„ =

300 мв и уравновешен компаратор 8 при установленном номинальном коэффициенте коррекции К=1,0.

Второй этап начинается с измене ния физической величины X(t) в К„ раз, что вызывает дисбаланс сигналов на входах компаратора 6. Этот дисбаланс устраняется изменением в К раэ корректирующего сигнала U, что влечет появление рассогласования сигналов на входах компаратора 8, которое, в свою очередь, устраняется изменением в К„ раз кода счетчика 12.

Всякий раз при достижении кода в счетчике 3 одного из граничных значений М или N<< триггер 15 переводится в единичное состояние, в результате чего в счетчике 3 и на выходе преобразователя 4 устанавливаются номинальные значения и 0

=1024, 0„ =1024 мв, на выходе йзмерительного преобразователя под дей5

10 компаратора 8 посредством изменения кода счетчика 13 при неизмененном значении кода. счетчика 12, перевод 5-триггера 15 в нулевое состояние и снятие через элементы И 2 и 10 блокировок со счетных входов счетчиков

3 и 12, т.е. подготовка к снижению за дальнейшим изменением х.

20 Таким образом, при работе устройства на начальном этапе вычисляется значение физической величины Х с

Формула изобретения

Устройство для коррекции характе. ристик измерительных преобразователей,о

5О, содержащее триггер, первый компара тор, соединенный первым входом с шиной ввода выходного сигнала измерительного преобразователя, и генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу первого эле55 мента И, соединенного выходом со счетным входом первого .счетчика, подключенного выходок к цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я

Я тем, что, с целью повышения точности коррекции и упрощения настройки устройства, в него дополнительно введены блок памяти, второй и третий элементы И, второй и третий счетчики, 65 второй и третий цифроаналоговые пре25

35 ствием скачкообразного изменени l сигнала коррекции устанавливается новое значение U„, соответствующее определенному значению входной величины Х, запись в блок 7 памяти нового установившегося значения U =Uр. к Рр (т. е. нового значения реперной точки) изменение в K=0,9 или K=1, 1 раз выходных сигналов преобразователей 9 и 27 при достижении кода счетчика

3 граничных значений. Кроме того, происходит устранение возникающего рассогласования сигналов на входах точностью, не зависящей от степени

4 "разбавления", а все последующие изменения физической величины во всем диапазоне измерения определяются при незначительных вариациях ("разбавлениях") сигнала коррекции, что почти не снижает чувствительности первичного измерительного преобразователя. Преимущественным предлагаемого устройства коррекции, является то, что на точность измерения преобразователя не влияет нелинейность измерительного преобразователя, более того, необходимая информация о виде характеристики определяется лишь данными об одной реперной точке. Это значительно снижает требования к первичным измерительным преобразователям и не требует большого количества эталонов для снятия характеристики и принятия специальных мер для ее линеаризации.

824232

-12 образователи, ключ, групаа контактов!." и второй компаратор, соединенный первым входом с выходам блока памяти . и с вторым входом первого компарато. ра, вторым входом - с выходом второ- го цифроаналогового, преобразователя, а выходом - с первыми входами второго н третьего элементов И и а входами управления реверсом второго и третьего счетчиков, причем второй эле« кент И подключен выходом к счетному входу второго счетчика, вторым входам к выходу генератора импульсов и к второму входу третьего элемента

И, а третьим входом = к второму вхо, цу первого элемента И и через первый .размыкающий контакт - к нулевому вы- 1$ ходу триггера,. соединенного единич- . ным выхрдом.с входом первого элемента задержки и с установочным входом первого счетчика, подключен ного входом управления реверсом к go выходу первого компаратора и к третьему входу первогО элемента И, а соответствующим выходом - к входу . ключа, соединенного выходом с единичным установочным входом триггера, нулевой установочный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, причем выход первого эле- мента задержки соединен с входом второго элемента задержки, третьим входом ."рвтьего элемента Й, управляющим в ором блокQ памяти и подклю чвн через первый замыкающий контакт к шине "Пуск", а информационный вход блока памяти соединен через второй размыкающий контакт с шиной ввода сигнала измерительного преобразователя и подключен через второй заьыкакций контакт шине ввода аналогового значения заданной репврной точки устройства, причем шина ввода кодового значения заданной реперной точки устройства соединена через третий замыкаюший контакт с установочным входом второго счетчика, подклю". ченного выходами к шине выхода кбда результата и к цифровым входам второго цифроаналогового преобразователя, аналоговый ввод которого соединен с выходом третьего цифроаналогового преобразователя, подхлючвнного аналоговым входом к выходу первого цифроаналогового преобразователя и к выходной шине сигнала коррекции, а цифровыми входами - к выходам третьего счетчика, соединенного счетным входом с выходом третьего элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 409150, кл. G 01 R 2 12, 1971 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 3472б8, кл. G 06 У. 3/00, 1970.

3. Гитис Э. И. Преобразователи информации для ЭЦВМ. M., "Энергия", 1975, с.. 333, рис. 7-13 (прототип),.

824232

Составитель С. Казинов

;Редактор A. шишкина техред A.савка корректор M. шарошн

Ю«««ЮЮ ««Ю ««

««ю«юю«««еа «ю,У««м«)

Заказ 212б/72 Тираж 745 Иодзжсиое

ВНИИПИ Государственного комитета ССССО

rio делам изобретений и .отнрнтйй

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 4 ««» ° «4«4««В««Ю & ««

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул Проектнан, 4