Измерительный функциональный преобразователь

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»1984042 (61) Дополнительное к авт. свид-sy (22) Заявлено 24.07.81 (21) 3326373/18-21 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 23.12.82.Áþëëåòåíü М 47

Дата опубликования описания 23.12.82

Р М К з

Н 03 К 13/20

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (531УДК 681.325.3 (088.8) (72) Автор изобретения

З.М. Стрилецкий

Львовский ордена Ленина политехнически институт им. Ленинского комсомола (71) Заявитель (54 ) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЫЫй

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, предназначено для применения в линеаризаторах характеристик первичных измерительных преобразователей с частотным выходом и может быть применено для линеаризации характеристик пирометрических и других температурных датчиков, расходомеров, датчиков давления и др.

Известен цифровой функциональный преобразователь для многоканальных измерительных систем, содержащий первый двоичный счетчик, ключи, схему свертки, формирователь, второй 15 двоичный счетчик, первый запоминающий регистр, постоянное запоминающее устройство, двоично-десятичный счетчик, первые ключи выхода на ма гистраль, схему сравнения кодов, логи-20 ческий преобразователь, второй запоминающий регистр, вторые ключи выхода на магистраль (:13.

Недостатками этого устройства яв ляются сложность и ограниченные функ циональные возможности, так как он предн аз н ачен для лине ариз ации только монотонных функций .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является час. тотно-импульсный функциональный генератор, содержащий генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, дешифратор, запоминающий блок, управляемый делитель частоты, элементы И первой и второй группы, сумматор-вычитатель, элемент И (21.

Известное устройство воспроизводит только функции вида у = а х- и

+Ь не может воспроизводить функции ви+ Ь

1 да у=ах с, что снижает его фун кци- ональные возможности и снижает точность приближения функций. Точность приближения функций снижает также отсутствие канала коррекции погрешности приближения.

Цель изобретения — повышение точности воспроизведения функций и расширения функциональных возможностей преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий счетчик, первая группа выходов которого через дешифратор подключена к входу блока памяти, первый реверсивный счетчик, первый и второй блоки элементов совпадения первый и второй элементы ИЛИ, первы .

984042 управляемый делитель частоты, выход которого соединен с первым входом первого блока сложения-вычитания импульсных последовательностей, выход которого подключен к сигнальному входу первого реверсивного 5 счетчика, установочный вход которого соединен с первым выходом блока памяти, первая группа выходов которого соединена с группой входов первого управляемого делителя частоты, 1О к входу которого через первый элемент ИЛИ подключены выходы перво го блока элементов совпадения, первая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого ре- 15 версивного счетчика и первой группой входов второго блока элементов совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой входов первого блока элементов совпадения и с второй группой выходов счетчика, выходы второго блока элементов совпадения подключены к входам второго элемента ИЛИ, введены второй и третий реверсивные счетчики, третий и четвертый блоки элементов совпадения, третий и четвертый элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый управляемый делители частоты, второй и третий блоки сложения-вычитания импульсных последовательностей, причем первый вход второго блока сложения-вычитания соединен с выходом второго управляемого делителя частоты, второй вход с выходом третьего управляемого делителя частоты, 35 а выход — c сигнальным входом второго реверсивного счетчика и первым входом третьего блока сложения-вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого блока сложения-вы- 49 читания, .а выход соединен с сигнальным входом третьего реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с вторым выходом блока памяти, втор я группа выходов которого 45 соединена с информационными входами третьего реверсивного счетчика, третья группа выходов блока памяти сое,динена с информационными входами первого реверсивного счетчика, чет- 50 вертая группа выходов, блока памяти соединена с информационными входами. четвертого управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход — с вторым входом первого блока сложения-вычитания, пятая группа выходов блока памяти соединена с инФормационными входами второго управляемого делителя частоты, шестая группа выходов подключена к информационным входам второго реверсивного счетчика, седьмая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами третьего управляемого делителя частоты, третий вы- 65 ход блока памяти подключен к уста-. новочному входу второго реверсивного счетчика, выходы разрядов которога соединены с первой группой входов третьего блока элементов совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой выходов счетчика и с первой группой входов четвертого блока элементов совпадения, вторая группа входов которого подключена к выходам разрядов второго реверсивного счетчика, выходы третьего блока элементов совпадения через третий элемент

ИЛИ подключены к входу второго управляемого делителя частоты, выходы четвертого блока элементов совпадения соединены через четвертый элемент ИЛИ с входом третьего управляемого делителя частоты.

На Фиг. 1 представлена структурная схема измерительного функционального преобразователя на фиг.2варианты выполнения блока сложениявычитания импульсных последовательностей (a — комбинированный блок сложения-вычитания> 5 — блок сложения; 6 — блок вычитания и временные диаграммы, иллюстрирующие его работу; ъ- управляемый блок сложения= вычитания ; на фиг. 3 — графики к пояснению принципа работы преобразователя.

Преобразователь содержит входную шину 1, реверсивные счетчики 2-4; счетчйк 5, блоки 6-9 элементов совпадения, элементы ИЛИ 10-13, управляемые делители 14-17. частоты, блоки 18-20 сложения-вычитания импульсных последовательностей, дешифратор 21, блок 22 памяти.

Комбинированный блок сложения-вычитания (фиг. 2а) содержит входы 23 и 34, выход 25, элемент 26 вычитания, элемент 27 задержки, элемент

ИЛИ 28.

Блок сложения (фиг. 26) содержит элемент 29 з адержки, элемент ИЛИ 30.

На фиг. 26 представлен блок вычитания, содержащий 0-триггер 31 и элемент ИЛИ 32, где 33 и 34 — сигналы на С- и 0-входах соответственно

D-триггера 31 35 — сигнал на выходе

0-триггера 31; 36 — сигнал на выходе блока вычитания, Управляемый блок сложения-вычитания (фиг. 2,ъ) содержит элементы И

37, 38, элемент 39 сложения, элемент 40 вычитания и инвертор 41.

Комбинированный блок сложениявычитания (фиг. 2,а) образуется коммутацией входов и выходов блока сложения (фиг. 2,6 ) и блоха вычитания (Фиг. 2,в) .

Счетчики 2 и 5, блоки 6 и 7, элементы 10 и- 11, делители 14 и 15 и блок 18 образуют канал аппроксимирующей функции.

984042

Счетчики 3 и 5, блоки 8 и 9, элементы 12 и 13, делители 16 и 17 и блоки 19 образуют канал корректирующей функции (канал коррекции) .

Результат преобразования фиксируется счетчиком 4. Управление блоками преобразователя осуществляется с помощью дешифратора 21 и блока 22 памяти.

Управляемый блок сложения-вычитания (фиг. 2,i) работает следующим образом. Пусть на вход 23 поступает импульсная последовательность, формируемая каналом аппроксимирующей функции, .на вход 24 — импульсная последовательность, формируемая каналом коррекции, т.е. блок выполняет функции блока 20 (фиг. 1). Если из блока памяти на вход элемента И

37 подан разрешающий потенциал, то импульсная последовательность канала коррекции, поступая на вход элемента 40, вычитается из импульсной посл< цовательности, формируемой каналом аппроксимирующей функции, и результ ат через элемент 39 сложения проходит на выход 25 блока. В это время элемент И 33 закрыт запрещакщим потенциалом с выхода инвертора 41. В том же случае, когда на вход элемента И 38 подан запрещающий потенциал из блока 22 памяти, на входе элемента И 38 будет разрешающий потенциал инвертора 41. Тогда импульсная последовательность, формируемая каналом коррекции, не проходит через элемент И 37 и, следовательно, через элемент 40 вычитания, а проходит через элемент И 38 на вход элемента 39 сложения, на второй вход которого поступает импульсная последовательность, Формиру( емая каналом аппроксимирующей функции, беспрепятственно прошедшая . через элемент 40 вычитания. На выходе элемента 39 сложения в этом ,Случае имеем суммарную импульсную последовательность канала аппрокси:мирующей функции и канала коррекции. !

Рассмотрим работу преобразователя.

Вначале все блоки преобразователя устанавливаются в исходное состояние.

В счетчиках 2-4 устанавливаются начальные числа, значения которых содержатся в блоке 22 памяти..С помощью блока 22 памяти устанавливаются также режимы работы счетчиков 2, 3 и 4, а также, в случае необходимости, режимы работы блоков

18, 19 и 20 сложения-вычитания (в том случае, если эти блоки выполнены управляемыми — на фиг. 2 ъ) и устанавливаются начальные значения коэффициентов деления управляемых делителей 14-17 частоты. Дешифратор

21 в процессе работы определяет начало каждого участка аппроксимации и выдает сигналы блоку 22 памяти для установки новых значений коэффициентов деления,управляеьых делителей частоты и изменения, в случае необходимости, режимов работы блоков преобразователя.

График, иллюстрирующий процесс . приближения заданной функции функцией, формируемой каналом аппрокси- мации на одном из участков прибI лижения, показан на фиг. 3,а.

Аппроксимирующая функция явля+.й. ет ся степенной функцией вида y = ах

Характер функции и значение показателя степени (задаваемое управляемыми делителями 14 и 15 частоты ) однозначно определяется выбранными углами аппроксимации A и В (фиг. 3).

В результате возникает погрешность приближения йу, которую в известном устройстве Г2 ), воспроизводящем

Функцию вида у = а х-, устранить не-. возможно.Для устранения этой погрешности в преобразователь введен канал коррекции,который фоспроизводитстепенI 1— ные Функции вида Z=кх, Разность

ЗО между заданной функцией и аппроксимирующей назовем функцием коррек- . ции в отличие от корректирующей функции, воспроизводимой блоком коррекции, Корректирующей функцией приб35 лижается Функция коррекции. Результат приближения складывается с аппроксимирующей функцией или вычитается из нее. В результате значительно уменьшается погрешность приб лижения. Графики, иллюстрирующие процесс приближения заданной функцией с введением коррекции, показаны на фиг. З,Б,ь, . Штриховой линией показана аппроксимирующая функция и функция коррекции, сплошной (тонкой ) — заданная функция, сплошной (толстой ) — корректирующая функция и результат приближения. Как видно из фиг. 3,5, в,t, приближение можно осуществлять различными способами: аппроксимирующая функция пере.секает заданную в конце и начале каждого участка аппроксимации (фиг. 3, б); аппроксимирующая функция пересекается с заданной только в начале, а далее Функции расходятся; аппроксимирующая функция пересекается с заданной только в начале каждого участка аппроксимации, далее на каждом участке аппроксима © ции заданная и аппроксимирующая функции. расходятся. Способ приближения выбирается в зависимости от вида заданной функции, требуемой точности. приближения и требуемых аппара4$ турных затрат.

984042

10!

На вход счетчика 5 поступает входная импульсная последовательность х.

Эта импульсная последовательность вы зывает появление на выходе элемента 10 сборки импульсной последовательнос-) ти, описываемой уравнением

4У26= dz - dy15 (6) Z dx У1а m (1) 25

Z дх х cIZ

K„m К2 m (8) (9) cI о у1о И К (2) Z

l(. К Z dx

Z а + о 3 К„ х 1о

SO

dZ К dx (11)

Z К1 х

Проинтегрировав (11 ) и, подставив пределы изменения переменных, получим х

Уь 2 = — Огнях (17 j

К о, откуда

Кд

6©

К, Z = а ° x о

xdZ

m (3) (13 ) Режимы работы преобразователя, а следовательно, и вид воспроизводимых функций определяются характером блоков 18, 19, 20 сложения-вычитания (фиг. 2,a,f,е, ъ) и режимами работы счетчиков 2, 3, 4. Так как все комбинации рассматривать нецелесообразно и трудно из-эа их большого количества, а вывод формул для каждого режима аналогичен, рассмотрим один из возможных режимов работы канала. формирования аппроксимирующей функции (работа канала коррекции аналогична ).

Пусть для определенности блок 18 выполнен по схеме комбинированного блока сложения-вычитания (фиг. 2,а).

1 где dy — приращение импульсной после1О довательности у„„; . dx - приращения импульсной последовательности Х;

Z — текущее значение числа в счетчике 2;

m — коэффициент пересчета счетчиков 2 и 5.

Импульсная последовательность с выхода элемента 10 делится управляемым делителем 14 частоты. где dy — приращения импульсной после1W довательности у„ на выходе управляемого делителя 14 частоты;

К1- коэффициент деления делителя 14.

Импульсная последовательность с выхода делителя 14 поступает на вход блока 18 сложения-вычитания и далее на вход счетчика 2, вызывая появление импульсной последовательности у на выходе элемента ИЛИ 11, кото11 рая описывается уравнением где dy — приращения импульсной после1 довательности у1„; х — текущее значение числа в счетчике 5;

dZ — приращение импульсной последовательности Z на выходе блока 18 сложения-вычитания.

Импульсная последовательность dy„„ делится управляемым делителем 15 частоты

d (4) где dy — приращения импульсной после15 довательности у на выходе делителя 15;

16

К2- коэффициент деления делите. ля 15.

Работа элемента ИЛИ 28 (фиг. 2,a) описывается уравнением

dy11 + (5) где dy --приращения импульсной пос26 ледовательности у на выходе элемента 26 вычитания.

Работа элемента 26 вычитания описы о вается уравнением

Из уравнений (5) и (6) "У1 = 4У1, (x)

I учитывая (1), (? ) (3) и (4) откуда

35 а2 Z К2.в

К1- m -х

Число в счетчике 2 будет изменя р ться от величины ао в соответствии с режимом работы счетчика 2.

При работе счетчика 2 в режиме сложения

Продифференцировав уравнение (10 ) и разделив переменные, получим

При работе счетчика 2 в режиме вычитания, проделав аналогичные преф5 образования, получим

984042

Кд о= а х

К. (14 ) I

В том случае, если блок 18 сложения-вычитания работает в режиме сложения (фиг. 2,6 ), канал формирования аппроксимирующей функции воспроизво« дит функцию вида

Здесь знак "-" в показателе степени при работе счетчика 2 в режиме суммирования, знак "+" — при работе ,счетчика 2 в вычитающем режиме. 15

Если же блок 18 сложения-вычитания работает s режиме вычитания (фиг.2,в) воспроизводимая функция имеет вид к

+ ао (1+ ) (16 ) 20 !

Здесь знак "+" в показателе степени при работе счетчика 2 в режиме суммирования, а знак "-" — в режиме вычитания.

Аналогичные функции воспроизводятся каналом коррекции. Импульсные последовательности, сформированные каналами воспроизведения аппроксимирующей и корректирующей функции, - 39 поступают на соответствующие входы блока 20 сложения-вычитания, выполненной как показано на фиг. 2,г . Ре.зультирующая импульсная последовательность интегрируется счетчиком 4, в котором фиксируется результат преобразования.

В предлагаемом преобразователе расширен класс аппроксимирующих функций и введен канал коррекции, Е которые позволяют, сохраняя те же уз-лы аппроксимации, уменьшить погрешность аппроксимации.

Предлагаемый преобразователь, кроме воспроизведения функции вида y, = ах+- Ь, воспроизводит функции вида -.

1 -,й

+— уцк, . 1 (1 1 .,„,„(„, x 1

Таким образом, класс воспроизводи- Е мых функций значительно расширен, а следовательно, расширены и функциональные-возможности преобразователя.

Кроме того, указанный характер показателя степени позволяет повы- М сить точность приближения эа счет более точного, чем у известного устройства, задания показателя степени.

Формула изобретения

Измерительный функциональный пре- Щ обрабователь, содержащий счетчик, первая группа выходов которого через дешифратор подключена к входу блока памяти, первый реверсивный счетчик, первый и второй блоки элементов совпадения, первый и в орой элементы

ИЛИ, первый управляемый делитель частоты, выход которого соединен с первым входом первого блока сложениявычитания импульсных последовательностей, выход которого подключен к сигнальному входу первого реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с первым выходом блока памяти, первая группа выходов (15 ) !О которого соединена с группой входов первого управляемоro делителя частоты, к входу которого через первый элемент ИЛИ подключены выходы первого блока. элементов совпадения, первая группа входов которого соединена с выходами разрядов первого реверсивного счетчика и первой группой входов второго блока элементов совпадения,, вторая:группа входов кото- рого. соединена с второй группой входов первого блока элементов совпадения и с второй группой выходов счетчика, выходы второго блока элементов совпадения подключены к входам второго элемента ИЛИ, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения функций и расширения функциональных возможностей преобразователя, в него введены второй и третий реверсивные счетчики, третий и четвертый блоки элементов совпадения, третий и четвертый элементы ИЛИ, второй, третий и четвертый управляемые делители частоты, второй и третий блоки сложения-вычитания импульсных последовательностей, причем первый вход второго блока сложениявычитания соединен с выходом второго управляемого делителя частоты, второй вход с выходом третьего управ ляемого делителя частоты, а выход— с сигнальным входом второго реверсивного счетчика и первым входом третьего блока сложения-вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого блока сложения-вычитания, а выход соединен с сигнальным входом третьего реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с вторым выходом блока памяти, вторая группа выходов которого соединена с информационными входами третьего реверсивного счетчика, третья ,группа выходов блока памяти соединена с информационными входами первого реверсивного счетчика, четвертая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами четвертого управляемого делителя частоты, вход которого,.соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход — с вторым входом первого блока сложениявычитания, пятая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами второго управляемого делите984042

l0 ля частоты, шестая группа выходов подключена к информационным входам второго реверсивного счетчика, седьмая группа выходов блока памяти соединена с информационными входами третьего управляемого делителя частоты, третий выход блока памяти подключен к установочному входу второго реверсивного счетчика, выходы разрядов кбторого соединены с первой группой входов третьего блока совпадения, вторая группа входов которого соединена с второй группой выходов счетчика и с первой группой входов четвертого блока элементов совпадения, вторая группа«входов 15 которого подключена к выходам разрядов второго реверсивного счетчика, 1 выходы третьего блока элементов сов= падения через третий элемент ИЛИ подключены к входу второго управляемого делителя частоты, выходы четвертого блока элементов совпадения соединены через четвертый элемент ИЛИ с входом третьего управляемого делителя частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гильман Г.Г., Иохельсон Е.Д., Лихтциндер Б.Я., Широков С.М. Цифровой функциональный преобразователь для многоканальных измерительных систем. — "Приборы и системы управления", 1978, 9 10, с. 30-32.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 674008, кл. Н 03 К 13/20, 1979.

984042

ВНИИПИ Заказ 9956/75 Тираж 959 . Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4