CS227621B1 - Zapojení pro převod fyzikální veličiny na elektrický výstupní signál - Google Patents

Abstract

Vynález se týká systémů laboratorních a průmyslových snímačů fyzikálních veličin. Snímač obsahuje vedle citlivého prvku pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou i další citlivé prvky pro převod ostatních fyzikálních veličin, které významně zkreslují převod citlivého prvku pro sledování hlavní fyzikální veličiny. Výstupy všech citlivých prvků se zavádějí do elektronického bloku, ve kterém se vyhodnocují hodnoty fyzikálních veličin snímaných všemi citlivými prvky pomocí matematických operaci. Na výstupu tohoto bloku je potom nezkreslená informace o sledované - hlavní - fyzikální veličině, případně vybraných rušivých fyzikálních veličin v požadovaném tvaru. Konstanty pro matematické operace jsou zaneseny ve zdroji konstant. Zapojení lze využít v měřicí a regulační technice zvláště tam, kde není pro převod fyzikální veličiny na elektrický signál k dispozici citlivý prvek, jehož výstupní hodnota je lineárně závislá pouze na této vstupní veličině.

Description

Vynález se týká zapojeni pro převod fyzikální veličiny na elektrický výstupní signál, u kterého se fyzikální veličiny přemění citlivými prvky na veličiny elektrické s následným opracováním pro získáni výstupního signálu v požadovaném tvaru.

Převod sledovaných fyzikálních veličin na veličiny elektrické se provádí dvěma způsoby a to bud na úrovni analogových signálů nebo pomoci číslicových zařízeni. V případě převodu na úrovni analogových signálů se sledovaná fyzikální veličina bud přímo, nebo až po převodu na jinou fyzikální veličinu, vhodným citlivým prvkem nebo soustavou ciltivých prvků a pomocných obvodů převádí na elektrickou veličinu. Tato elektrická veličina se obvykle ve snímači fyzikální veličiny převádí na analogový unifikovaný signál. Tento unifikovaný výstupní signál se v dalších, mnohdy samostatných přístrojích, zpracovává na požadovanou výstupní veličinu, která je pak vstupním signálem pro regulační zařízeni, pro sběr dat, pro registraci sledované veličiny a pod, Celý tento řetězec pro převod sledovan£^Zvefl2tny je tvořen obyčejně řadou různých přístrojů, ve kterých se provádějí potřebné úpravy elektrických signálů. Každý z přístrojů řetězce je zdrojem chyb, které převod zkresluji. Základním zdrojem chyb jsou citlivé prvky. Jednak je to jejich nelineární převod vstupní veličiny na výstupní elektrickou, jednak to, že mění svoji výstupní veličinu nejen vlivem změny převáděné fyzikální veličiny, ale 1 vlivem rušivých fyzikálních veličin, které jsou dány jejich pracovním prostředím a které tak nepříznivě ovlivňuji výsledky převodu sledované fyzikální veličiny na výstupní signál. Je to například teplota, tlak, vlhkost, napáječi napětí a pod. Tyto nepříznivé funkční vlastnosti citlivých prvků a působeni ostatních, tedy nesledovaných fyzikálních veličin, se odstraňuji různými druhy zapojeni, výběrem součásti, kompensačnimi obvody, konstrukčními úpravami, které máji tato ne- 2 227 621 příznivá působeni vyloučit nebo jejich vliv alespoň omezit. Tato řečeni jsou vlak výrobně velmi náročná· Individuální seřizováni každého kusu představuje Často v těchto případech montáž určitých přesných nastavevaelch prvků pro různá druhy zapojeni snímačů· Náročneat těchto operaci ja jednou z příčin vysokých cen snímačů fyzikálních veličin· K tomu přistupuje potřebo dalších přístrojů řetězce pro získáni výstupního signálu v poiadovsnám tvaru. Při použiti číslicových zařízeni ee sledovaná veličina převádí na číselný údaj prostřednictvím kódovaných zařízeni nebo tak, že kompensovaný analogový signál se zavádí do analogově číslicových převodníků, jejichž číslicový výstupní signál se dále vhodným způsobem zpracovává. Chyby převodu fyzikální veličiny ne kódovaný signál způsobená vnějšími podmínkami snímače a jejich změnami se věak opět provádějí ve vlastním snímači. Vnějšími číslicovými zařízeními lze kompensovet pouze chyby, které jsou dány funkčními vlastnostmi převodních citlivých prvků s nejsou závislá na změnách pracovního prostředí.

Tyto nedostatky odstraňuje zapojeni pro převod fyzikální veličiny na elektrický výstupní signál podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ve snímači je citlivý prvek pro převod hlavni sladovaná fyzikální veličiny na veličinu elektrickou a citlivé prvky pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrická. Výstup dltlvého prvku pro převod hlavni sledovaná fyzikální veličiny na veličinu elektrickou je spojen s posledním signálním vstupem elektronického bloku. Výstupy citlivých prvků pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrické jsou spojeny s přiřazenými signálními vstupy elektronického bloku. Výběrový výstup elektronického bloku je spojen se vstupem zdroje konstant. Výstup zdroje konstant je spojen se vstupem konstant elektronického bloku. Elektronický blok je vybaven Informačními výstupy.

Zapojeni pro převod fyzikální veličiny na elektrický signál podle vynálezu řeší zcela novým způsobem realizaci snímačů fyzikálních veličin. Vychází z tá skutečnosti, že vztah mezi vstupními veličinami citlivých prvků snímače a jejich výstupními.veličinami lze popsat matematickými vztahy. Za vstupní veličiny se považuje jak sladovaná fyzikální veličina, tak 1 všechny významná ostatní

- 3 227 «21 fyzikální veličiny, které zkresluji převod ciltivého prvku sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou. Snímač podle zapojeni poskytuje vhodně udělené informace o těchto vstupních fyzikálních veličinách. Problém získáni nezkreslené informace o hodnotě sledované fyzikální veličiny ze zkresleného signálu pomoci kompensačnich obvodů, výběru součásti, individuálním nastaveni a seřízeni je zde přenesen na řečeni soustavy rovnic v elektronickém «bunda bloku, kterým může být jednak univerzální číslicový elektronický blok nebo počítač v automatizovaných systémech řízeni. Konstanty pro soustavy rovnic se stanoví při vlastni kalibraci snímačů a zavádí se do zdroje konstant, jenž je funkční součásti snímače. Timto způsobem se získává korigovaná informace o hodnotách vstupních veličin. Další výhodou je, že pomoci formátovacích konstant, které může zdroj konstant obsahovat, lze získat výstupní signál v předem zvoleném tveru a tím vyloučit řadu přístrojů popsaného řetězce přístrojů pro zpracováni výstupní veličiny clltivýcb prvků. Zapojeni též umožňuje případně získat informace o hodnotách ostatních - parazitních veličin.

Přiklad uspořádáni podle vynálezu je znázorněn v blokovém schématu na připojeném výkrese.

Ve snímači £ fyzikálních veličin jsou umístěny citlivé prvky 1*1·* 1·0· Citu vý prvek 1*q pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou slouží ke sledováni hlavní měřené fyzikální veličiny. V příkladě konkrétního provedeni je hlavni měře ná fyzikální veličina povrchové mechanické napětí membrány, na kterou působí, tlak tekutiny. Citlivým prvkem l_Ao pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou je tenzometr, kterým se měři povrchové mechanické napětí. Prvni citlivý prvek 1*1 pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličinu elektrickou je vytvořen jako odporový normál. Druhý citlivý prvek 1*1 pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličinu elektrickou je vytvořen jako teplomér. Snímač £ fyzikálních veličin je konstrukční celek, ve kterém jsou umístěny všechny citlivé prvky lil až 1*q pro převod všech sledovaných fyzikálních veličin na veličiny elektrické. Výstup 1*1 až l*Qxl každého citlivého prvku 1*1 až 1*0:1 pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrické je spojen s přiřazeným signálním vstupem H*1 až 11*0:1 elektronického bloku 1· Výstup Iq citlivého prvku Iq pro převod hlavni fyzikální veličiny na veličinu elektrickou je

- 4 621 spojen s poslední· signální· vstupe· 210 elektronického bloku 2» Elektronický blok 2 J® vytvořen jako číslicový počítač s analogovými a číslicovými vstupy. Výběrový výstup 2*5 elektronického bloku 2 je spojen se vstupe· zdroje 4 konstant. Zdroj £ konstant je vytvořen jako pamětový obvod s pevnou paměti. Výstup £*1 zdroje & konstant je spojen se vstupe· 2*2 konstant elektronického bloku 2· Elektronický blok 2 je opatřen informačními výstupy 2á*l ®^ž 2í*Q* které jsou současně výstupy zapojeni.

V případě, že převod hlavni sledované fyzikální veličiny na elektrický signál, který se provádí citlivým prvkem l_aQ pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou, je významně ovlivňován větším nebo menším počte· parazitních veličin, potom odpovídá počet citlivých prvků 1*1 až l_aQ:l pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličinu elektrickou počtu všech ostatních parazitních veličin, které převod významně ovlivňuji. Významnými parazitními veličinami u snímače s tenzometry mohcu být například teplota a napájecí proud. Př1 měřeni jiné hlavni sledované fyzikální veličiny se výběr parazitních veličin podle vlastnosti použitého citlivého prvku l*o pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou mění. Zapojeni pracuje takto. Citlivým prvkem 1*0 pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou, kterým se převádí změna povrchového mechanického napětí membrány na změnu elektrického odporu je tenzómetr. Ke změně povrchového mechanického napětí membrány dochází vlivem působeni tlaku tekutiny. Tenzómetr mění svůj odpor nejen vlivem povrchového mechanického napětí, ale též vlivem teploty. Odpor tenzometruso vyhodnocuje z úbytku napětí. Úbytek napětí je funkci procházejícího měřicího proudu. Měřici proud se vyhodnocuje z úbytku napětí na prvním citlivém prvku 1*1 pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrické. Druhý citlivý prvek 1*J pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrická je odporový teploměr, úbytek napětí na odporovém teploměru je funkci měřicího proudu teploty. Signál odpovídající úbytku napětí na citlivém prvku 1*q pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou přechází z výstupu £*b citlivého prvku 1*0 pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny na veličinu elektrickou na poslední signální vstup

- 5 227 B21

21*0 elektronického bloku 2· Signál odpovídající úbytku napiti na druhé· citlivé· prvku 1*£ pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrické/ to je ne odporové· teploairu přechází z výstupu £*& druhého citlivého prvku 1*£ pro převod ostatních fyzikálních vel1€1n na veličiny elektrické na druhý signální vstup 21*2 elektronického bloku 2- Signál odpovídající úbytku napětí ne prvním citlivém prvku 1*1 pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrické/ to je na odporovém normálu, přechází z výstupu 2*1 prvního citlivého prvku 1*1 pro sledováni ostatních fyzikálních veličin ne veličiny elektrické na první signální vstup 21*1 . elektronického bloku 2· ^v elektronickém bloku 2 se vyhodnotí odděleně hlavni sledovaná fyzikální veličina sledovaná citlivým prvkem Iq pro převod hlavni sledované fyzikální veličiny ne veličinu elektrickou každá fyzikální veličina sledovaná citlivým prvkem i_al až l*Qzl pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrické.

Toto vyhodnoceni se provádí v součinnosti s blokem £ konstant. Konstanty uložené v bloku ± konstant jsou závislé na konkrétních citlivých prvcích 1*1 ež 1*0 a stanovuji se při kalibraci snímače se kterým tvoři funkční celek. Požadavek ne vysláni konstanty, nutné pro vyhodnoceni přlslužné fyzikální veličiny vysílá elektronický blok svým výběrovým výstupem 2*2- Blok i konstant vysílá požadované konstanty svým výstupem 4*1 na vstup 2*2 konstant elektronického bloku 2- ^v bloku & konstant jsou též konstanty, které slouží pro určeni formátu výstupní informace. Na prvním Informačním výstupu žial elektronického bloku 2 J^e informace o hodnotě měřicího proudu, na druhém informačním výstupu 24*2 elektronického bloku 2 J^e infor' mace o hodnotě teploty a na posledním informačním výstupu 24*0 elektronického bloku 2 je informace o hodnotě povrchového mechanického napětí membrány nebo může být zvolena Informace o tlaku tekutiny v požadovaných jednotkách proto, že převod mezi tlakem tekutiny a povrchovým mechanickým napětím membrány není významně zkreslován žádnými jinými fyzikálními veličinami.

Vynálezu se využije v měřici e regulační technice o to jak v průmyslových tak v laboratorních podmínkách 1 při konstrukci snímačů fyžkálnich veličin.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   227 621

   Zapojeni pro převod fyzikální veličiny na elektrický výstupní signály vyznačující se tím, že ve snímači /2/ je citlivý prvke /1.n/ pro převod hlavni sledovaná fyzikální veličiny na veličinu elektrickou a citlivá prvky /1.1 až 1.n-1/ pro převod ostatních fyzikálních veličin na veličiny elektrická , kde výstup /2,n/ citlivého prvku /1n/ pro převod hlavni fyzikální veličiny na elektrický signál je spojens posledním signálním vstupem /31.n/ elektronického bloku /3/ a výstupy /2.1 až 2.n-1/ citlivých prvků /1.1 až 1.n-1/ pro převod ostatních fyzikálních veličin na elektrický signál jsou spojeny s přiřazenými signálními vstupy /31.1 až 3l.n-1/' elektronického bloku /3// jehož výběrový výstup /33/ je spojen se vstupem /42/ zdroje /4/ konstant/ jehož výstup /42/ je spojen se vstupem /32/ konstant elektronického bloku /3// s informačními výstupy /34.1 až 34.n/·