RU2772700C1

RU2772700C1 - Device for pressure conversion into proportional frequency

Info

Publication number: RU2772700C1
Application number: RU2021123972A
Authority: RU
Inventors: Асим Мустафаевич Касимов; Александр Иванович Попов
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2022-05-24

Abstract

FIELD: automatic equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of automation and is proposed for use in measuring speed parameters and control in systems exposed to radiation and operating in explosive conditions, as well as in aircraft instruments. The pressure-to-proportional frequency conversion device contains a seven-membrane comparison unit and an aperiodic link, a power amplifier with pressure feedback, a jet frequency generator with a frequency output of the device, a jet amplifier-shaper, two jet pulsers with aperiodic links in feedback in each, feedback channels with minus chambers of the comparison unit, sequentially connected to it.

EFFECT: reduction in the measurement error due to the inclusion of local feedbacks.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики и предлагается к использованию при измерении и управления в системах, подверженных радиационным воздействиям и работающим во взрывоопасных условиях, а также в авиационных приборах.The invention relates to the field of automation and is proposed for use in the measurement and control of systems subject to radiation exposure and operating in explosive conditions, as well as in aircraft instruments.

Известно устройство, например, для процедуры измерения ускорения, по которому формирующие импульсы частоты генератора с помощью апериодических звеньев в виде дросселей и емкостей преобразуются в аналоговый сигнал давления, причем по пути формирования выполняется отбор по группам входных пневматических импульсов, набираемых за период частоты генератора (SU 1702354 А1, 20.07.1989). Недостатком этого устройства является невысокое быстродействие, поскольку передача сигналов выполняется полностью на мембранных элементах.A device is known, for example, for the procedure for measuring acceleration, according to which the shaping pulses of the generator frequency with the help of aperiodic links in the form of chokes and tanks are converted into an analog pressure signal, and along the formation path, selection is performed by groups of input pneumatic pulses collected over the period of the generator frequency (SU 1702354 A1, 07/20/1989). The disadvantage of this device is the low speed, since the signal transmission is carried out entirely on the membrane elements.

Известно устройство, в котором частотные сигналы струйного генератора, выполненного секционным в виде последовательно соединенных в кольцо триггеров с раздельными входами, от прямых и инверсных выходов триггеров проходят по параллельным линиям, каждая из которых содержит стабилизатор и импульсатор на струйных элементах. При этом выходные сигналы линий формируют аналоговые сигналы в камерах давлений дополнительных сумматоров, далее объединенных в общий. Недостатками известного устройства является разделение сигналов струйного генератора по секциям с последующим объединением для получения суммарного аналогового сигнала (RU 156837 U1, 20.11. 2015 г.).A device is known in which the frequency signals of a jet generator, made sectional in the form of triggers connected in series in a ring with separate inputs, from the direct and inverse outputs of the triggers pass along parallel lines, each of which contains a stabilizer and an impulse generator on jet elements. In this case, the output signals of the lines form analog signals in the pressure chambers of additional adders, further combined into a common one. The disadvantages of the known device is the separation of the signals of the jet generator in sections, followed by combining to obtain a total analog signal (RU 156837 U1, 20.11. 2015).

Известно устройство, у которого вырабатывается струйный частотный сигнал с последующим преобразованием в пневматический аналоговый сигнал (RU 157945 U1, 20.12.2015 г.), принятое за прототип. Частотный инверсноамплитудный выход струйного генератора подается в пневматическую емкость, разделенную мембраной. В емкости формируются аналоговые сигналы, каждый через свои последовательно соединенные струйный преобразователь импульсов постоянной длительности и амплитуды с пневматической емкостью и линейным дросселем.A device is known that generates a jet frequency signal with subsequent conversion into a pneumatic analog signal (RU 157945 U1, 20.12.2015), taken as a prototype. The frequency inverse-amplitude output of the jet generator is fed into a pneumatic container separated by a membrane. Analog signals are formed in the tank, each through its series-connected jet converter of pulses of constant duration and amplitude with a pneumatic tank and a linear throttle.

Недостатком известного устройства является отсутствие местных обратных связей по давлению, которые повышают стабильность работы устройства и снижают погрешность измерения.A disadvantage of the known device is the lack of local pressure feedback, which increases the stability of the device and reduces the measurement error.

Техническим результатом является повышение точности при включении местной обратной связи и быстродействия при меньшем количестве мембранных элементов.The technical result is to increase the accuracy with the inclusion of local feedback and speed with a smaller number of membrane elements.

Технический результат достигается тем, что устройство преобразования давления в пропорциональную частоту, характеризующийся тем, что содержит семимембранный блок сравнения, последовательно связанные с ним апериодическое звено, усилитель мощности с обратной связью по давлению, струйный генератор частоты с частотным выходом устройства, струйный усилитель-формирователь, два струйных импульсатора с апериодическими звеньями в обратной связи в каждом, каналы обратной связи с минусовыми камерами блока сравнения через апериодические звенья.The technical result is achieved by the fact that the device for converting pressure into a proportional frequency, characterized in that it contains a seven-membrane comparison unit, an aperiodic link connected in series with it, a power amplifier with pressure feedback, a jet frequency generator with a frequency output of the device, a jet amplifier-shaper, two jet pulse generators with aperiodic links in feedback in each, feedback channels with minus chambers of the comparison unit through aperiodic links.

Многие параметры производственных процессов представляются в виде величин давления в аналоговом виде. С развитием техники и повышением объемов переработки информации требуются представления об объектах управления с цифровыми характеристиками, позволяющие улучшить качество производимых материальных продуктов, а также повысить их технологическую безопасность.Many process parameters are represented as analog pressure values. With the development of technology and an increase in the volume of information processing, ideas about control objects with digital characteristics are required, which make it possible to improve the quality of manufactured material products, as well as to increase their technological safety.

Однако достаточно много показателей (измеряемых) производственных параметров в виде давления не линейны к первичному измеряемому параметру, например, «расход- давление», «температура-давление», и др.However, quite a lot of indicators of (measured) production parameters in the form of pressure are not linear to the primary measured parameter, for example, “flow-pressure”, “temperature-pressure”, etc.

Изобретение направлено на создание способа и устройства преобразования значения давления в аналоговом представлении в пропорциональную частоту следования сигналов давления.The invention is aimed at creating a method and device for converting a pressure value in analog representation into a proportional pressure signal repetition rate.

Устройство содержит семимембранный блок сравнения 1 с камерами А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, К, усилитель мощности 2 с дросселями R₁ и R₂ в обратной связи, апериодическое звено 3 с сопротивлением R₃ и емкости V₁, усилитель мощности 4, струйный генератор частоты сигналов давления 5, струйный усилитель-формирователь 6 с отдельным стабилизированным питанием, два струйных импульсатора 7 и 8 с апериодическими звеньями в обратной связи в каждом, содержащие соответственно сопротивления R₄₁ и R₅ и емкости V₂ и V₃, каналы обратной связи 9 и 10, соединенные с минусовыми камерами Ж и Д блока сравнения 1.The device contains a seven-membrane comparison unit 1 with chambers A, B, C, D, D, E, G, K, a power amplifier 2 with chokes R ₁ and R ₂ in feedback, an aperiodic link 3 with resistance R ₃ and capacitance V ₁ , power amplifier 4, jet pressure signal frequency generator 5, jet shaper 6 with a separate stabilized power supply, two jet pulsers 7 and 8 with aperiodic feedback links in each, containing, respectively, resistances R ₄₁ and R ₅ and capacitances V ₂ and V ₃ , feedback channels 9 and 10, connected to the minus chambers G and D of the comparison unit 1.

Преобразуемое давлении Р_вх поступает в плюсовую камеру Б блока сравнения 1, а в плюсовую камеру Е опорное давление Р₀. В выходных камерах А и К формируется давление на вход в усилитель мощности 2, который, благодаря делителю с дросселями с соответствующими сопротивлениями R₁ и R₂ в обратной связи к минусовой камере В блока сравнения 1 равно P₁=k₁(P_вх+P₀-P_Д-P_Ж), где k₁=(R₁+R₂)/R₁ коэффициент усиления. Это давление поступает к апериодическому звену 3 с сопротивлением R₃ и емкостью V₁ и поступает в усилитель мощности 4, повторяясь по давлению P₁, и далее на вход в генератор 5 частоты сигналов давления и в качестве обратной связи в плюсовую камеру Г. Такая схема выполняет функцию интегрирования сигнала Р₁=k₁(Р_вх+Р₀-Р_Д-Р_Ж). Т.о. давление P₁ на входе в струйный генератор 5 формируется как Р₂=(1/Q) ∫ k₁(P_вх+Р₀-Р_Д-P_Ж)dt, т.е. по интегральному закону с постоянной интегрирования Q. По мере роста давления Р₂ на входе в генератор 5 растет частота f выходных взаимоинверсных сигналов давления (на рисунке жирная и тонкая линии), которые по двум каналам поступают на струйный усилитель 6, формирующий сигналы давления с постоянными амплитудами Р₂₁ и Р₂₂ с той же частотой

.The converted pressure P _in goes to the plus chamber B of the comparator 1, and the reference pressure P ₀ enters the plus chamber E. In the output chambers A and K, pressure is formed at the input to the power amplifier 2, which, thanks to the divider with chokes with the corresponding resistances R ₁ and R ₂ in feedback to the negative chamber B of the comparison unit 1, is equal to P ₁ =k ₁ (P _in + P ₀ -P _D -P _W ), where k ₁ =(R ₁ +R ₂ )/R ₁ gain. This pressure is supplied to the aperiodic link 3 with resistance R ₃ and capacitance V ₁ and enters the power amplifier 4, repeating according to the pressure P ₁ , and then to the input to the pressure signal frequency generator 5 and as a feedback to the plus chamber G. Such a scheme performs the function of integrating the signal R ₁ =k ₁ (R _in +R ₀ -R _D -R _W ). That. pressure P ₁ at the inlet to the jet generator 5 is formed as P ₂ =(1/Q) ∫ k ₁ (P _in + P ₀ -R _D -P _W )dt, i.e. according to the integral law with the integration constant Q. As the pressure P ₂ at the input to the generator 5 increases, the frequency f of the output mutually inverse pressure signals (in the figure, thick and thin lines) increases, which are fed through two channels to the jet amplifier 6, which generates pressure signals with constant amplitudes P ₂₁ and P ₂₂ with the same frequency

.

Далее сигналы давления Р₂₁ и Р₂₂ поступают в импульсаторы 7 и 8, которые в зависимости от значений сопротивлений Р₄ и R₅ и емкостей V₂ и V₃ формируют импульсы постоянной амплитуды Р₃₁ и Р₃₂ и заданной длительностью t_u. Импульсы Р₃₁ и Р₃₂ с частотой f, зависимой от давления Р₂ поступают по каналам обратной связи 9 и 10 в минусовые камеры Ж и Д, где суммируются в камерах в давления по формулам Р_Д=Р₃₁•D и Р_Ж=Р₃₂•D, где D - коэффициент заполнения объемов камер Ж и Д соответственно импульсами Р₃₁ и Р₃₂. Параметр D=t_u/T, где Т - период колебаний сигналов давлений Р₂₁ и Р₂₂ с частотой f. После компенсации входного сигнала, поступающего в камеру Б, частотными сигналами P₂₁ и Р22 в установившемся режиме давления РД и РЖ прямо пропорциональны частоте f=k Р_вх.Next, the pressure signals P ₂₁ and P ₂₂ are sent to pulsers 7 and 8, which, depending on the values of the resistances P ₄ and R ₅ and capacitances V ₂ and V ₃ , form pulses of constant amplitude P ₃₁ and P ₃₂ and a given duration t _u . Pulses R ₃₁ and R ₃₂ with a frequency f dependent on pressure R ₂ are fed through feedback channels 9 and 10 into the minus chambers W and D, where they are summed up in the pressure chambers according to the formulas R _D = R ₃₁ • D and R _W = R ₃₂ •D, where D is the filling factor of the volumes of the chambers G and D, respectively, with pulses R ₃₁ and R ₃₂ . Parameter D=t _u /T, where T is the period of oscillation of the pressure signals P ₂₁ and P ₂₂ with frequency f. After compensation of the input signal entering the chamber B, the frequency signals P ₂₁ and P22 in the steady state pressure RD and RJ are directly proportional to the frequency f=k R _in .

Сумма давлений Р_Д+Р_Ж вычитается в блоке сравнения 1 из суммы давлений Р_вх+Р0, что приводит к снижению частоты генератора 5 до частоты, которая соответствует значению входного давления Р_вх+Р₀.The sum of the pressures R _D +R _W is subtracted in the comparison unit 1 from the sum of the pressures R _in + P0, which leads to a decrease in the frequency of the generator 5 to a frequency that corresponds to the value of the input pressure P _in + R ₀ .

Преимущества предложенной схемы:Advantages of the proposed scheme:

- пропорциональная непрерывная зависимость частоты f от входного давления Р_вх;- proportional continuous dependence of the frequency f on the inlet pressure P _in ;

- двухканальная обратная связь расширяет диапазон преобразования давления в пропорциональную частоту;- two-channel feedback expands the range of pressure conversion into proportional frequency;

- импульсная форма поступлений сигналов давлений в блок сравнения повышает точность операции;- the pulse form of pressure signals entering the comparison unit increases the accuracy of the operation;

- дополнительная местная обратная связь по давления повышают стабильность работы устройства и снижают погрешность измерения.- additional local feedback on pressure increase the stability of the device and reduce the measurement error.

Claims

A device for converting pressure into a proportional frequency, characterized in that it contains a seven-membrane comparison unit, a series-connected aperiodic link, a power amplifier with pressure feedback, a jet frequency generator with a frequency output of the device, a jet amplifier-shaper, two jet pulse generators with aperiodic links in the reverse connections in each, feedback channels with negative cameras of the comparison unit.