SU1177698A1

SU1177698A1 - Датчик давления с частотным выходом

Info

Publication number: SU1177698A1
Application number: SU833620632A
Authority: SU
Inventors: Lev F Ivin; Sergej Yu Ivanov; Aleksandr S Shpilevoj
Original assignee: Mvtu Imeni N E Baumana
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1985-09-07

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к вибрационно-частотным датчикам давления, содержащим струнные или цилиндрические резонаторы. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения погрешности от нестабильности фазового сдвига в контуре системы самовозбуждения датчика давле- ^,0ния.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - одна из возможных схем реализации блока управления £ ; ^,5

на фиг. 3 - одна из возможных схем реализации коммутора; на фиг. 4 управляемое фазокорректирующее звено ,

Устройство содержит частотный 20 датчик давления с механическим цилиндрическим или струнным резонатором 1, систему самовозбуждения, включающую в себя приемник 2 колебаний, возбудитель 3 колебаний, пред- 25 варительный усилитель 4, ключ 5, усилитель 6 мощности, управляемое фазокорректирующее звено (УФЗ) 7, блок 8 управления, генератор эталонной частоты (ГЭЧ) 9, две двух- 30 входовые схемы 10 и 11 совпадения, коммутатор 12, формирующий измерительные интервалы и управляющий ключом 5. Блок 8 управления обеспечивает также выработку сигналов на 35 обнуление реверсивного счетчика 13, сигналов на перепись содержимого реверсивного счетчика 13 через ключевую схему 14 в регистр 15 и далее в цифроаналоговый преобразователь 40

16. Ключевая схема 14 содержит К ключей (К - разрядность реверсивного счетчика 13), которые управляются по управляющему входу с блока 8 управления. Блок 8 управления 45

(фиг.2) состоит из таймера 17, имеющего внешний пуск, выходной сигнал которого управляет триггерами 22 и 23 элемента ИЛИ 18, двухвходовой схемы 19 совпадения, двоичного 50

счетчика 20 с емкостью N разрядов, делителя 21 с коэффициентом деления "два". Коммутатор 12 (фиг.З) обеспечивает правильное функционирование реверсивного счетчика 13 и циф- 55 роаналогового преобразователя (ЦАП)

16. Он состоит из К-входовой схемы 28 совпадения триггера 27, двухвходовых схем 24 и 25 совпадения и элемента ИЛИ 26.

Устройство работает следующим образ ом.

Автоколебательный контур, состоящий из возбудителя 3 колебаний,, механического резонатора 1, приемника 2 колебаний., предварительного усилителя 4, усилителя 6 мощности, УФЗ 7, обеспечивает возбуждение колебаний на частоте ,собственных колебаний резонатора или близких к ней. В процессе работы изменение параметров усилителя 4 может приводить к появлению фазового сдвига Δ4 > ^ПР^И котором частота автоколебаний становится отличной от частоты собственных колебаний резонатора в соответствии с формулой

Я ВТ

где Д'Ч~ фазовый сдвиг в системе возбуждения резонатора.

Появление фазового сдвига является причиной снижения точности измерений. Для повышения точности измерений путем компенсации фазового сдвига устройство осуществляет сравнение периодов автоколебаний и собственных колебаний резонатора и корректировку фазового сдвига с помощью управляе- . мого фазокорректирующего звена по сигналу, пропорциональному разности периодов автоколебаний и собственных колебаний резонатора.

Сравнение происходит следующим образом. В течение первого такта блок 8 управления формирует измерительный интервал Т1, равный N периодам частоты автоколебаний в те<лйТ·

чение которого идет заполнение реверсивного счетчика 13 импульсами эталонной частоты с генератора 9. В течение второго такта блок 8 управления формирует изме'рительный интервал Т2, равный N периодам частоты свободных колебаний £_σ, в течение которого из записанного в РС 13 числа вычитаются импульсы эталонной частоты £_эт.. По окончании второго такта БУ 8 дает разрешение перезаписи остатка ΔΝ = £_эт(Т1-Т2) =

= £_этN(1/£_Й0Т- 1/£₀) в регистр 15, преобразование его в, ЦАП 16 в управ-, ляющий сигнал, пропорциональный ΑΝ, который, воздействуя на УФЗ 7, меняет его фазовую характеристику до

3

1177698

4

тех пор, пока фазовый сдвиг не скомпенсируется фазовым сдвигом, вносимым УФЗ 7. При этом частота автоколебаний в контуре становится равной собственной частоте колебаний 5 резонатора.

В первоначальный момент времени ключ 5 находится в положении, замыкающем автоколебательный контур ·, триггеры 22 и 23 - в нулевом положе- 10 нии, счетчик 20 обнулен. При включении тумблера "Пуск" таймер 17 блока 8 управления выработает сигнал, который обнуляет реверсивный счетчик 13, устанавливает триггер 22 в еди- 15 ничное состояние, что дает разрешение на схему 19 совпадения. Этот же сигнал поступает на коммутатор 12, устанавливая триггер 27· в нулевое состояние. 20

Импульсы автоколебаний £_йвт1 поступают на первый вход БУ 8 и через элемент ИЛИ, .схему 19·совпадения на двоичный счетчик 20, а импульсы ξ,_3Τ генератора 9 эталонной частоты 25 через схему 11 совпадения, элемент ИЛИ 26 - на прямой вход реверсивного счетчика 13. По истечении времени,

Т1 = Ν/^_0Τ , импульс со схемы 20 переключит триггер 23 в единичное 30

состояние. При этом ключ 5 разорвет цепь автоколебаний, разрешающий потенциал с выхода БУ'8 откроет схему 10 совпадения, схема 11 совпадения закроется.- Импульсы свободных коле- 35 баний через элемент ИЛИ 18 и схему 19 совпадения поступают на двоичный счетчик 20. После переполнения счетчика 20, которое произойдет в момент времени Т2 = Ν/^, импульс пе- до реполнения поступит на делитель 21 с коэффициентом деления "дв'а" и через него - на обнуление триггеров 22 и 23 и также на перепись содержимого РС 13 в регистр 15 через кто- 45 чевую схему 14. В течение времени Т2 импульсы £_5Т генератора 9 через _ схему 10 совпадения поступают на элемент 25 и далее на обратный вход реверсивного счетчика 13, Происходит 50 вычитание импульсов эталонной частоты, поступающих за время.Т2 в РС 13 из числа импульсов эталонной частоты, записанных в РС 13’ в течение времени Т1. Если Т1 > Т2, то остаток 55 после вычитания положителен.

Если Т2 > Т1 то число, вычитаемое из реверсивного счетчика, больше числа, записанного в него при первом такте. В этом случае коммутатор обеспечивает правильное функционирование РС 13 й ЦАП 16. При уменьшении содержимого реверсивного счетчика 13 до нуля и далее коммутатор обеспечивает переключение шины, по которой поступают импульсы £_этсо схемы 10, с входа обратного счета на вход прямого счета РС 13, Одна из возможных схем реализации коммутатора показана на фиг. 3. В момент, когда содержимое РС 13 уменьшается до нуля, К-входовая схема 28 совпадения коммутатора 12 пропускает импульс, который переводит триггер 27 в единичное состояние. При этом выход элемента 10 через схему 24 . совпадения и элемент ИЛИ 26 подсоединяется к входу прямого счета РС 13. Одновременно с переключением шины коммутатор 12 вырабатывает сигнал переключения полярности выходного, напряжения ЦАП 16. . Положительному выходному напряжению ЦАП 16 соответствует "0" на выходе 0 триггера 27 коммутатора 12,· а отрицательному "1". Импульс переполнения с элемента 21 поступает также на вход таймера 17, который через время ^сформирует на выходе импульс начала следующего цикла коррекции. Время Т_т, задаваемое таймером, выбирается сравнимым с временем изменения фазового сдвига в системе самовозбуждения.

Таким образом, содержимое реверсивного счетчика после цикла коррекции определяется формулой

ΔΝ = £_эт (Т1-Т2) - Ν£_3Τ (1/£_авт- 1/£₀>·

Этот остаток преобразуется в ЦАЛ 16 в управляющий сигнал,· который воздействует на УФЗ 7, меняя его фазовую характеристику. УФЗ представляет собой последовательность дифференцирующих или интегрирующих КС-цепочек, в которых функции управляемых сопротивлений выполняют полевые транзисторы, затворы которых объединены. На фиг. 4 показан пример построения УФЗ на полевых транзисторах с рп-переходом. Собственная температурная нестабильность УФЗ может быть получена весьма малой путем выбора температурных коэффициентов емкости .и сопротивления канала поле5

1177698

6

вых транзисторов равными по величине и противоположной по знаку. Временная нестабильность УФЗ имеет период, во много раз превосходящий длительность цикла измерения и коррекции, и потому не оказывает существенного влияния на точность измерений!

Предлагаемое устройство наиболее эффективно при работе с резонаторами, имеющими относительно низкую доброт5 ность (О < 1000), например, невакуумированными струнами, которые предназначены для использования в прецизионных частотных датчиках.

Фиг. /

1 177698

Фя.2

Фиг.З

(ОтВл.6)	------1
	С ”	1 А
			(Лп 8л V)
	7

Φι/ι.4

Claims

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ, содержащий механический ре- ’ зонатор, возбудитель колебаний, приемник колебаний, подключенный к входу предварительного усилителя, выход которого через ключ подсоединен к усилителю мощности, и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения погрешности от нестабильности фазового сдвига в контуре приема и возбуждения колебаний резонатора, в него дополнительно введены генератор эталонной частоты, выходом подключенный к первым

входам первой и второй схем совпадения, последовательно соединенные коммутатор, реверсивный счетчик, электронная ключевая схема, регистр, цифроаналоговый преобразователь и управляемое фазокорректирующее звено, при этом вход фазокорректирующе- ’ го звена подключен к выходу усилителя мощности, а выход - к первому входу блока управления и к возбудителю колебаний, выходы первой и второй схем совпадения соединены с первыми й вторым входами коммутатора, при этом второй выход ключа соединен с

Λ

вторым входом блока управления, пер- «§ вый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторыми входами первой и второй схем совпадения и управляющим входом ключа, с управляющим входом электронной ключевой схемы и с управляющим входом коммутатора, синхронизирующий выход которого соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя, а выход реверсивного счетчика подключен к третьему входу коммутатора.

Зи ,.,1177698

1

1177698
2