SU1642270A1 - Устройство дл измерени температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к термометрии и позвол ет повысить точность измерени  и расширить класс аппроксимируемых функций преобразовани . Выходной сигнал первичного измерительного преобразовател  1 преобразуетс  во временной интервал с помощью преобразовател  5 напр жени  во временной интервал. На врем  действи  сигнала с выхода преобразовател  5 напр жений во временной интервал открываетс  ключ 13, через который с выхода генератора 12 проход т импульсы на частотные входы двоичного умножител  2, управл емого преобразовател  8 частоты и на счетный вход счетчика 6 длины участка. Количество импульсов, прошедшее с выхода генератора 12, определ ет номер участи  аппроксимации, в соответствии с которым на выходе двоичного умножител  2 по вл етс  количество импульсов, пропорциональное аппроксимированому значению функции преобразовани . Результат измерени  накапливаетс  в счетчике 11 результата измерени . 1 ил. со С

Description

с 4 Ю ГО

VJ о

Изобретение относитс  к температурным измерени м, а именно к устройствам дл  измерени  температуры с коррекцией нелинейности первичных измерительных преобразователей, и может быть исполь- зовано при точных измерени х температуры .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  устройства и рас- ширение класса аппроксимируемых Функций преобразовани .

На чертеже представлена функциональна  схема предлагаемого устройства.

Устройство дл  измерени  температуры содержит первичный измерительный преобразователь 1, преобразующий температуру в напр жение, двоичный умножитель 2, включающий в себ  последовательно соединенные реверсивный счетчик 3 и преобразователь 4 кода в частоту, частотный вход и выход которого  вл ютс  соответственно входом и выходом двоичного умножител  2, преобразователь 5 напр жени  во временной интервал, последовательно соединенные счетчик б длины участка и счет- чик 7 номера участка, управл емый преобразователь 8 частоты, включающий в себ  последовательно соединенные мультиплексор9 и преобразователь 10 кода в частоту, частотный вход и выход которого  вл ютс  соответственно частотным входом и выходом управл емого преобразовател  8 частоты, реверсивный счетчик 11 результата измерени , генератор 12 импульсов , ключ 13,блок14управлени ишиф- ратор 15.

Если весь диапазон изменени  напр жени  на выходе первичного измерительного преобразовател  температуры разбить на m равных по длине участков и на каждом из них функцию преобразовани  первичного измерительного преобразовател  аппроксимировать с достаточной степенью точности полиномом второй степени, то на любом i-ом участке аппроксимации измер - ема  температура может быть выражена формулой, определ ющей функцию преобразовани 

в bol ± bli(U-UiM) ±02 (U-Uiff

причем

(1) 50

UiH U UIK, 1 m , где U - напр жение на выходе первичного измерительного преобразовател  1;55

Э- измер ема  температура;

UIH, UIK - напр жени  выходе первич- ного измерительного преобразовател  1 в

начальной и конечной точках 1-го участка соответственно;

b-oi,bii,b2i - посто нные коэффициенты, соответствующие l-му участку, при этом знаки пол рности перед коэффициентами Ьц и b2i могут принимать любые сочетани  независимо от номера участка аппроксимации .

Необходимо отметить, что разбивка на участки диапазона изменени  напр жени  на выходе первичного измерительного преобразовател  производитс  при условии не только, как отмечалось выше, равенства их длины Ди

AU UiK- U,H const,(2)

но и при условии, чтобы, во-первых, в узлах аппроксимации функци  преобразовани  (1) не претерпевала разрыва, т.е. чтобы соблюдались равенства

boi boi-i + Д01-1 ,(3)

гдеД0|-1 ±bii-i -Ди ±Ь к-2 Д U2, (4) а, во-вторых, чтобы за узлы аппроксимации выбирались в том числе экстремальные точки и точки перегиба при наличии их в функции преобразовани  (1), в которых ее первые и вторые производные соответственно мен ют знаки пол рности на противоположные .

В начале цикла измерени  импульс напр жени  с первого выхода блока 14 управлени , поступающий на входы записи реверсивных счетчиков 3 и 11, производит в них запись чисел, соответствующих кодам их начальных уставок Bi и В0. шины которых соединены с информационными вхо- дами этих счетчиков. Вслед за записью чисел импульс напр жени  с второго выхода блока 14 управлени  запускает преобразователь 5 напр жени  во временной интервал, длительность Тп которого определ етс  выражением

Тп KU(5)

где К - коэффициент преобразовани  преобразовател  5 напр жени  во временной интервал.

Учитыва  непрерывность и линейность преобразовани  напр жени  во временной интервал, можно считать справедливыми следующие выражени ;

Tni K(u-UiH))

дтп кди,ГО

где Ты - врем  преобразовани , пропорциональное разности текущего и начального значений напр жени  на I-ом участке;

ДТП - врем  преобразовани , пропорциональное длине участка AU.

Одновременно с началом формировани  временного интервала импульсы с частотой fo от генератора 12 импульсов через открытый ключ 13 поступают на частотные входы преобразователей 4 и 10 кода в частоту , а также на счетный вход счетчика б длины участка. Дл  каждого 1-го участка выходна  частота fyMi двоичного умножител  2, равна  выходной частоте преобразовател  4 кода в частоту, определ етс  выражением

fyMi Kv N11

fo 2n

N11

где NII - выходной код реверсивного счетчика 3;

Kt - коэффициент преобразовани  преобразовател  4 кода в частоту;

п - число разр дов преобразовател  4 кода в частоту, равное числу разр дов реверсивного счетчика 3.

В каждый момент времени т на любом 1-ом участке в интервале преобразовани  ТП| выходной код NH реверсивного счетчика 3, поступающий на кодовые шины преобразовател  4 кода в частоту, будет равен

N11 В11 ±fyn4 t

причем

В ii В11-1 ± f упчм АТП

fyn4i K2B2I B2I , ,

где Вц-1, 811 - выходные коды реверсивного счетчика 3, соответствующие начальным моментам аппроксимации на (Ы)-ом и i-ом участках;

fynni-i, fyn4i - выходные частоты управл емого преобразовател  8 частоты на (1-1)-ом и i-ом участках соответственно;

B2I - выходной код мультиплексора 9 на 1-ом участке;

К2 - коэффициент преобразовани  преобразовател  10 кода в частоту;

р-число разр дов преобразовател  10 кода в частоту, равное числу разр дов мультиплексора .

При этом выходной код реверсивного счетчика 3 в начальный момент аппроксимации на i-ом участке соответствует записанной в него ранее начальной уставке BL Знаки пол рности + либо - в выражени х (9) и (10) употребл ютс  в зависимости от режима, в котором должен работать реверсивный счетчик 3: в суммирующем либо в вычитающем на i-ом и (Ы)-ом участках соответственно . С частотного выхода двоичного умножител  2 на счетный вход реверсивного счетчика 11 результата измерени  за врем  преобразовател  Tni пройдет число импульсов N2i, равное

Tnl

ТП|

inl m f

N21 / fywidt (Bii ±fyn4rt)dt оо 2

JoJ3li.T fo-fynxi T2 rr; гм - . „ -L -1 i m .

2n

ТГТ1

(12)

Учитыва  выражени  (6) и (11), формулу 15 (12) запишем в виде

N2i „Kfo-Bn .(и-иГ)±

20 ).(1Ч

К концу времени преобразовател  Тп 25 выходной код реверсивного счетчика 11 результата измерени  будет соответствовать числу импульсов №, равному

N3 Boi ± N2i(14)

30 причем, в силу плавности .преобразовани , характеризуемого отсутствием записи каких-либо чисел в этот счетчик в моменты прохождени  узлов аппроксимации, что приводило бы к скачкообразному измене- 35 нию (разрыву) его выходного кода, будут справедливы равенства, соответствующие условию непрерывности функции преобра- - зовани  (1) согласно выражени м (3) и (4)

Boi BoM ± N21-1; .

К1е-Вц-1.д

2п

(Kf0)2-B2i-1 ди2

2 п + Р + 1

(15)

(16)

где Boi-1, Boi - выходные коды реверсивного счетчика 11 результата измерени , соответствующие начальным моментам аппроксимации на (1-1)-ом и i-ом участках.

При этом выходной код реверсивного счетчика 11 результата измерени  в началь- ный момент аппроксимации на I-ом участке соответствует записанной в него ранее начальной уставке В0. Знаки пол рности + либо - в выражени х (14) и (15) употребл ютс  в зависимости от режима, в котором должен работать реверсивный счетчик 11

результата измерени : в суммирующем, либо в вычитающем на f-ом и (Ы)-ом участках соответственно. Учитыва  выражение (13), формулу (14) запишем в следующем виде:

N3 Bol±iKf°.lBli -(и-иГ)±

2п

(КЬУ-В  ()2

2 п тр +1 v

(17)

т.е. при разбиении на участки диапазона изменени  напр жени  на выходе первичного измерительного преобразоёзтел  значение коэффициента bi 1-го участка должно определ тьс  по значени м коэффициентов bi и Ьа предшествующего 1-1 -го участка При этом нетрудно убедитьс , что соблюдение соотношени  (23) равносильно необходимости соблюдени  в узлах аппроксимации непрерывности первой производной функции преобразовани  (1) при разбиении ее на участки , т.е. выполнени  равенства

Сопоставл   выражени  (1) и (17), мож-d 0

но отметить, что при соблюдении равенств 15 dU

-I- Bo,.

- (Kfo)

aT

Bn

(KfoV

a2n +P + 1

B2i

(18) (19)

(20)

будет выполн тьс  соотношение Na a Э,

где а- коэффициент пропорциональности.

Дл  удобства отсчета коэффициент а выбираетс  кратным дес ти.

Соблюдение равенства (18) при заданном а обеспечиваетс  путем выбора величины начальной уставки Во, соответствующей коэффициенту Ь0 первого участка аппроксимации, и выполнени  равенства (19) и (20) дл  каждого из m участков, необходимость выполнени  которых вытекает из формул (3), (4) и (15), (16).

В свок очередь соблюдение равенства (19) при заданных а, К, f0 и п обеспечиваетс  путем выбора величины начальной уставки Bi, соответствующей коэффициенту bi первого участка аппроксимации, и выполнени  дл  последующих участков определенного соотношени  между значением коэффициента bi i-ro участка и значени ми коэффициентов bi и ba (i-1)-ro участка, которое сводитс  к следующему. Учитыва  равенства (7), (11) и (19), формулу (10) можно записать в виде

bi.-bii-i± ICfo Pn2 -1-AU. (21)

а2Р1-л

Учитыва  равенство (20), получаем соот- нвшение

birbn-i ±2 b2M AU,(22)

d0

dU

IU Uf . (23)

Таким образом, разбиение на участки диапазона изменени  напр жени  на выходе первичного измерительного преобразовател  должно производитьс  при условии отсутстви  а узлах аппроксимации разрыва не только функции преобразовани , но и ее первой производной.

Что касаетс  соблюдени  равенства(20)

при заданных а. К, f0, n и р, то оно обеспечиваетс  установлением числа B2i на входе преобразовател  10 коДа в частоту в начальный момент аппроксимации 1-го участка, .что достигаетс  следующим образом. В момент

начала формировани  временного интервала Тп импульсы с частотой f0 начинают поступать с выхода ключа 13 на счетный вход предварительно обнуленного (цепь сброса не показана) счетчика 6 длины участка , период Т выходных импульсов которого равен

т-Ј- . РО

где Кз - коэффициент пересчета счетчика 6 длины участка.

Период Т выбираетс  таким, чтобы он был равен времени преобразовани  АТп длины участка AU, т.е. чтобы выполн лось равенство

0

5

Кз К -to AU.(25)

Выходные импульсы счетчика 6 длины участка с периодом Т поступают на счетный вход счетчика 7 номера участка, в результате чего последний поочередно устанавливаетс  в одно из m состо ний, начина  с второго. Установка счетчика 7 в первое состо ние , соответствующее первому участку и тем самым дальнейшее установление соответстви  между номерами участков и состо ни ми счетчика 7, производитс  путем подачи импульса обнулени  (цепь сброса не показана) в тот же момент, что и дл  счетчика 6, а именно перед запуском преобразовател  5 напр жени  во временной интервал, например в момент записи начальных уставок Во, Bi. Последовательно смен ема  по мере перехода с участка на участок кодова  комбинаци  с выходных шин счетчика 7 поступает на управл ющие входы мультиплексора 9, в результате чего на выходе последнего в моменты перехода с i-1-ro на i-й участок устанавливаетс  необходимое i-му участку число B2i из р да мультиплексируемых чисел 621...B2m, шины которых соединены с информационными входами мультиплексора 9.

Упоминаемые ранее режимы работы реверсивных счетчиков 11 и 3 на сложение, либо на вычитание определ ютс  исход  из знаков пол рности первой и второй производной функции преобразовани  (1) на каждом из m участков, причем, если перва  производна  d0

dll

±Ьц ±2b2i U,H ±2b2l U (26)

положительна на i-ом участке, т.е. если функци  преобразовани  (1) на i-ом участке монотонно возрастающа , то реверсивный счетчик 11 результата измерени  должен устанавливатьс  в режим сложени , а, если отрицательна, т.е. если функци  преобразовани  (1) на i-ом участке монотонно убывающа  - то в режим вычитани , если втора  производна 

d20

dl)2

± 2 D2i

(27)

положительна или отрицательна на i-ом участке , т.е. если функци  преобразовани  на i-ом участке будучи монотонно возрастающей либо монотонно убывающей, выпукла вниз (знак + перед коэффициентом b2i) либо вверх (знак - перед коэффициентом b2i), то реверсивный счетчик 3 на этом участке должен устанавливатьс  в режим сложени , если пол рность произведени  знаков пол рностей первой и второй производных на указанном участке положительна , и в режим вычитани , если отрицательна.

Установление необходимых режимов работы реверсивных счетчиков 3 и 11 на каждом из m участков осуществл етс  с помощью шифратора 15. Последовательно смен ема  по мере перехода с участка на участок кодова  комбинаци  с выходных шин счетчика 7, поступающа  на входные шины шифратора 15, шифруетс  на каждом из его выходов в логические уровни - в нижний , либо в высокий - в зависимости от необходимых режимов работы реверсивных счетчиков 3 и 11 на каждом из m участков

аппроксимации. При этом первый выход шифратора 15, обеспечива  реверс счетчика 11 результата измерени  в экстремальных точках, в которых перва  производна  мен - ет знак пол рности, позвол ет реализовать аппроксимацию немонотонных функций, а второй выход шифратора 15. обеспечива  реверс счетчика 3 в точках перегиба, позвол ет реализовать аппроксимацию функций,

0 имеющих в диапазоне своего изменени  разную степень выпуклости, характеризуемую разной пол рностью ее второй производной .

Таким образом,реализаци  в предлага5 емом устройстве разбивки диапазона изменени  напр жени  на выходе первичного измерительного преобразовател  на участки аппроксимации, выражаемые полиномами второй степени, выбор в качестве

0 узлов аппроксимации нар ду с другими точками экстремальных точек или (и) точек перегиба, в которых первые и вторые производные функции преобразовани  мен ют знаки пол рности, и установление в

5 пределах каждого из участков аппроксимации необходимых режимов работы реверсивных счетчиков 11 и 3 согласно знакам этих пол рностей, дают возможность повысить точность измерени  температуры и

0 охватить кусочно-нелинейной аппроксимацией широкий класс функций преобразовани  как монотонных, так и немонотонных, имеющих одну или более точек экстремума или (и) перегиба.

5

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  температуры , содержащее первичный измерительный преобразователь, двоичный умножитель,

   0 включающий в себ  последовательно соединенные счетчик импульсов и преобразователь кода в частоту, выходом подключенный к счетчику результата измерени , последовательно соединенные генератор импуль5 сов и ключ, выходом подключенный к частотному входу двоичного умножител , блок управлени , первый выход которого подключен к входам записи счетчика импульсов двоичного умножител  и счетчика

   0 результата измерени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены преобразователь напр жени  во временной интервал, вход и выход которого соединены соответствен5 но с выходом первичного измерительного преобразовател  и с управл ющим входом ключа, последовательно соединенные счетчик длины участка и счетчик номера участка , и управл емый преобразователь частоты , выполненный в виде последовательно

   соединенных мультиплексора и преобразовател  кода в частоту, причем управл ющий вход и частотный выход управл емого преобразовател  частоты соединены соответственно с выходом счетчика номера участка и со счетным входом счетчика импульсов двоичного умножител , выход ключа соединен с частотным входом управл емого преобразовател  частоты и со счетным входом счетчика длины участка , а второй выход блока управлени  соединен с управл ющим входом, преобразовател  напр жени  во временной интервал .

   0
2. 2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что, с целью повышени  эффективности путем расширени  класса аппроксимируемых функций преобразовани , в него введен шифратор, подключенный своим входом к выходу счетчика номера участка, а одним из выходов - к управл ющему входу счетчика импульсов двоичного умножител , выполненного реверсивным,
3. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающее с   тем, что второй выход шифратора соединен с управл ющим входом счетчика результата измерени , выполненного реверсивным .