SU824232A1 - Устройство дл коррекции характерис-ТиК изМЕРиТЕльНыХ пРЕОбРАзОВАТЕлЕй - Google Patents

Description

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

1.. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

(..>824232

(61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 27JD4.79 (21) 2786418/18-24 (51)М. Кл.³

Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий с присоединением заявки №

О (23) Приоритет Опубликовано 23,04.81.бюллетень N9 15

Дата опубликования описания 23.04.81

G Об G 7/26

G Об jr 3/00 (53) УДК 681.335 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. И. Рудковский, Π. Ф. Головченкв^^Х^Х

Л. В. Садовский и Б.

. Рапък<->_г. у (71) Заявитель

Г. Каду^_р.._{.

№ “’“X. 13.

Всесоюзный научно-исследовательский ин^тй!^·*'^ аналитического приборосуроен^^й!’)'»'?^^ |

Ш'ТйО(5ч) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение отнсится к автомати-> ке и вычислительной технике и может быть использовано для коррекции (линеаризаций) ‘ и градуировки выходных характеристик первичных измерительных преобразователей.

Известно устройство для коррекции характеристик, содержащее формирователи импульсов, фазовращатель, триггер, ключ и дополнительную частотно-зависимую цепь 11].

Недостатками устройства являются ограниченная область использования и пониженная точность коррекции.

Известно также устройство для 15 коррекции характеристик измерительных преобразователей, содержащее блок вычитания, блок оценки, интерполятор, блок памяти, счетчик и аналого-цифровой преобразователь 20

ГлЗ.

Недостатки устройства - пониженная точность и сложность настройки.

Наиболее близким к предлагаемой является устройство для коррекции 25 характеристик измерительных преобразователей, содержащее триггер, первый компаратор, соединенный первым входом с шиной ввода выходного сигнала измерительного преобразова- : 30 теля, и генератор импульсов, выход, которого подключен к первому входу первого элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого 5 счетчика, подключенного выходами к цифровым входам первого цифроаналогового преобразователя и к шине вывода кода результата, причем выход цифроаналогового.преобразователя, осуществляющего функциональное преобразование кода, соединен со вторым входом первого компаратора, выход, которого подключен к нулевому установочному входу триггера, соединенного единичным установочным входом с шиной ввода пускового сигнала, а единичным выходом - со вторым входом первого элемента И Гз1. *

Однако устройство имеет пониженную точность коррекции й сложную настройку на заданную линеаризирующую зависимость.

Цель изобретения - повышение точности коррекции и упрощение настройки устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей, содержащее триггер, первыД компаратор, соединенный первым вхо3 дом с шиной ввода выходного сигнала измерительного преобразователя, и генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу первого . элемента И, соединенного выходом со счетным входом первого счетчика, подключенного выходами к цифровым ³ входам первого цифроаналогового преобразователя, дополнительно введены блок памяти, второй и третий элементы И, второй и третий счетчики^ второй и третий цифроаналоговые преобра- ’^и зователи,ключ,группа контактов и второй компаратор, соединенный первым входом с выходом блока памяти и с вторым входом первого компаратора, вторым входом - с выходом второго цифроаналогового преобразователя, . а выходом - -с первыми входами второго и- третьего элементов И и с входами управления реверсом второго и третьего счетчиков, причем второй элемент И подключен выходам к счетному входу второго счетчика, вторым входом - к выходу генератора импульсов и к второму входу третьего элемента И, а третьим входом - к второму входу первого ^Аемента И и через первый размыкающий контакт к нулевому выходу триггера, соединенного единичным выходом с входом первого элемента задержки и с установочным входом первого счетчика, подключенного входом управления реверсом к выходу перв&го компаратора и к третьему входу первого элемента И, а соответствующим выходом - к входу ключа, соединенного выходом с единичным установочным входом триггера, нулевой установочный вход которого подключен к выходу второго элемента задержки, причем выход первого элемента задержки соединен с входом второго элемента задержки, третьим входом третьего элемента И, управляющим входом блока памяти и подключен через первый замыкающий контакт к шине Пуск, а информационный вход блока памяти соединен через второй размыкающий контакт с шиной ввода сигнала измерительного преобразователя. и подключен через второй замыкающий контакт к шине ввода аналогового значения заданной реперной точки устройства, причем шина ввода кодового значения заданной реперной точки устройства соединена через тре тий замыкающий контакт с установок- ’ ным входом второго счетчика, подклю- ^5 ченного выходами к шине выхода кода результата и к цифровым входам второго цифроаналогового преобравоватет)' ля, аналоговый вход которого соединен с выходом третьего цифроанало- ¢0¹ гового преобразователя, подключенно' го аналоговым входом к выходу первого цифроаналогового преобразовате-\ ля и к выходной шине сигнала коррекции, а цифровыми входами - к выходам ¢5 третьего счетчика, соединенного счетным входом с выходом третьего элемента И. _z

На фиг» 1 изображена блок-схема устройства для коррекции характеристик измерительных преобразователей/ на фиг. 2 -’графики, поясняющие работу устройства.

Устройство для коррекции характеристик содержит генератор 1 им- ' пульсов, выход которого подключен к первому входу первого элемента Hi 2, соединенного выходбм со счетным, входом первого счетчика 3, подключенного выходами к цифровым, входам первого цифроаналогового преобразователя *5 4. Шина 5 ввода сигнала измерительного преобразователя соединена с первым входом первого компаратора 6, второй вход которого подключен к выходу блока 7 памяти, и к первому входу 20 второго компаратора 8. Компаратор 8 соединен вторым входом с выходом второго цифроаналогового преобразователя 9, а выходом - с первыми входами' второго и третьего элементов И 10 и 25 11 и с входами управления реверсом второго и третьего счетчиков 12 и 13. Второй элемент И 10 подключен выходом к счетному входу второго счатчика 12, вторым входом -. к выходу генератора 3Q 1 импульсов, й к второму входу третьего третьего элемента И 11, а третьим входом - к второму входу первого элемента И 2 и через первый размыкающий' контакт 14 - к нулевому выходу триггера 15. Триггер 15 соединен единич⁵ ным выходом с выходом первого элемента 16 задержки и с установочным входом первого счетчика 3, подключенного входом управления реверсом к выходу компаратора 6 и к третьему 40 входу элемента И 2. Соответствующий выход счетчика 3 подключен через ключ 17 к единичному входу триггера 15, нулевой установочный вход которого соединен с выходом второго эле45 мента 18 задержки. Выход элемента

16'задержки соединен с входом элемента 18 задержки, с третьим входом элемента И 11, с управляющим входом блока 7 памяти и подключен через перед вый замыкающий контакт 19 к шине 20 * ’.Пуск' ’. Информационный вход блока 7 памяти соединен через второй раз- ^: мыкающий контакт с шиной 5 ввода ; сигнала измерительного преобразователя и подключен через второй замыкающий контакт. 22 к шине 23 ввода i аналогового значения заданной реперной точки устройства. Шина 24 ввода _в кодового значения заданной реперной точки' устройства соединена через третий замыкающий контакт 25 с установочным входом счетчика 12, подключенного выходами к шине 26 вывода кода результата и к цифровым входам цифроаналогового преобразователя 9. Аналоговый вход преобразова5 теля 9. соединен с выходом третьего (цифроаналогового преобразователя 27, подключенного аналоговым входом к выходу цифроаналогового преобразователя 4 и к выходной шине 28. сигнала коррекции. Цифровые входы преобразователя 27 соединены с выходами счетчика 13, подлкюченного счетным входом к выходу элемента И 11.,

Устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей |работает следующим образом.

В первичный измерительный преобразователь вводится специально формируемый сигнал коррекции Ць/ Действие которого аналогично дозированному изменению (разбавлению) входной преобразуемой величины X до момента совпадения значений выходного сигнала. ϋ_χ измерительного преобразователя и заданной исходной реперной точки {ϋρο , X ро (где Цро'и Х_ро соответственно аналоговое и кодовое значение заданной реперной точки) и по степени К этого ''разбавления'¹ определяют исходное значение входной величины Х=Х_Р0-К. При этом для повы-. шения точности при работе в режиме следящего преобразователя (''разбавление'' входной величины X в К раз, соответственно в К раз снижает реакцию преобразователя на малые приращения ±дХ) ограничивают на один-два порядка диапазон изменения сигнала коррекции U_k нижним и_кн и верхним и_кй граничными значениями относительно среднего значения U_kc и всякий раз при очередном i-ом достижении одного из пределов и_ки, вновь устанавливают Фреднее значение ϋμ сигнала коррекции, при этом берутся новые координаты реперной точки {Xpj, Up-j , где Хр^ - вычисленное устройством значение входной величины X в момент достижения сигналом коррекции одного из граничных.значений; ϋρϊ значение выходного сигнала измерительного преобразователя в момент восстановления среднего значения сигнала коррекции. Процесс дозированного изменения входной величины X может осуществляться различными путями - изменением расхода исследуемой газовой смеси, или смешением в определенном соотношении эталонного газа с исследуемым, изменением накала излучателей, искусственным из-, менением внешних условий, т.е. изменением тех параметров,¹ которые считаются для данного первичного преобразователя не информативными, и которые, как правило, стабилизируются. Зависимости выходных характеристик от изменения неинформативных параметров в большинстве случаев сравнительно простые и достаточно полно .изученные, поэтому определить взаимосвязь значений сигналов [коррекции и вызываемые ими дозиро15 ^й !ванное ''разбавление'' входной величины не представляет трудности.

Компаратор 8, элемент И 10, счетчик 12 и второй цифроаналоговый преобразователь 9 выполняют функции аналого-цифрового компенсирующего преобразования, предназначенного для окончательного представления результата преобразования изменяемой физической величины в цифровой форме Ν_χ.-Χ; путем устранения разбаланса выходных сигналов второго преобразователя 9 и блока 7 памяти Up^ . Уравновешивание этих сигналов производится двумя способами. Первый - изменением опорного сигнала, ϋθ-j, поступающего на аналоговый вход второго преобразователя 9 с выхода третьего преобразователя 27, при блокированных счетных входах счетчиков 3 и 12. Формированием этого изменяющегося опорного сигнала служат элемент И 11, счетчик 13 и преобразователь 27. Такой режим работы выполняется каждый раз после достижения кодом счетчика 3 одного из граничных 'значений М_киили в результате чего в счетчик 3 записывается среднее значение N сигнала коррекции и подается разрешение на поступление имтульсов в счетчик 13 до уравновешивания сигналов на входах компаратора 8. При вторам способе уравн свешивание сигналов на компараторе 8 выполняется путем главного (следящего за изменением Х^) изменения выходного сигнала =U_K первого преобразователя при заблокированном счетчике 13. В этом Случае узлы выполняют роль формирования изменяющегося сигнала, а преобразователь 27 - роль передаточного звена для передачи этого сигнала на аналоговый вход преобразователя 9. С помощью триггера 15, элементов 16 и 18, ключа 17 и контактов 14 осуществляется урлавление работой устройства.

Для пояснения работы устройства . |служат графики (фиг. 2), на которых !иэображены *U_X = f (х) - характеристика (Первичного измерительного преобразователя, x=f(t), Ux =f (t) , U_M =f (t) ) - изменения во времени t соответственно физической величины X, выходного сигнала Ux измерительного преобразователя, реперных значений И блока 7 памяти и сигнала коррекции на выходе преобразователя. 4,.

Рассмотрим подробнее работу устройства на конкретном мере, когда х=0-1000 числовом приUx=0-10jp0 мв,

Np0⁼6OO, UpQ =120 мв, Von-i =2047 MB=const, (Ug-=0-2047 MB,

LNin=C=2047, физических единиц, tn=10-Jc, . Ui4=0-2047 mb, =0—2047 mb, N'_m=1023, ΐ =^,=2 -10 ³c, где и οα, - опорное напряжение на аналоговом входе преобразователя 4,* Ν„, ^{и H}m максимальные емкости счетчиков 4, 9 и 27 соответственно, <п- длительность пускового сигнала, и время задержки первого и второго элементов 16 и 18 задержки.

Пусть среднее U_K0, верхнее ‘ и нижнее и_кн значения сигнала коррекции U к соответственно равны ΙΙ_ΛΟ=1024 мв> 8*^=1126 mb,Ukh= 922 mb, тогда коэффициент К преобразования (разбавления) изменяется в пределах х- -л g - ι ι

Также полагаем, что скорость изменения во времени физической величины много меньше скорости выполнения преобразований в устройстве, а ее изменение происходит в соответствии с графиком (фиг. 2).

Работу устройства можно условно разделить на два этапа - выключение устройства и определение второго парамента х в момент включения, и работа устройства в следующем режиме.

Первый этап заключается в том, что к моменту запуска.в счетчиках 3 и 13 установлены коды Ν_β =1024, при» этом опорные и выходные напряжения преобразователей 4, 9 и 27 равны U|,=1024 mb) U_Bj=512 мв. При включении .устройства срабатывает пусковая кнопка (не указанная на блок-схеме) и на время =10³с замыкаются замыкающие контакты 19, 22 и 25 и размыкаются размыкающие контакты 14 и .21, в результате чего на управляющий вход блока 7 памяти поступает сигнал разрешения записи в блок памяти аналогового значения реперной точки Ug._o =120 мв с шины 23 через контакт 22, в счетчик 12 с шины 24 через контакт 25 записывается кодовое значение реперной точки Npo =600, снимается блокировка с элементов И 11 для прохождения импульсов на счетный вход счетчика 13, поступает сигнал на элемент 18 задержки и через время =2«.l©'®с (в течение которого, контакты пусковой кнопки займут прежнее положение) с нулевого выхода триггера 15 через контакты 14 подается разрешение на элементы И 2 10 т.е. происходит разблокировка счетных входов» счетчиков 3 и 12.

В соответствии со знаком разности! (8ро на выходе компаратора 8 >

Формируется сигнал на включение счет/ чйков 12 и 13 в режим суммирования / или вычитания. В данном случае W^ue₉Tt-'^5,lran-=^iM ί”· to

т.е. выходное напряжение преобраэо-’ вателя 9 больше выходного напряжения блока 7 памяти и счетчик«13 включается в режим вычитания, формируя на выходе преобразователя 27 сигнал, обеспечивающий уравновешивание сигналов на компараторе 8 при неизменном значении кода N р₀ счетчика 12, вход которого заблокирован через элемент И 10. В момент уравновешивания сигналов на компараторе 8 .выходное напряжение преобразователя ι

становится равным

Итак, к моменту окончания пускового сигнала компаратор 8 уравновешен, а после окончания пускового сигнала контакты пусковой кнопки принимают первоначальное положение. При этом информационный вход блока 7 памяти через контакт .21 подключится к шине 5 ввода входного сигнала и_х измерительного преобразователя, однако эначенйе этого сигнала не записывается в блок 7 памяти из-за от' сутствия разрешающего сигнала на управляющем входе блока 7Р

В результате дисбаланса сигналов на входах компаратора 6, на его выходе появляется управляющий сигнал, I включающий счетчик 3 в соответствующий режим работы, изменяя сигнал коррекции .11^ на выходе преобразователя 4 в К раз до момента равенства напряжения U_x с шины 5 напряжению 1)ре с выхода блока 7 памяти. Так, если в момент включения устройства выходной сигнал измерительного преобразователя U*=300 мв (фиг. 2) с учетом соотношения Χ·Κ=Ν_ρο , в момент Ux=Uf>o . имеем

К= -^=3¾ =0,73, и1=и_кК=1024 0,73= =747 (мв1.

Изменение сигнала коррекции в К=0,73 раз вызывает соответствующее изменение выходного сигнала преобразователя 27 ϋ6₃=υ_β3. К=204-0,73=149 (мв) и изменение выходного сигнала преобразователя 9 ( Ов_г=ива.· К=120 0,73=88 (мв) Появившийся на входах компаратора 8 дисбаланс устраняется изменением кода счетчика 12 (счетный вход которого разблокирован) и в момент равенства .напряжений на входах компаратора 55 8 и на шине 26 вывода кода появляется код Νχ, соответствующий значению входной физической величины X ^Nx=ti'n^U 2820(мв).

N_w ^υΡ0

При замыкании ключа 17, в случае.

. если значение кода счетчика 3 нахо- , дится вне диапазона N_M-N^=922-1126, что имеет в данном случае место, не единичный вход триггера 15 поступает сигнал, переводящий триггер 15 в единичное состояние. При этом сиг-.' нал с единичного выхода триггера 15 поступает на установочный вход счетчика 3, устанавливая его в первоначальное состояние =1024 , в результате чего Uv=Uti₀ =1024 мв; = ,37, и выходной сигнал коррекции U,,. вызывает восстановление значения выходного сигнала υχ измерительного преобразователя до первоначального ϋχ=300 мв (за это время сама изменяемая физическая величина X не успеет существенно измениться). Соответственно изменяются и сигналы U6j =и_вг-К=149 1,37=204 (мв), 1/в_г=и_ва«К=120 1,37=1.64 (мв).

Через время 1/=2 ΊΟ^-Зс (после включения ключа 17), необходимое для окончания переходного процесса в первичном измерительном преобразователе, вызваного скачкообразным изменением сигнала коррекции U_K, на выходе элемента 16 задержки появляется сигнал, разрешающий запись в блок 7 памяти, установившегося выходного значения U_x=Up₁=300 мв, т.е. новой реперной ₍ точки, и сигнал через элемент И И на записи счетчика 13. При блокированном счетно^ входе счетчика 12 происходит уравновешивание сигналов на компараторе 8 и при и_е,_г=11р₁= ,=300 мв имеем.

Через время на выходе элемента 18 задержки появляется сигнал, возвращающий триггер 15 в нулевое состояние, при этом счетные входы счетчиков 3 и 12 ’разблокируются и устройство коррекции подготовлено к работе в следующем режиме.

Таким образом, в конце первого этапа определено значение величины X в момент включения устройства Ν_κ=820, установлено в блоке 7 памяти новое значение реперной точки ир^ = 300 мв и уравновешен компаратор 8 при установленном номинальном коэффициенте коррекции К=1,0.

Второй этап начинается с измене ния физической величины X(t) в раз, что вызывает дисбаланс сигналов на входах компаратора 6. Этот дисбаланс устраняется изменением в раз корректирующего сигнала и_к, что влечет появление рассогласования сигналов на/входах компаратора 8, которое, в свою очередь, устраняется изменением в раз кода счетчика 12.

Всякий раз при достижении кода в счетчике 3 одного из граничных значений Nили N_K& триггер 15 переводится в единичное состояние, в результате чего в счетчике 3 и на выходе преобразователя 4 устанавливаются номинальйые значения N_K0 = =1024, U_KO=1024 мв, на выходе измерительного преобразователя под действием скачкообразного изменения сигнала коррекции устанавливается новое значение и_х, соответствующее определенному значению входной величины X, запись в блок 7 памяти ново5 го установившегося значения U_K =Up_z (т.е. нового значения реперной точки), изменение в К=0,9 или К=1,1 раз выходных сигналов преобразователей 9 и 27 при достижении кода счетчика . - 3 граничных значений. Кроме того, ¹ происходит устранение возникающего рассогласования сигналов на входах компаратора 8 посредством изменения кода счетчика 13’при неизмененном значении кода счетчика 12, перевод

15.триггера 15 в· нулевое состояние и снятие через элементы И 2 и 10 блокировок со счетных входов счетчиков 3 и'12, т.е. подготовка к снижению за дальнейшим изменением х.

Таким образом, при работе устройства на начальном этапе вычисляется значение физической величины X с точностью, не зависящей от степени разбавления, а все последующие изменения физической величины во всем диапазоне измерения определяются при незначительных вариациях (разбавлениях) сигнала коррекции, что почти не снижает чувствительнос30 ти первичного измерительного преобразователя. Преимущественным предлагаемого устройства коррекции/Является то, что на точность измерения преобразователя Не влияет нелинейность измерительного преобразователя, более того, необходимая информация о виде характеристики определяется лишь данными об одной реперной точке. Это значительно снижает требования к первичным измерительным преоб40 разователям и не требует большого количества эталонов для снятия характеристики и принятия специальных мер для ее линеаризации.

Claims (3)

1.Авторское свидетельство СССР 409150, кл. G 01 R 23J/12, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР №347768, кл. G 067.3/00, 1970.

3.Гитис Э. И. Преобразователи информации дл  ЭЦВМ. М., Энерги , 1975, с. 333, рис. 7-13 (прототип)..