SU972263A1 - Частотный измерительный преобразователь - Google Patents

Description

(54) ЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относитс  к технике измерени  неэлектрических параметров и может быть использовано при построении быстродействующих телеметрических систем, предназначенных дл  высокоточного контрол  в одной точке исследуемого объекта пара- 5 метров давлени  и температуры.

Известен пьезоэлектрический преобразователь , содержащий два пьезорезонатора, укрепленных на торцовом упругом элементе и подключенных к двум автогенераторам , два преобразовател  частота-код, вычислительный блок и запоминающее устройство , причем выходы автогенераторов подключены к вычислительному блоку, соединенному с запоминающим устройством 1.

Известное устройство позвол ет прово- 15 дить одновременные измерени  параметров давлени  и температуры в одной точке, однако имеет недостаточную точность измерени .

Известен также измерительный частотный преобразователь, содержащий двух- 20 параметрОБЫй частотный датчик, выходы которого соединены с входами первого и второго автогенераторов, два реверсивных счетчика, источник эталонной частоты, первый и второй смесители, блок разделени  сигналов и формирователь временных интервалов , причем выходы первого и второго автогенераторов через соответствующие смесители подключены к блоку разделени  сигналов , выходы источника эталонной частоты соединены с входами первого и второго смесителей , блока разделени  сигналов и формировател  временных интервалов, выходы которого подключены к управл ющим входам блока разделени  сигналов, а его выходы соединены с соответствующими информационными и управл ющими входами первого и второго реверсивных счетчиков 2.

Известный преобразователь позвол ет определ ть медленно мен ющиес  параметры давлени  и температуры, однако при измерении быстрых температурных изменений точность измерени  крайне мала, что объ сн етс  высокой температурной посто нной времени кварцевых резонаторов, используемых в качестве чувствительных элементов. Температурна  инерционность кварцевых резонаторов - физическое свойство материала кварца, поэтому в достаточной мере не может быть уменьшена непосредственно.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первый и второй автогенераторы, входы которых соединены с выходами частотного датчика, а выходы подключены к входам двух смесителей, первый и второй преобразователь частоты, делитель, вход которого соединен с выходом первого смесител , а выход - с первым входом третьего смесител , опорный генератор, выход которого соединен с вторым входом третьего смесител , причем преобразователь частоты соединен соответственно с вторым и первым смесителем 3.

Известный преобразователь не обеспечивает требуемой точности при повышении его быстродействи .

Цель изобретени  - повышение точности при измерении быстрых изменений те.мпературы . .Поставленна  цель достигаетс  те.м, что в частотный измерительный преобразователь , состо щий из двухпараметрового частотного датчика, первого и второго автогенераторов , входы которых соединены с выходами двухпараметрового частотного датчика , а выходы подключены к первым входам первого и второго смесителей, двух преобразователей частоты, входы которых подключены к выходам первого и второго автогенераторов , а выходы - соответственно к вторым входам второго и первого смесителей, делител  частоты, соединенного с выходо.м первого смесител , и соединенных последовательно опорного генератора и третьего смесител , введены соединенные последовательно лини  задержки, фазовый детектор, дифференциатор и сумматор, причем выход делител  подключен к линии задержки, к второму входу фазового детектора и к второму входу су.мматора, выход которого соединен с вторым входо.м третьего смесител .

На фиг. 1 показана функциональна  схема частотного измерительного преобразовател ; на фиг. 2-вре.менные диаграм.мы, по сн ющие принцип повышени  точности измерени  температуры при быстрых ее изменени х .

Частотный измерительный преобразователь состоит из двухпараметрового частотного датчика 1, первого 2 и второго 3 автогенераторов , подключенных к датчику 1. Входы первого 4 и второго 5 преобразователей частоты соединены соответственно с выходами первого 2 и второго 3 автогенераторов . Входы первого смесител  6 соединены с выходами первого автогенератора 2 и второго преобразовател  5 частоты. Входы второго смесител  7 соединены с выходами второго автогенератора 3 и первого преобразовател  4 частоты. Вход делител  8 подключен к выходу первого смесител  6. Вход линии 9 задержки подключен к выходу делител  8. Входы фазового детектора 10 соединены с выходами линии 9 задержки и делител  8. Выход фазового детектора 10 подключен к входу дифференциатора 11, выход которого соединен с входом сумматора 12, второй вход, которого подключен к выходу делител  8. Один вход третьего смесител  14 соединен с выходом сумматора 12, а другой вход смесител  14 подключен к опорному генератору 13. Кроме этого, двухпараметровый частотный датчик выполнен в виде двух кварцевых резонаторов 15 и 16 (фиг. 1).

Частоты на выходах автогенераторов в случае, когда один из коэффициентов силочувствительности отрицателен (что обеспечивает высокую точность определени  параметров Р и Т°) могут быть записаны в виде

fi ,Р+а,2Т

0) 2 5п-аг,Р+а,Д°

где,л, f.

начальные частоты генерации:

20

°-12. а г2- -коэффициенты термочувствительности; 11 21 --коэффициенты снлочувствительности .

Вычт  из первого уравнени  второе, умноженное на коэффициент Кг, который выбираетс  таким образом, чтобы в результате вычитани  взаимоуничтожились слг1-аемые, содержащие параметр Т°

f.-K (2 1;о К

,2 ViO

при 3TOjM полученна  pa:uit)CTH.-iK частота -(Р) линейно зависит от па)аметра Р.

F (Р) {а,Жа)Р

(2)

Сложим первое уравнение со вторы.м, -м ноженным на коэффициент Ki, который выбираетс  таким образом, чтобы слагаемые, содержащие параметр Р, в резу.чьтате слс.1жени  взаимоуничтожились

К,И2 K,f,(K,a,jVa52)T

Если после этого найти среднюю частоту суммы двух частот -(К затем гетеродинировать ее в область более низких частот (Т°) , .можно получить результирующую низкую частоту, линейно завис щую от пара.метра Т с коэффиниенто .м чувствительности -4 (К, ) F|(l°i f (K,a,)r. (i.)

Таким образом, получают два )ывH )ix частотных си1нала кажда  .; i iiavroi которых (2) и (3) зависит только от o;iii(.j м из исследуе.мых параметров.

При измерении быстрых изменений параметров дагзлени  выход а  4dCTor,i f-;(j в силу высоких упрутих свойств кнарцёрзых резонаторов линейно измен етс  на выходе

преобразовател . Однако при измерении температуры , измен ющейс  сравнительно быстро , выходна  частота F|(T°) измен етс  по закону, определ емому посто нной времени инерционного температурного звена резонатора . При этом по вл етс  значительна  погрешность измерени  в динамике, котора  может быть существенно уменьшена.

При скачкообразном изменении температуры частота генерации измен етс  по закону интегрирующего звена. Если посто нна  интегрирующего звена известна и выходную функцию интегрирующего звена продифференцировать с той же посто нной времени (сигнал с выхода интегрирующего звена подать на диффренцирующее звено), то суммарна  функци  двух сигналов с выходов интегрирующего и дифференцирующего звеньев равна функции изменени  температуры на входе интегрирующего звена.

Частотный измерительный преобразователь работает следующим образом.

Изменение информационных параметров вызывает изменение частот генерации f) и f2, св занных с исследуемыми параметрами соотношени  (1). Первый 4 и второй 5 преобразователи частоты преобразуют частоты fi и f2 соответственно в KI fi и Операци  преобразовани  частот может быть аналоговой или импульсной. В последнем случае к последовательности импульсов добавл етс  (или отнимаетс ) определенное число импульсов, определ емое коэффициентами преобразовани  KI и К2. Частоты f) и подаютс  на первый смеситель 6. На .выходе смесител  6 в аналоговой или импульсной форме выдел етс  суммарна  частота котора  затем делитс  с коэффициентом п 2 в делителе 8. Средн   частота fcp (2 2) зависит только от температурного параметра Т°(3).

Сигналы с частотами f и Kifj подаютс  на входы второго смесител  7, на выходе которого выдел етс  разностна  частота. Полученна  частота зависит только от параметра Р.

Сигнал средней частота fq,(t) с выхода делител  8 подаетс  на один из входов фазового детектора 10. На другой вход фазового детектора 10 подаетс  задержанный сигнал средней частоты fcp(t - tj) На выходе фазового детектора выдел етс  напр жение , пропорциональное разности фаз между задержанным и пр мым сигналами.

При изменении частоты на выходе делител  8 измен етс  напр жение на выходе фазового детектора 10. Таким образом, преобразуетс  в напр жение функци  изменени  частоты колебаний. Напр жение, пропорциональное разности фаз между задержанным и пр мым сигналами, фактически пропорциональное функции изменени  частоты, подаетс  в дифференциатор 11, посто нна  времени дифференцировани  в простейшем

случае равна посто нной времени эквивалентного звена кварцевого резонатора по температуре . Дифференцированное напр жение с выхода дифференциатора 11 подаетс  на сумматор, который выполнен в виде преобразовател  напр жение - частота и смесител  частот с выделением суммарной частоты . На второй вход сумматора подаетс  сигнал с выхода делител . Суммарна  частота в идеальном случае измен етс  по закону изменени  функции изменени  температуры . В двух случа х, при использовании апериодических звеньев, функции изменени  частоты и температуры показаны на фиг. 2. Сигнал высокой частоты с выхода сумматора 12 подаетс  на один из входов третьего

смесител  14, на второй вход которого подаетс  сигнал опорной частоты foТаким образом, на выходе частотного измерительного преобразовател  получают

0 две частоты, кажда  из которых зависит только от одного исследуемого параметров, причем точность измерени  быстроизмен юшейс  температуры существенно повышаетс  введением новых узлов и св зей. Погрешность инерционности при измерении температуры может быть уменьшена на пор док и более.

Предлагаемый частотный измерительный преобразователь может найти щирокое 0 применение в разработках перспективных телеметрических систем высокого быстродействи , предназначенных дл  одновременного измерени  параметров давлени  и температуры в одной точке.

35

Claims (3)

1. Авторское свидетельство СССР № 777482, кл. G 01 К 7/32, 1978.

2.Авторское свидетельство по за вке № 2843216/18-10, 1979.

3.Авторское свидетельство СССР по за вке № 3224607/18-10, кл. G 01 К 7/32, 1980 (прототип).