SU983704A1 - Измерительный функциональный преобразователь - Google Patents

Description

(5) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  линеаризации характеристик первичных измерительных преобразователей с частотным выходом, например характеристик температурных датчиков, датчиков давлени , датчиков расхода жидкостей и газов и др.

Известно устройство дл  воспроизведени  многочлена, состо щее из программного счетчика и (п+1) последовательно соединенных интеграторов 1.

Устройство сложно и имеет узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  частотно-импульсный функциональный генератор, содержащий генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, дешифратор , запоминающий блок, управл емый делитель частоты, элементы И первой и второй группы, сумматор-вычитатель и элемент И { 2.

Однако устройство не пригодно дл  воспроизведени  многочленов и сумм степенных функций и поэтому имеет узкие функциональные возможности и,как следствие, пониженную точность воспроизведени  функций.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей и повышение точности воспроизведени  функций.

10

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в измерительный функциональный преобразователь, содержащий счетчик, два блока элементов И с элементом

15 ИЛИ на выходе, реверсивный- счетчик, сумматор-вычитатель, выход которого подключен к информационному входу реверсивного счетчика, перва  группа разр дных выходов которого подклю20 чена к первым входам первого блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе , вторые входы которого подключены к первой группе разр дных выходов счетчика, втора  группа разр дных выходов которого подключена к первым входам второго блока эле ментов И с элементом. ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к второй группе разр дных выходов реверсивного счетчика, введены шесть блоков умножени , блок суммировани  и вычитани , блок уп|эавлени  и допол нительный реверсивный счетчик, инфор . мационные входы которого соединены с выходами блока суммировани  и вычитани , выход дополнительного ревер сивного счетчика подключен к первой выходной шине преобразовател , а управл ющие дополнительного реверсивного счетчика соединены с первой группой выходов блока управлени  втора  группа выходов которого подключена к управл ющим входам первого второго, третьего, четвертого, п того и шестого блоков умножени , треть  группа выходов блока управлени  соединена с управл ющими входами реверсивного счетчика, четвертый выход подключен к управл ющему входу счетчика, разр дные выходы которого соединены с первой группой входов блока управлени , втора  группа входов которого соединена с пусковой ши ной преобразовател , п та  группы выходов блока управлени  подключена к управл ющим входам блока суммировани  и вычитани , входы которого соединены соответственно с выходами третьего, четвертого, п того и шестого блоков умножени , причем вход третьего блока умножени  подключен к первому входу сумматора-вычитател  и к выходу второго блока умножени , вход которого подключен к первому блоку элементов.И с элементом ИЛИ на выходе, вход четвертого блока умножени  подключен к выходу сумматора-вычитател , второй вход которого соединен С входом п того блока умножени  и с выходом первого блока умножени , вход которого подключен второму блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вход шестого бло ка умножени  соединен с входом счет чика и входной шиной преобразовател , информационный выход реверсивно го счетчика подключен к второй выход ной шине преобразовател . На фиг,1 представлена структурна  схема преобразовател ; на фиг.З варианты выполнени  сумматора-вычит тел , причем на фиг.2 - комбинированный блок сложени -вычитани ; на иг. 3 блок сложени ; на фиг.лок вычитани . Преобразователь содержит счетчик 1, реверсивные счетчики 2, первый и второй блоки 3 и 4 элементов И с элементом ИЛИ на выходе, сумматоргвычитатель 5, первый, второй, третий, четвертый, п тый и шестой блоки 6-11 умножени , блок 12 управлени , блок 13 суммировани  и вычитани , дополнительный реверсивный счетчик 1, входную шину 15, пусковую шину 16, первую и вторую выходные шины 17 и 18 преобразовател , блок 19 вычитани , элемент 20 задержки, блок 21 суммировани , входной коммутатор 22 суммируемых импульсных последовательностей , входной коммутатор 23 вычитаемых импульсных последовательностей, первый и второй блоки Ik и 25 элементов задержки, первый и второй элементы И 26 и 27 (фиг.5). Счетчик 1 и пррвый блок 3 элементов И с элементом ИЛИ на выходе образуют двоичный умножитель частоты. Св зи счетчика 1 с первым блоком 3 образованы так: первый (младший) разр д счетчика 1 соединен с импульсным входом первого элемента И первого блока 3 второй разр д счетчика 1 соединен с импульсным входом второго элемента И первого блока 3 и т.д., п-й старший разр д счетчика 1 соединен с импульсным входом п-го элемента И первого блока 3. Двоичный умножитель, образованный счетчиком 1 и первым блоком 3, управл етс  реверсивным счетчиком 2. . Разр дные выходы реверсивного счетчика 2 соединены с элементами И первого блока 3 следующим образом: п-й (старший разр д реверсивного счетчика 2 соединен с входом первого элемента И первого блока 3 (п-1)-й разр д реверсивного счетчика 2 соединен с входом второго элемента И первого блока 3 и т.jc,, первый разр д реверсивного счетчика 2 соединен с вь1ходом п-го элемента И первого блока 3. Реверсивный счетчИк 2 и второй блок Л (фиг.1) также образуют двоичный умножитель. Св зи разр дных выходов реверсивного счетчика 2 с элементами И второго блока h организованы аналогично рассмотренному умножителю . Управление двоичным умножителем , образованным реверсивным счетчиком 2 и вторым блоком k, осуществл етс  счетчиком 1.

В качестве блоков умножени  могут использоватьс  упоминавшиес  выше двоичные умножители частоты. Они обеспечивают умножение на Коэффициент, меньший единицы. Коэффициент, больший единицы, получают при охвате двоичного умножител  обратной св зью

Преобразователь работает следующи образом.

В начале, при поступлении сигнала на пусковую шину 16, блоком 12 управлени  все блоки преобразовател  устанавливаютс  в исходное состо ние устанавливаютс  режимы работы реверсивного счетчика 2 и .-дополнительного реверсивного счетчика I, записываютс  начальные числа, соответственно о о. в эти счетчики, а в счетчик 1- 1, устанавливаютс  режимы работы сумматора-вычитател  5, блока 13 суммировани  и вычитани , перт вого, второго, третьего, четвертого, п того и шестого блоков 6-11 умножени , а также устанавливаютс  коэффициенты умножени  К,, К, К, К, К этих блоков. На вход счетчика 1 в виде импульсной последовательности поступают приращени  dx входного числа X. При достижении числом х, которое формируетс  в счетчике 1, значений , соответствующих узлам аппроксимации , блоком 12 управлени  устанавливаютс  определенные значени  коэффициентов умножени  первого, второго , третьего, четвертого, п того и шестого блоков 6-11 умножени , режим работы блока 13 суммировани  и „вычитани , а также режимы работы реверсивного счетчика 2, дополнительного реверсивного счетчика Т.

На вход дополнительного реверсивного счетчика 1(фиг.1) в виде импульсной последовательности с выхода блока 13 суммировани  и вычита ,ни  поступают приращени  jdz числа z

dz-K5a7: -«-K di,, (О

где dz , dz , dz.j,dz -приращени , поступа.ющие на входы четвертого, п того, третьего и шестого блоков 9 10,8 и 11 умножени , соответственно;

К ,К, К .К - коэффициенты умноже ни  шестого, третьего , четвертого, п того блоков 11, 8, 9, 10 умножени  соответ,ственно .

Выражение (1) представл ет собой алгебраическую сумму приращений числа z.

В дополнительном реверсивном счетчике Ц формируетс  число

Z-Kt 5dli- 4 Z-a 43 - «3l4) (2.)

или, что то же самое ,2- 6J3TirKtfdl 4-K4.Idl%- 4Jdl4.C3)

В дальнейшем, чтобы не загромождать выводов, значение каждого интеграла , вход щего в формулу (З) .будем определ ть отдельно.

Приращени  dx числа х, поступающие в виде импульсной последовательности на вход счетчика 1, после установки числа Пд в реверсивном счетчике 2, вызывают на выходе первого блока 3 по)чвление приращений dy

дм -

, С4) i пГ

где z. - текущее значение числа в

реверсивном счетчике 2; m - коэффициент пересчета счетчика 1 и реверсивного счетчика 2.

Приращени  dy поступают на вход второго блока 7 умножени , на выходе которого по вл етс  импульсна  последовательность

dii-KQ.eVi, ()

/де К - коэффициент умножени  второго блоки 7.

Импульсна  последовательность с выхода второго блока 7 умножени  поступает на вход сумматора-вычитател  5 и с его выхода на вход реверсивного счетчика 2, что вызывает по вление импульсной последовательности на выходе второго блока , котора  описываетс  уравнением

avo 5

(О

1

X - текущее значение числа в

счетчике 1;

Claims (2)

1. dz - приращени  числа z, поступающие в виде импульсной последовательности на вход, реверсивного сметчика 2. 7 Приращени  d поступают на вход первого блока 6 умножени . Импульсна  последовательность на его выход описываетс  уравнением dz., О) .. где Кi - коэффициент умножени  первого блока 6. Приращени  dx входной импульсной последовательности х поступают также на шестой блок 11 умножени , на выходе которого образуетс  импульсна  последовательность ,dx, (8) I где К« - коэффициент умножени  шестого блока 11. Рассмотрим работу преобразовател  -в случае выполнени  комбинирован ной схемы сумматора-вычитател  5 (фиг.З). Запишем уравнение, описывающее работу блока 21, di;--ai 4-aip;. где приращени  на выходе блока 19, работа которого опи сываетс  уравнением а7.5--а1 -а7.а.(1о;, Из уравнений (9) и (Ю) . 64 1 . (f-) Учитыва  выражени  (), (5),(6), (7) , К aii Ч vn Откуда Д - J. l3X t- К,, Число z. в счетчике 2 измен етс ОТ величины п до установившегос  значени  z. в соответствии с выра жением 2,-Hot/-M.bd2,. ) Здесь знак + .t- при работе реверсивного счетчика 2 а режиме сло жени ,,. в режиме вычитани . iДифференциру  это уравнение и ра дел  переменнь|е, получаем azi . Ki dx(15) л К Г Интегриру  уравнение (15) с уче том пределов изменени  переменных CJ Iw ЕЭ nt атс (16) Ив.. Ч олучаем 2.1 Ка (7) гиг;1 )с1 . vio о откуда . 1,ИоХ- / (е; и, следовательно, первое слагаемое в формуле (3) имеет вид 1;--КбггК5 оХ-2.( (з; Определим теперь значение бторого слагаемого. Учитыва , что приращени  dz, поступающие с выхода перво.-го блока 6, умножаютс  п тым блоком 10 на коэффициент К, а также учитыва  (6) и (7), имеем dia 4aZi--K6K, . (го) с учетом (13) и (18) получим . КоКбИе v±Ka/KiH . , Л -. (2-1; ; Откуда проинтегрировав это выражение , получаем , JCcLKe-Kr o ±Ко1К. /.,, - Ы(,) Определ ем значение третьего . . слагаемого., вход щего в формулу(3. Так как, согласно (11) ,то I tlCilK +-1 . .В соответствии с(8), определ ет значение четвертогослагаемого, вход щего в формулу(3) 7-1 rjv(2) о Решение этого уравнени  дает . z (25) Подставив в формулу (3) значени  (19)(22),(23) и 25 , получим значение числа, зафиксированного в дополнительном реверсивном счетчике И 2-1 V7 .К2:Кб-К Ио .H ifn(.-vtco - Если в счетчике 14. записать начальное число е и обозначить .fjSTfe r (П) KlKj.lCjMo -g (tRo.--Ki) .Kj-dpikilKi-.a-jj то выражение, определ ющее число, фиксируемое дополнительйым реверсивным счетчиком 1 в режиме сложени , примет вид (дл  произвольного участка приближени ) г-ах Ъ 2 сл йх ео.(«) Следовательно, устройство, ндр ду с воспроизведением функции вида , способно воспроизводить алгебраические суммы степенных функций (28), причем показатели степеней могут при нимать как целочисленные, так и дроб ные значени , что в известном устройстве не предусмотрено. В общем случае закон изменени  чи ла в дополнительном реверсивном счет чике И описываетс  уравнением и - (30) r ъ-х -Ча,). выражение в скобках представл ет собой алгебраическую сумму слагаемых С помощью блока 12 управлени  на каждом участке аппроксимации можно задавать требуемые значени  коэффициентов Л, Ъ, с, d, е и показател  степени /v . Кроме рассмотренного вapиaнta сумматор-вычитатель 5 может выполн тьс  -в виде блока сложени  (фиг.З) или вычитани  (фиг.) импульсных последовательностей. В первом случае управление двоичным умножителем, образованным реверсивным счетчиком 2 и вторым блоком , осуществл етс  обратным кодом числа х. Во втором случае преобразование начинаетс  по команде блока 12 управлени  после первого переполнени  счетчика 1. Из теории приближени  известно, что непрерывна  на промежутке| а,Ъ функци  f(x) может быть приближена многочленом ; Pw,(x)--.ra,-x как угодно точно. Следовательно, многочленами (28) и(30) заданные нелинейные функциональные зависимости можно приближать с большей точностью, чем выражением (29), а значит ycтpoйctвo действительно обеспечивает повышение точности воспроизведени  функций. Таким образом, включение в состав устройства указанных выше узлов и изменение св зей позволили существенно расширить функциональные возможности и повысить точность преобразовател  Технико-экономический эффект от внедрени  изобретени  будет получен за счет того, что предложенное устройстёо замен ет несколько известных, позвол   линеаризировать широкий класс характеристик первичных измерительных преобразователей, а также за счет повышени  точности приближени  характеристик и улучшени  качества измерени  и контрол  параметров производственных процессов. Перспективным  вл етс  применение преобразовател  дл , работы совместно с ЭВМ и микропроцессорами в качестве устройства предварительной обработки поступающей измерительной информации. Это позволит более экономично использовать возможности ЭВМ и микропроцессоров .. Формула изобретени  Измерительный функциональный преобразователь ,, содержащий счетчик, два блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, иэеверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, выход которого подключен к информационному входу реверсивного счетчика, перва  группа разр дных выходов которого подключена к первым входам первого блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к первой группе разр дных выходов счетчика, втора группа разр дных выходов которого подключена к первым входам второго блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к второй группе разр дных выходов реверсивного счетчика, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  точности, в него введены шесть блоков умножени , блок суммировани  и вычитани , блок управлени  и дополнительный реверсивный счетчик, информационные входы которого соединены с выходами блока суммировани  и вычитани , выход дополнительного реверсивного счетчика подключен к первой выходной шине преобразовател , а управл ющие входы дополнительного ревёрсибного счетчика соединены с первой группой выходов блока управлени , втора  группавыходов которого подключена к управл ющим входам первого, второго. третьего, четвертого, п того и шее того блоков умножени , треть  группа выходов блока управлени  соединена с управл ющими входами реверси ного счетчика, четвертый выход подключен к управл ющему входу счетчика , разр дные выходы которого соединены с Первой группой входов блок управлени , втора  группа входов которого соединена с пусковой шиной преобразовател , п та  группа выходов блока управлени  Подключена к управл ющим входам блока суммировани  и вычитани , входы которого сое динены соответственно с выходами третьего, четч,ертого, п того и шестого блоков умножени -, причем вход третьего блока умножени  подключен к первому входу сумматора-вычитател  и к выходу второго блока умножени  , вход которого подключен к первому блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вход четеертоГО блока умножени  подключен к вы ходу сумматора-вычитател , второй вход которого соединен с входом п того блока умножени  и с выходом первого блока умножени , вход которого пс1дключен к второму блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе. Вход шестого блока умножени  соединен с входом счетчика и входной шиной Преобразовател , информационный выход реверсивного счетчика подключен к второй выходной шине преобразовател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Данчеев В, П. ЦИфро-частотные вычислительные устройства. М., Энерги ., 1976, с. .
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 674008, кл. G 06 F 1/02,

   Фиг 1

   dz.

   4

   21

   dz.

   19

   20

   фиг 2

   di

   T,

   d22

   фиг,

   5

   Фиг б