Устройство для формирования напряжения пропорционального логарифму частоты импульсов Советский патент 1983 года по МПК G01R23/06 

чг

4;;:

IsD

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования сигналов частотных датчиков.:

По основному авт. св. № 516967. известно устройство для формирова- 5 ния напряжения, пропорционального логарифму частоты импульсов, содержащее блок управления, выходы которого соединены через блоки характеристики и мантиссы с входами сумма- Ю тора ll.

;Однако известное устройство не может производить обработку частотный сигналов со смещенным нулем. Так/ если необходимо сформировать на-15 npjfxceHHe, пропорциональное логарифму :физической величины Р, измеряемой при помощи датчика с частотным выходом и статической характеристи-. кой преобразования Р Pyj | i (,-fo),

20 где Pfj/fyj - номинальный коэффициент преобразования, прямое использовайие устройства невозможно.

:и,ель изобретения. - расширение функциональных возможностей и полу4eHiHe напрякения, пропорционального логарифму значения физической величины на основе информации, .поступаго щей от датчика а частотным выходом и смещенным нулем.

30

Поставленная цель достигается тем;, что в устройство формирования; напряжения, пропорционального логарифму частоты импульсов, содер35 блок управления, выходы которого соединены через блоки формирования мантиссы и характеристики с входами сумматора, введен блок формирования поправки, состоящий из управляемого резистивного делителя,

40 средняя f точка которого соединена чер0з ключ с входом операционного усилителя, выход которого соединен . через резистор с входом интегратора с ключом сброса, выход ин45тегратора соединен с дополнительным входом сумматора и с первым входом управляемого резистивного делителя, второй вход которого соединен с входной шиной устройства, причем

50 входы управления ключей соединены соответственно с выходами блока управления, а два плеча управляемого резистивного делителя образованы постоянно включенными резисторами и

55 резисторами, подключенными параллельно им через ключи, входы которых подключены к выходам компаратора, до полнигельными резисторами, первый вход компаратора соединен с выходом

60 интегратора, а второй вход является установочным,

На чертеже изображена функциональная схема устройства для формирования напряжения, пропорцио65

нального логарифму частоты импульсов.

Устройство содержит вход 1, блок 2 управления, блок 3 формирования мантиссы, сумматор 4,блок 5 формирования характеристики, блок 6 формирования поправки, содержащий резистор 7, ключ 8, усилитель 9, резисторы 10 и 11, усилитель 12, ключ 13, конденсатор 14, источник 15 стабильного напряжения, резистор 16, компаратор 17, ключи 18 и 19, резисторы 20 и 21, источник 22 стабильного напряжения. Резисторы 16, 20 и 21 и ключи 18 и 19 образуют управляемый резистивный делитель, ключ 13, конденсатор 14 и усилитель 12 образуют интегратор.

В основе действия устройства лехсат следующие математические соотношения

Статическая характеристика датчика описывается уравнением

..).

(1)

Устройство предназначено для ормирования напряжения. (J , пропорионального логарифму физической еличины Р, . , г,

и-леьр/Ро, (2;

В выражениях (1) и (3) приняты ледующие обозначения:

Р - измеряемая физическая величина;V

PW номинальное значение измеряемой физической величины; 4 часто.та на выходе, датчика при физической величине Р на его входе;

-период следования импульсов

на выходе датчика при физи ческой величине Р на его входе;

р - частота импульсов на выходе датчика при физической величине на входе, равной нулю/

1 период следования и myльcoв на выходе датчика, соответствующий частоте fo /

приращение частоты на выходе датчика при изменении физической величины на его входе

от нуля до Р|ч /.

-логарифмы X при основании 2;

-постоянный коэффициент;

А Р

значение физической величины,

принятое за единицу. Подставив в (2) значение Р из (l) , олучим /

iL-s

-еь.еъ.еь()ы

А

Первое и второе слагаемые вырабатывает устройство для формирования напряжения, пропорционального логарифму частоты.импульсов. Третье слагаемое вырабатывает бл формирования поправки. При изменении Т/Т в диапазоне о О до 1/2 функция f ebU-T/To). с высокой точностью аппроксимируется функцией q,--c(, когда ,013 736; г 0,728 492. Значения С и Т выбраны так, что нкции (f и f совпадали в T/TO 0,25 и Т/Тд 0,50. Совпадение функций в точке Т/Тр 0 выполняется при любых значениях С и Г При f(fY точность аппроксимации может быть повышена за счет уменьше ния зоны путем соответствующего выбора Си Т . Более точная аппроксимация функции (4) достигается за счет использования на разных участках экспонен с разньзми параметрами. Параметры ап проксимирующей экспоненты изменяются при переключении ключей 18 и 19, которые управляются сигналами, пос тупающими с выходов компаратора 17, сравнивающего напряжение на выходе операционного усилителя 12 с напряжением источника 22 стабильного напряжения. Переключение экспонент позволяет уменьшить- погрешность аппроксимации в 5-10 раз, доведя ее доО,03%,. . Работа устройства может быть раз бита на три такта. Первый такт, такт формирования поправки, начинается в момент начала измерительного интервала я закан чивается в момент окончания измерительного интервала В течение первого такта ключи 8 замыкаются по команде, поступающей от блока 2. Ключ 13 в течение первого такта находится в отключенном состоянии. В течение первого такта осуществляется интегрирование сигнала, приходящего на вход операционного усилител Т2. Ток, поступающий на вход усилителя 12, определяется величиной резистора 11 и напряжением на выходе операционного усилителя 9, Напряжение на выходе усилителя 9 определяется током через резистор 7 от источника 15 стабильного напряжения и .током через резистор 16 с выхода интегрирующего операционного усилителя 12. Наличие связи с выхода усилителя 12 на вход усилителя 9 обеспечивает формирование экспоненты с положительным показателем степени. Второй такт, такт перезаписи сиг нала поправки, начинается в момент окончания измерительного интервала и заканчивается через определенное постоянное время по команде, поступающей от- блока 2. В течение этого такта .ключ 8 разомкнут и интегратор на операционном усилителе 12 находится в режиме хранения информации. В течение второго такта напряжение с выхода усилителя 12 поступает на сумматор 4, где суммируется с напряжениями выработанными блоками 3 и 5 и запоминаются. Третий такт, такт подготовки к работе в следующем измерительном цикле, начинается после завершения перезаписи и заканчивается через определенное постоянное время по команде, поступающей из блока 2, В течение этого такта. |3амыкается ключ 13, через который разряжается конденсатор 14. В результате интегратор на операционном усилителе 12 подготавливается к работе в новом измерительном цикле. Изобретение позволяет использовать для построения систем автоматического управления с широким диапазоном изменения регулируемых пара- метров и динамических характеристик объекта управления быстродействующие и высокоточные датчики Физических величин с частотным, частотно-импульсным и время-импульсным выхода-i ми и смещенным нулем.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, пропорционального логарифму частоты импульсов, по авт.св. 516967, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен блок формирования поправки, состоящий из управляемогорезистивного делителя, средняя точка которого соединена через ключ с входом операционного усилителя, выход которого соединен через резистор с входом интегратора с ключом сброса, выход интегратора соединен с дополнительным входом сумматора и с первым входом управляемого резистивного делителя, второй вход которого соединен с входной шиной устройства, причем входы управления ключей соединены соответственно с выходами блока управления, а два плеча yлpaвляJeмoгo резистивного делителя Образованы постоянно включенными резисторами и резисторам подключенны1.ш параллельно им через ключи, входа которых додключены к выходам компаратора, дополнительными резисторами, первый вход компаратора ел соединен с выходом интегратора, а второй.вход является установочным.