Устройство для измерения температуры и механических усилий Советский патент 1983 года по МПК G01K7/32 G01L1/16 

Изобретение относится, к измерител ной технике и предназначено для одновремениого измерения температуры и механических усилий. Известно yctpoftcTBo для измерения температуры и механических усилий, содержащее два пьезорезонатора, установленных на упругом элементе и подключенных к двум автогенераторам два .преобразователя частота-код, выходы которых.подключены к вычисли-. тельному блоку, соединенному с блоко памяти l . Указанное устройство .не обладает Требуемой точностью измерения из-за погрешностей, обусловленных отсутст Вием учета зависимости коэффициентов температурной чувствительности от воздействия на чувствительный элеМе нт силы и коэффициентов силовой чувствительности от воздействуй-) щей на чувствительный элемент температуры. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения температуры и механических усилий, содержащее два пьезорезонатора, установленных на упругом элементе и подключенных к двум автогенераторам два преобразователя частота-код, выходы которых подключены к вычисли тельному блоку, соединенному с блоком памяти, при этом выход первого автогенератора соединен с входом первого преобразователя частота-код, а управЛЯ|ощие входы преобразователей частота-код и вычислительного блока соединены с выходом тактового генератора, а также содержащее элемент И, блоки сравнения и блок преобразования кодов з . Известное устройство имеет высокую точность измерения, но обладает относительно низким быстродействием из-за сложности алгоритма обр аботки сигналов и от.носительно медленной сходимости итерационного цикла при определении температуры и силы. Цель изобретения - повышение быс родействия устройства. Поставленная цель достигается те что в устройство для измерения температуры и механических усилий, содержащее два пьезорезонатора, установленных на упругом элементе и подключенных:.к двум автогенераторам два преобразователя частота-код, вы xoiaj которых подключены к вычислительному блоку, соединенному с блоком памяти, при этом выход первого автогенератора соединен с входом пе вого преобразователя частота-код, а управля1аци1е входы преобразователе частот;а-1 од и вычислительного блока соединены с выходом тактового генератора, введены делитель частоты и смеситель у первый вход которого сое динен с вьгходом второго автогенератора, второй вход через делитель подключен к выходу первого автогене: ратора, а выход подключен к входу второго преобразователя частота-код. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит упругий элемент 1 с пьезокварцевь и резонаторами 2 и 3, подключенньми к автогенераторам 4 и 5, два преобразователя б и 7 частота-код, смеситель 8, делитель 9 частоты, вычислительный блок 10, блок 11 памяти и тактовый генератор 12 для синхронизации работы прёобра-зователей частота-код и вычислительного блока. Упругий элемент находится под действием силового и температурного полей в точке измерения. Он может быть выполнен в виде кольца из кварцевого стекла с гантелеобразным отг верстием, что позволяет устранить температурную погрешность и гистерезис упругого элемента. На торцовых поверхностях упругого элемента укреплены пьезокварцевые резонаторы 2 и 3, испытывающие точечное нагружение. В качестве резонаторов 2 и 3 используются кварцевые ре.зонаторы LC-среза, характеризующиеся высокой линейностью и крутизной преобразования температурно-частотных и тензо-частотнЕлх характеристик. Устройство работает следующим образом. Воздействующие на упругий элемент 1 с резонаторами 2 и 3 температура Т и сила Р приводят к изменению частот tj и 2 .автогенераторов 4 и 5: l,.a,uK,,iP-Pol -T40,f,.,)l Р (f) 2-а2, 1 Р-РоП- ап ;| 22С :-%)Р, (2) где PQ, Тл - значения силы и температуры в репернрй точке; Р,Т - текущие значения измеряемой силы и температуры;, силовые коэффициенты термочувствительности; )2,К„-- температурные коэффициенты Тенз-очувствительности;а°; - значения соответствующего коэффициента чувствительности в реперной точке. С выхода автогенератора 5 сигнал с частотой , поступает в преобразователь 7 частота-код и делитель 9, коэффициент деления которого выбирается равньм значению Kg ()/, (К. ) . С выхода делителя сигнал с частотой 0 / Kg поступает на второй вход смесителя 8, на первый вход которого подается сигнал с автогене ратора 4. С выхода смесителя сигнал с частотой i - f j(f 2 1 поступает в преобразователь 6 частота-код. С выходов преобразователей б и 7 част та-код коды частот f и i поступаю в вычислительный блок. Вычислительный блок вычисляет значения величин Р и Т, которые связаны с частотами { И Jo соотношениями: аД:4{, а, а, (2) ,К,Р-, ai,o(i (Ч,+К„)а, / о а,о(Я о,-(а„-)P bj4K3P-, (t con5t-, Дд - coii9t-, « «-- - 2-««-.g Для определения Р и Т вычислитель ный блок вызывает из блока памяти коэффициенты Q я а , вычисляет первую оценку параметра Р Р по выражению (3). Затем значение Р подставляется в выражения (5) и (б) и псглучаются новые значения коэффициентов Oj и Oj, которые записываются в блок памяти вместо предьвдущих. По ним снова по выражению (3) вычис 8ляется вторая оценка . Затем по полученнЕЛм Р и р вычисляется погрешность б и сравнивается с вызьшаемой из блока памяти допустимой погрешностью BO . Если , то опять корректируются QI и Q,; и вычисляется следующая оценка Р V к так до тех пор, пока не будет вьтолнено соотношение 8- б. , Тогда последнее вычисленное значение коэффициента о. подставляется в выражение (4) и вычисляется параметр Т.- Затем вычислительный блок j выдает значения параметров Р и Т и начинает новое измерение. Наличие в предлагаемом устройст-v ве новых элементов - делителя и смесителя - выгодно отличает его от устройства-прототипа, так как позволяет повысить быстродействие устройства. Повышение быстродействия происходит вследствие того, что система .уравнений, устанавливающая связь между частотами i «iq к измеряемыми величинами Р. и Т, является более простой по отношению к аналогичной системе уравнений прототипа. В этой системе уравнений только два коэффициента зависят от параметра Р, в то время как в системе уравнений устройства-прототипа четыре коэффициента зависят от параметров Р и Т. Так как система уравнений является более простой, нахождение значений Р и Т осуществляется за меньший промежуток времени.

, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫИ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ, содержащее два пьезорезонатора, ус« тановленных на упругом элементе и подключенньсс к двум автогенераторам. два преобразователя частота-код, выходы которых подключены к вычислительному блоку, соединенному с блоком памяти, при этом выходпервого автогенератора соединен с входом первого преобразователя частота-код, а управляющие входы преобразователей частота-код и вычислительного блока соединены с выходом тактового генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены делитель частоты и смеситель,,первый вход которого соединен с выходом второго автогенератора,второй вход через делитель подключен к выходу первого автогенератора, а выход подключен к § входу второго преобразователя часто(Л та-код.