Частотный измерительный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G01K7/32 

00 4 Изобретение относится к.технике измерения неэлектрических величин, предназначено для одновременного измерения двух неэлектрических вели чин - температуры и давления. По основному авт. св. 972263 известен частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первый и второй автогенераторы, входы кото рых соединены с выхбдами двухпараметрового частотного датчика, а выходы подключены к первым дходам первого и второго смесителей, два, преобразователя частоты, входы кото рых подключены к выходам первого и второго автогенераторов, а выходы соответственно к вторьзм входам первого и второго смесителей, делитель частоты, соединенный с выходом первого смесителя, опорный генератор, соединенный с первым входом третьего смесителя, соединенные последовательно линию задержки, фазовый детектор, дифференциатор и сумматор причем выход делителя подключен к линии задержки, к второму входу фазового детектора и к второму входу су7 «матора, выход которого соединен вторым входом третьего смесителяCl Такой преобразователь позволяет с высокой точностью измерять параметры давления и температуры при быстром их изменении, однако требуемая точность достигается только в случае линейных зависимостей частот генерации от измеряемых параметров В действительности характеристики частотных датчиков нелинейны и преобразователь не обеспечивает высоко точности измерения. Целью изобретения является повышение точности измерения путем учета нелинейности характеристик частотного датчика. Поставленная цель достигается те что в частотный измерительный преоб разователь введены диодная матрица блок памяти и два анализатора частотных диапазонов, входы которых соединены соответственно с выходами второго и третьего смесителей, а выходы через диодную матрицу соеди иены с входом блока памяти, выходы которого соединены с управляющими входами преобразователей частоты. На фиг. 1 показана функциональная схема преобразователя; на фиг, 2 - схема анализатора частотных диапазонов; на фиг.3,4 и 5 - час тотные диаграммы, поясняющие принцип выбора коэффициентов преобразования К и К2 в заданной области частот F(T°) и Р2(Р) . Частотный измерительный преобразователь содержит двухпараметровый частотный датчик 1, два автогенератора 2 и 3, два преобразователя частоты 4 и 5, два смесителя 6 и 7, делитель 8, линию.задержки 9, фазовый детектор 10, дифференциатор 11, сумматор 12, опорный генератор 13, третий смеситель 14, два анализатора частотных диапазонов 15 и 16, диодную матрицу 17, блок памя-ти 18., Двухпараметровый частотный датчик выполнен на базе двух пьезокварцевых резонаторов 19 и 20. Анализаторы частотных диапазонов выполнены в виде цепочек, состоящих из последовательно соединенных полосового фильтра 21, амплитудного детектора 22, фильтра низкой частоты 23 и формирователя 24.. Преобразователь работает следующим образом. Воздействие давления Р и температуры Т на частотный датчик приводит к изменению частот на выходах автогенераторов 2 и 3 по законам ..V( (1) (. где , начальные частоты генерации;а ,а--- коэффициенты термочув ствительности; коэффициенты тензочувствительности;д(Р,Т) , - нелинейные поправки. С выходов автогенераторов сигналы поступают на преобразователи частоты 4 и 5, коэффициенты преобразования которых выбираются следующим образом. Область возможных изменений частот F (Т) и ) выходных сигналов преобразователя разбирается на-прямоугольные участки Сфиг. 5) внутри которых измеряемые параметры могут быть с требуемой точностью найдены путем решения линейных частей системы уравнений (1) в принебрежении нелинейными поправками () и (Р-/Т). При этом в каждой из о.бластей коэффициенты преобразования К . и постоянны. Коды коэффициентов , K2j записываются в i- у ячейках блока памяти 18, подключенного к преобразователям частоты 4 и 5. Рассмотрим область 5. Для этой области воздействие параметров Р и Т° приводит к изменению частот. и f а выходах автогенераторов 2 и 3 по законам f. f..-(. . Г f2 f20-°2l «n Коэффициенты К преобразователя 5 выбираются таким образом,чтобы в результате вычитания из первого уравнения системы (2) второго уравнения, умноженного на К, разностная частота (. 2 выходе смесителя 7 зависела от параметра Р: 2(р)К.) (3) Коэффициент К преобразователя выбирается таким образом, чтобы при слох«ении второго уравнения системы (2) с первым, умноженным на К, сла гаемые, содержащие параметр Р, взаимоуничтожились: WKA/«22)° При этом на выходе делителя 8 имеет ся средняя частота суммы двух колебаний (4): (К f + 5.0(1) . Сигнал средней частоты f j-p (-t) с выхода делителя 8 подается на один из входов фазового детектора 10, На другой вход фазового детектора 10 подается задержанный сигнал частоты fcpCi-O . На выходе фазового детектора выделяется напряжение, пропорциональное разности фаз между задержанным и прямым сигналами. При изменении частоты на выходе делителя 8 изменяется напряжение на выходе фазового детектора 10, Напряжение, пропорциональное разности фаз между задержанным и прямыми сиг налами, фактически пропорциональное функции изменения частоты, подается в дифференциатор 11. Постоянная вре мени дифференцирования в простейшем случае равна постоянной времени эквивалентного звена кварцевого резонатора по температуре. Дифференцированное напряжение с выхода дифференциатора 11 подается на сумматор, который выполнен в виде преобразователя напряжения - частота и смесителя частот с выделением суммарной частоты. На второй вход сумматора 12 подается сигнал с выхода делителя. Суммарная частота в идеальном случае изменяется по закону изменения функции изменения температуры. Сигнал высокой частоты с выхода сумматора 12 подается на один из входов третьего смесителя 1 на второй вход которого подается сигнал опорной частоты. Результирующая частота на выходе смесителя 14 имеет вид ) i ( Сигналы с частотами F (Т°) и F(Р) подаются на входы анализаторов частотных диапазонов 15 и 16, функциональные схемы которых показаны на фиг, 2, Полосы частот полосовых фильтров 21 перекрывают весь диапазон изменения частот F (Т°) и F(Р) (фиг, 4), причем на краях областе{Г Sij амплитудно-частотные характеристики фильтров имеют ослабление на уровне 0,7. Пусть в какой-то точке измерения А(Т, Р) частоты оказались равными F и р2 попали в полосы первого фильтра 21 анализатора 16 и второго фильтра 21 анализатора 15. Форма сигнала на выходе полосовых фильтров 21 по всей области частот показана на фиг. За, После детектирования амплитудным детектором 22 (фиг, 26; фиг. 36) и прохождения через низкочастотный фильтр 23 (фиг, Зв) сигнал на выходе формирователя 24 имеет вид, представленный на фиг, Зг, Таким образом, на первом выходе первого анализатора 16 и втором выходе анализатора 15 имеются логические единицы, на ос.тальных выходах - логические нули. Выходы анализаторов частотных диапазонов 15 и 16 подключены к диодной матрице. 17, которая формирует адресную матрицу коэффициентов преобразования К. и К.. Предварительно для каждой из областей определяются коэффициенты К.и К2;, коды которых записываются в яейках блока памяти 18, Цо состоянию адресной матрицы на выходе диодной матрицы 17 из ячеек блока памяти 18 вызываются соответствующие коэффициенты, коды которых поступают на входные регистры преобразователей 4 и 5, где соответствующим образом замыкаются емкости резонансных контуров, тем самым изменяются коэффициенты преобразования К. и Кл;, После корректировки коэффициентов преобразования К. и Kj; производятся вторичные измерения, в результате чего частоты F и. Fj изменяются, характеризуя в точке В(Т,Р-) измеряемые параметры т и Р кото- . рые при этом определяются с задан- ной степенью точности. Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет расширить возможности частотного измерительного преобразователя в сторону измерения более высоких и более низких давлений и температур, где характеристики преобразования существенно нелинейны или обрабатывать с требуемой точностью частотную информацию нелинейных кварцевых датчиков.

ЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт. св.№ 972263, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета нелинейности характеристик частотного датчика, в него введены диодйая матрица, блок памяти и два анализатора частотных диапазонов, входы которых соединены с выходами второго и третьего смесителей, а выходы через диодную матри- цу соединены со входом блока памяти, выходы которого соединены с управляющими входами преобразователей частоты.