Устройство для градуировки измерительных преобразователей давления Советский патент 1985 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для градуировки измерительных преобразователей давления (ИПД).

Известно, устройство для динамической градуировки ПДП, содержащее приводной электродвигатель, кинематически связанный с элементом генерации колебанй й, выполненным в виде круглой заслонки с осью вращения, расположенной вдоль ее диаметра и установленной в трубопроводе по диаметру его поперечного сечения tl3 Однако это устройство не обеспечивает высокой точности определения динамических характеристик ИПД.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае-т мому эффекту является устройство для градуировки, содержащее задающий генератор, соединенный с формирователем меток времени и через усилитель - с излучателем, размещенным в рабочей камере с поверяемым и образцовым измерительными преобразователями, два канала измерения со средствами преобразования выходных сигналов поверяемого и образцового измерительных преобразователей, цифровой преобразователь декартовых координат в полярные,к выходу которого подключены блок деления, сумматор, и программирующее устройство, выход которого связан с задающим генератором, преобразователем декарговых координат в полярные, блоком деления и сумматором C2J.

При испытании и метрологической аттестации ИПД с частотно-импульсным представлением выходной информации (например, струнных датчиков давления) и при наличии образцового ИПД также с частотно-импульсной формой представления информации прототип имеет следующий недостаток. Для преобразования мгновенных значений информативного параметра выходного сигнала аттестуемого датчика (частоты) в цифровую форму в качестве аналого-цифрового преобразо-: вателя .приходится использовать цифровой периодомер, так как йругие етоды измерения мгновенной частоты не дают необходимогобыстродействия и не обеспечивают синхронности измерения. Последнее снижает точность определения динамических характеистик ИПД, так как измерение периоа, (при цифровом преобразовании мгновенных значений частотных выходных сигналов аттестуемого и образцового ПД) может начаться не мгновенно о сигналу с блока синхронизации, а с существенной временной задержкой о прихода очередного импульса выходой частоты того или иного ИПД. Эта ременная задержка может изменяться лучайным образом в диапазоне от

нуля до одного периода выходных сигналов ИПД и,кроме того, зависит от значений этих сигналов, т.е. от чувствительности аттестуемого и образцового ИПД. Результат цифрового измерения периода получается только в конце следующего периода (второго периода с учетом максимальной задержки в один период), а значение мгновенной частоты, определенное по текущему измеренному периоду, соответствует моменту времени, совпадающему с серединой второго периода. Неопределенность моментов, к которым следует отнести полученные результат измерения мгновенных частот аттестуемого и образцового ИПД по текущим периодам, зависимость этих моментов от чувствиельности того или иного ИПД снижают точность определения динамических характеристик ИПД изза нарушения синхронности измерений

Кроме того, поскольку .-быстродействующие образцовые ИПД имеют аналоговый выходной сигнал, обработку сигналов аттестуемого и образцового ИПД приходится выполнять разными средствами.

То же происходит и при обработке выходных сигналов аналоговых аттестуемого и образцового ИПД, как это производится в прототипе. В этом случае точность определения динамических характеристик существенно снижается из-за значительного апертурного времени (минимального времени преобразования) аналого-цифровы преобразователей, которое также в обоих каналах измерения неопределенно и зависит от значений выходных сигналов ИПД, т.е. от чувствительности аттестуемого и образцового ИПД. Все это затрудняет получение достоверных результатов при определеНИИ динамических характеристик ИПД с с различной формой представления выходной информации.

Цель изобретения - повыщение точности определения динамических характеристик ИПД.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для градуировки измерительных преобразователей давления, содержащее задающий генератор, соединенный с формирователем меток времени и через усилитель - с излучателем, разме- .

щенным в рабочей камере с noBepHeMfcaK и образцовым измерительными преобразователями, два канала измерения со средствами преобразования выходных сигналов поверяемого и образцового измерительных преобразователей,цифровой преобразователь декартовых координат в полярные, к выходу которого подключены блок деления, сумматор, и программирующее устройство, выход которого связан с задающим генератором, преобразователем декар товых координат в полярные, блоком деления и сумматором, введены счетчик импульсов с дешифратором с четы мя выходами, подключенный к выходу формирователя меток времени и связа ный с программирующим устройством, а средства преобразования выходного сигнала поверяемого и образцового и мерительных преобразователей давления выполнены в виде четырех двухвходовых элементов И и двух реверсивных счетчиков, причем первые вхо ды всех четырех элементов И, входящие в состав средства преобразовани выходного сигнала поверяемого преобразователя давления, подключены к его выходу, первые входы всех четырех двухвходовых элементов И, вхо дящих всостав средства преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, подключены к выходу образцового преобразователя давления, а вторые входы элементов И средства преобразовани выходного сигнала поверяемого преобразователя давления попарно объединены с вторыми входами элементов средства преобразования давления, и каждая пара соединена с одним из четырех выходов дешифратора счетчика импульсов, при этом в каждом из средств преобразования выходного сигнала выход каждого элемента И со единен с одним из входов соответствующего реверсивного счетчика, а- кодовые выходы счетчиков подключены к цифровому преобразователю де картовых координат в полярные. На фиг.1 и 2 дана блок-схема устройства; на фиг.З и 4 - то же, в случав использования датчиков с аналоговыми выходными сигналами; на фиг.З - одна из возможных систем весовых функций, реализуемая счетчиком импульсов с дешифратором; а на фиг.б - процесс накопления данн в соответствии с алгоритмом работы устройства. Устройство содержит задающий ге нератор 1, формирователь 2 меток времени внутри периода испытательного сигнала, источник испытательного сигнала 3, например, излучатель 4 с усилителем мощности 5 на входе, размещенный в камере давлени 6, аттестуемый: ИПД 7, образцовый ИПД 8, программирующее устройство цифровой преобразователь 10 декартовых координат в полярные, блок деления 11, сумматор 12, блоки логического умножения 13,14, счетчик 1-5 импульсов с дешифратором, формирующий весовые функции, блоки реве сивных счетчиков 16,17, включающи по два реверсивных счетчика, логические элементы И 18-25, реверсивн счетчики импульсов 26-29, преобраз ватели напряжение-частота 30 и 31. Устройство для градуировки измериельных преобразователей давления работает следующим образом. Программирующее устройство 9 устанавливает частоту задающего генератора 1, соответствующую первой точке частотного диапазона, в котором определяется АЧХ и ФЧХ (фиг.1). Задающий генератор 1 синхронизирует формирователь 2 меток времени (вспомогательный генератор или умножитель частоты) и одновременно приводит в действие источник 3 испытательного сигнала, например, с помощью излучателя 4, подключенного к задающему генератору 1 через усилитель мощности 5, создает гармонически изменяющееся давление в камере б. Воспроизводимое в камере 6 полз давления источника 3 одновременно воздействует на аттестуемый частотный ИПД 7 и образцовый частотный ИПД 8. В отличие от прототипа ВЕЛ :одные частотноимпульсные сигналы этих преобразователей в первом и втором каналах измерения .поступают на блоки логического умножения 13 и 14 (фиг.1), на которые подается одна и та же система весовых функций, формируемая счетчиком импульсов с дешифратором 15. Каждый блок логического умножения состоит из четырех элементов И (фиг.2), блок 13 канала измерения из элементов И 18-21, а блок 14 канала измерения - из элементов И , причем первые входы элементов И 18-21 соединены с выходом ИПД 7, первые входы элементов И 22-25 с выходом ИПД 8, вторые объединенные попарно входы элементов И 18,22 сое.динены с первым выходом дешифратора счетчика 15 импульсов с дешифратором (сигнал о), вторые входы элементов 19,23 - с вторым выходом дешифратора блока 15 (сигнал Ь),вторые входы элементов И 20,24 - с третьим выходом дешифратора блока 15(сигнал с ), вторые входы элементов И 24,25 - с четвертым выходок дешифратора блока 15 (сигнал eJ ) . Формы и временные сдвиги сигналов «,Ь, с, (J на выходе дешифратора блока 15, а также эквивалентные весовые функции W, и Wj , формируемые с помощью меток времени, показаны на фиг.5. В процессе накопления данных каждый логический элемент И в блоках логического умножения 13 и 14 пропускает импульсы с выходов ИПД 7 и 8 на соответствующие входы реверсивных счетчиков 26, 27 в блоке 16канала измерения 28 и 29, в блоке 17 канала измерения в течение тех интервалов времени, когда на втором входе этого элемента действует логическая единица. Расположение этих интервалов по отнсяиению к сигналам ИПД не меняеется в течение всего времени накопления (на какой-либо из частот испытательного сигнала). В результате каждый из реверсивн счетчиков в течение заданного числа периодов испытательного сигнала накапливает число импульсов, пропорци ональное сумме заштрихованных на со ответствую1йЬй кривой фиг.6 площадей с учетом указанных на каждой заштрихованной площади знаков, т.е. и тегралу произведения частоты на весовую функцию. Если кривые выходной- частоты ИПД 7 и 8 содержат, помимо основной гармоники, только те высшие гармони ки, которые отсутствуют в весовых функциях, а именно с номерами четными и кратными трем, то число им, N02 вг репульсов N д-1 версивных счетчиках 26-29 в определенном (одном и том же) масштабе соответствуют коэффициентам А., , В Aj , В разложения кривых выходных частот ИПД 7 и 8 в ряды Фурье. Поэтюму из вычислительных операций прототипа в данном устройстве выполнить определение -пч амплитуд начальных фаз и arcio;-- i , сЧ 1Гд 1 NA Nfl а также вычисление отношения амплитуд N(- / и разности , 1 которые представляют ординаты искомых амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик аттестуемого ИПД. Первые операции по определению MCJ и YJ (где j 1,2) соответствугот алгоритму работы преобразовате ля декартовых координат в полярные 10 и определяются им последовательно во времени под управлением программирующего устройства 9.Ордината АЧХ, равная отношению амплитуд С1 / с2 - определяется цифровым делительным устройством 11, а ордината ФЧХ, равная разности фаз 4 , вычисляется сумматором 12. Делительное устройство 11 и суммато 12 управляются программируюц&1м устройством 9. После выполнения перечисленных операций сигналами с выхода программирующего устройства 9 изменяется частота испытательного сигнала задающего генератора 1, и находится следующая точка АЧХ и ФЧХ и т.д. по всем точкам частотного ди anasoHav в котором определяются дан ные характеристики. В случае, когда испытуемый ИПД имеет частотно-импульсную форму пре ставления выходной информации (как. например, струнный датчик давления), а образцовый ИПД имеет непрерывный . выходной сигнал (как,например, пьезоэлектрический датчик давления),выходной сигнал аналогового образцового ИПД можно преобразовать в частотно-импульсную форму с помощью дополнительно введенного в устройство быстродействующего (например, интегрирующего) преобразователя напряжение-частота ЗО(фиг.З). В том случае, когда оба ИПД являются аналоговыми, необходимо выполнить преобразование в частотноимпульсную форму выходных сигналов обоих ИПД с помощью преобразователей напряжение-частота 3.0 и 31 (фиг.4). Устройство позволяет существенно повысИтЪ точность экспериментального определения динамических характеристик ИПД. Это объясняется тем, что элементы И срабатывают практически мгновенно по сигналам с выходов дешифратора счетчика импульсов, формирующегЪ весовые фракции, в то время как аналого-цифровые преобразователи всегда имеют значительное апертурное время (минимальное время преобразования) , которое к тому же зависит от преобразуемого напряжения. Кроме того, в предлагаемом устройстве обрабатывается информация не об отдельных точках на кривых сигналов, как в прототипе, а о площадях, что существенно снижает влияние шумов и помех, в том числе уменьшает влияние случайных возмущений воспроизводимого давления в камере устройства. В предлагаемом устройстве выходные сигналы аттестуемого и образцового ИПД умножаются на одну и ту же систему весовых функций, и при-.этом не требуется точной фазировки весовых функций по отношению к испытательному сигналу или выходному сигналу испытуемого КПД, и, таким образом, погрешности формирования весовых функций практически не сказываются на результатах определения динамических характеристик ИПД. Одновременно достигается существенное упрощение устройства, в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом значительно упрощены вычислительные операции (поскольку не требуется производить операции накопления данных и определения коэффициентов рядов Фурье как в прототипе, эти операции в предлагаемом устройстве выполняйтся без введения специальных узлов), в связи с чем отсутствуют такие узлы как усредняющие и множительные устройства на их входах, а также существенно разгружается память программирующего устройства.

Ж

ftc,/.

сг

f6

11

ммян

ю

.

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЗЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛБКИЯ, содержащее задающий генератор, соединенный с формирователем меток времени и через усилитель - с излучателем, размещенным в рабочей камере е поверяемым и образцовым измерительными преобразователями, два канала измерения со средствами преобразо вания выходных сигналов поверяемого и образцового измерительных преобразователей, цифровой преобразователь декартовых координат в .полярные, к выходу которого подключены блок деления, сумматор, и программирующее устройство, выход которого связан с задающим генератором, преобразователем декартовых координат в полярные, блоком деления и сумматором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определе НИН диниамйческих характеристик измея рительных преобразователей давления, в него введены счетчик импульсов с дешифратором с четырьмя выходами, подключенный к выходу формирователя меток времени и связанный с программирующим устройством, а средства преобразования выходного сигнала поверяемого и образцового измерительных преобразователей давления выполнены в виде четырех двухвходовых элементов И и двух реверсивных счетчиков, причем первые входы всех четырех элементов И, входящие в состав средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления, подключены к его выходу, i первые входы всех (Четырех двухвходо вых элементов И, входящих в состав (Л средства преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, подключены к выходу образцового преобразователя давления, а вторые входы элементов И средства преобразования выходного сигнала поверяемого преобразователя давления попарно объединены с вторыми входами элементов И средства м преобразования выходного сигнала образцового преобразователя давления, t и каждая пара соединена с одним из м л четырех выходов дешифратора счетчика импульсов, при этом в каждом из средств преобразования выходного сигнала выход каждого элемента И соединен с одним из входов соответствующего реверсивного счетчика, а кодовые выходы счетчиков подключены к цифровому преобразователю декартовых координат в полярные.

Фиг Л

iiiiniiiiliiiniiiiniiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiHiiti}iititiiii fplV, I I f A. / r / /

Ir

/xVV

I

I

I

04/. 6