Устройство для коррекции числа импульсов по параметру Советский патент 1986 года по МПК G05B23/02 G06F11/28 

Изобретение относится к средствам автоматизации, вычислительной и измерительной технике и может использоваться в системах автоматического контроля и измерения расхода нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов, газовых конденсаторов, а также в цифровых системах контроля и управления.

Целью изобретения является повышение точности коррекции измерительных устройств расхода сред по входному параметру путем 9беспечения возможности коррекции частоты импульсной последовательности, генерируемой измерительным устройством расхода сред согласно следующей зависимости:

м 1.

в 1 - K,t

где Ng - частота входной последовательности импульсов; Nn - частота выходной последовательности импульсов; положительные коэффициенты, определяемые экспериментально;

t - величина параметра. При необходимости степень знаменателя формулы (1) может быть увеличен до произвольного п.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства;на фиг.2 - то же, дешифратора преобразователя единичного импульса в серию; на фиг.З - то же, блока совпадения и блока переключателей преобразователя единичного импульса в серию; на фиг.А - временные диаграммы работы сумматора.

Устройство состоит из датчика 1 параметра, первого преобразователя 2 единичного импульса в серию, первого делителя 3 с регулируемым коэффициентом деления, сзтматора 4, второго преобразователя 5 единичного импульса в серию и второго делителя 6 с регулируемым коэффициентом деления.

Первый преобразователь 2 единичного импульса в серию содержит мультивибратор 7,первый, второй, третий, четвертый, пятый элементы И 8-12 соответственно , первый 13, второй М, третий 15 счетчики, первый 16 и второй 17 дешифраторы, первый 18 и второй 19 триггеры, элемент НЕ 20, блок 21 совпадения и блок 22 переключателей. Второй преобразователь 5 единичного импульса в серию аналогичен первому преобразователю 2 единичного импульса в серию и содержит мультивибратор 23, с первого по пятый элементы И 24-28, с первого по третий счетчики 29-31, первый 32 и второй 33 дешифраторы, первый 34 и второй 35 триггеры, элемент НЕ 36, блок 37 совпадения и блок 38 переключателей.

Первый делитель 3 с регулируемым коэффициентом деления содержит счет чик 39, счетный вход которого является входом делителя 3, блок 40 neреключателей и блок 41 совпадения.

Второй делитель 6 с регулируемым коэффициентом деления выполннен аналогично первому делителю 3 и содержит счетчик 42, блок 43 переключате- лей и блок 44 совпадения.

Сумматор 4 содержит первый 45 и второй 46 триггеры, первый 47 и второй 48 элементы задержки, первый 49 и второй 50 элементы И и элемент ИЛИ 51 .

Дешифраторы 16,17,32 и 33 идентичны и содержат элемент И 52.

Блоки 21,37,41 и 44 совпадения идентичны и содержат ряд элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 53, ряд инверторов НЕ 54, элемент И 55, первую 56 и вторую 57 информационные шины.

Блоки 22,38,40 и 43 переключателей идентичны и содержат ряд перек- лючателей 58, имеющих по три клеммы каждый.

Устройство работает следующим образом.

Частотный сигнал F, пропорциональ- ный параметру t, с выхода датчика 1 параметра поступает на первый вход первого преобразователя 2 единичного импульса в серио

F n,t,(2) .

где п - коэффициент передачи датчика 1 параметра.

На второй вход первого преобразователя 2 поступает выходная импульсная последовательность N с выхода сумматора 4. Первый преобразователь 2 единичного импульса в серию на кажый импульс, поступающий на его второй вход, пропускает на свой выход о njF импульсов, поступающих на его ервый вход. На его выходе IOЯвляeт- ся импульсная последовательность N, равная

N, п/ N n,-n,t N,, (3)

3

где п - постоянный коэффициент,определяемый конструктивными особенностями преобразователя 2.

Принцип работы первого преобразо- вателя 2 единичного импульса в серию состоит в следующем.

По заднему фронту импульса, поступающего на его второй вход, начинает формироваться импульс стандартной дл тельности Тд. Из импульсной последовательности F, поступающей на первый вход первого преобразователя 2, формируется вспомогательная импульсная последовательность f, состоящая из пакетов импульсов, причем каждый из пакетов имеет общую длительность Т, состоит из импульсов последовательности F, а начало каждого пакета импульсов соответствует окончанию каждого импульса последовательности, поступающей на второй вход первого преобразователя 2. Импульсная последовательность f делится на необходимый коэффициент (в общем слу чае имеющий целую и дробную части), и ползп енная в результате деления импульсная последовательность N, проходит на выход первого преобразователя 2 единичного импульса в серию. .Передним фронтом импульса последовательности Ng первый триггер 18 устанавливается по второму входу (входу S) в состояние 1, Сигнал логической единицы с его прямого выхода открывает второй элемент И 9 по пер- ному входу. Импульсы последовательности Ng инвертируются элементом НЕ 20. Во время паузы последовательности N., импульс с выхода элемента

НЕ 20 проходит через открытый второй элемент И 9 на второй вход первого элемента И 8 и открывает его. В течение времени, когда первый элемент - И 8 открыт, импульсы опорной частоты f|. от мультивибратора 7 проходят на счетный вход первого счетчика 13 и подсчитываются им. Когда число импульсов, подсчитанное первым счетчиком 13, совпадет с числом, заданным в первом дешифраторе 16, последний вьщает сигнал логической единицы. Это сигнал сбрасывает в нуль первый счетчик 3 по сбросовому входу и первый триггер 18 по первому входу (входу R). При этом второй элемент И 9 закрывается. В результате работы данной части преобразователя 2 на выходе второго элемента И 9 сформи

18 , 4 рован импульс, длительность которого Т равна

Т h T --

J-г f

J- f

(4)

где h - число импульсов, отсчитанное

первым счетчиком 13; Тр 1/f -период следования импульсов опорной частоты от мультивибратора 7.

Передний фронт импульса Т. соответствует заднему фронту импульса последовательности Ng. Длительность Т|, -выбирается равной около 1 /3 минимального периода следования импульсов входной последовательности N . Лмпульсы с длительностью Т поступают с выхода второго элемента И 9 на первый вход третьего элемента И 10 и открывают его. На второй вход этого элемента поступают им- , пульсы последовательности F с первого входа первого преобразователя 2 единичного импульса в серию. На выходе третьего элемента И 10 руется импульсная последовательность f, состоящая из пакетов импульсов, причем каждый пакет по времени соответствует первой трети паузы в последовательности Ng. Средняя частота последовательности f равна

fr T -F-WB т,

n,- t

N,

(5)

Импульсы последовательности fr поступают на первые входы че -верто- го 1I и пятого 12 элементов И, Второй триггер 19 находится при этом в нулевом состоянии. Сигналом логической единицы с его инверсного вькода открыт по второму входу чет- вертьш элемент И 11,который пропускает импульсы последовательности f на счетный вход второго счетчика 14. Когда второй счетчик 14 отсчитывает X, импульсов, второй дешифратор 17 формирует на выходе сигнал логическо единицы, который сбрасывает в нуль второй счетчик 14 и устанавливает второй триггер 19 в состояние 1, по первому входу (входу S). При этом четвертый элемент И 11 закрывается по второму входу. Сигнал логической единицы, снимаемьй с прямого выхода второго триггера 19, открывает пятый элемент И 12 по второму входу. Последующие импульсы последовательности проходят на счетньй вход третьего счетчика 21 и подсчитываются им. Блоком 22 переключателей задается двоичный код числа Дг . Когда третий счетчик 15 отсчитывает Л импульсов блок 21 совпадения формирует сигнал логической единицы, который сбрасывает в нуль третий счетчик 15 и второй триггер 19 по второму входу (входу R). При этом пятый элемент И 12 закрьшается по второму входу, а чет- вертый элемент И 11 открывается по второму входу. Работа второй части преобразователя 2 начинает повторяться. Импульсы с выхода пятого элемента И 12 проходят на выходе преобра- зователя 2 единичного импульс в серию и образуют импульсную последовательность NP, которая формируется из импульсной последовательности f. так что из каждых Л, + Д. импульсов после- довательности f последовательность W. содержит A.j импульсов. При этом частота импульсной последовательности Ng равна

(; Ъ Г - . (6)

где п (:|TJ- соответствующим выбором значений Tg , А, и -л2 добиваются необходимого

значения п

2

Принцип работы первого дешифратора 16 состоит в следующем.

К информационному входу первого дешифратора 16 подключены выходы тех ячеек первого счетчика 13, которые соответствуют единицам двоичного ко- : да дешифрируемого числа h. Поскольку первый счетчик 13 начинает цикл своей работы из начального нулевого состояния, то первое его состояние, при котором на всех входах элемента И 52 первого дешифратора 16 при- сутствуют логические единицы, соответствует коду числа h. Последующий сброс первого счетчика I3 исключает о шибочное срабатывание первого дешифратора 16. Второй дешифратор 17 рабо- тает аналогично первому 16.

Блок 21 совпадения работает следующим образом.

На первый и второй информационные входы блока 21 поступают двоичные коды с информационных выходов третьего счетчика 15 и блока 22 переключателей соответственно, проходят по информа

5

.Q o

5

0 5

ционным шинам 56 и 57 и подаются на входы ряда элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЖ 53. Каждый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ; ИЛИ соответствует одному разряду числа 7. Когда значения сигналов на входах отдельного элемента -ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ совпадают, на его выходе формируется сигнал логического нуля, который инвертируется одним из элементов НЕ ряда элементов НЕ 54. Сигнал логической единицы с вьгхода этого элемента НЕ поступает на один из входов элемента И 55. Присутствие сигналов логической единицы на всех входах элемента И 55 соответствует совпадению числа, подсчитанного третьим счетчиком 15, с числом й заданным блоком 22 переключателей. При этом на выходе элемента И 55 формируется сигнал логической единицы, который проходит на выходе блока 21 совпадения. Блок 41 совпадения работает аналогично.

Принцип работы блока 22 переключателей состоит в следукяцем.

Ряд переключателей 58 состоит из числа переключателей, равного разрядности числа Д Переводя переклю- Q чатели в первое или второе положение, задают в каждом разряде числа Х- О соответственно. Импульсная последовательность N с выхода первого преобразователя 2 единичного импульса в серию поступает на вход первого делителя 3 с регулируемым коэффициентом деления и делится им на коэффициент деления п;, задаваемьй вручную. На его выходе получается импульсная последовательность N, равная

О

N 5i.--2l..t.N . О П, п, 8

(7)

Блок 40 переключателей работает так же, как и блок 22.

На первый вход второго преобразователя 5 единичного импульса в серию поступает частотный сигиал F с выхода датчика 1 параметра, а на второй вход - импульсная последовательность NJJ с выхода первого делителя 3 с регулируемым коэффициентом деления. Второй преобразователь 5 единичного импульса в серию пропускает на каж- дай импульс последовательности по импульсов от датчика 1 параметра.. При этом на его выходе появляет712281

ся импульсная последовательность N|, равная

п.

FNj,

г

П,

. п

t N

где п - постоянный коэффициент, определяемый конструктивными особенностями преобразователя 5 (аналогично коэффициенту п).

Принцип работы второго преобразователя 5 единичного импульса в серию аналогичен принципу работы первого преобразователя 2I Различие в работе состоит в том, что на второй вход .преобразователя 5 поступает импульс- ная последовательность Nj, вместо последовательности Ш„. При этом начало формирования импульса стандартной длительности Т совпадает с задним фронтом импульса последовательности NJJ. На выходе второго преобразователя 5 поступает импульсная последовательность N, равная

. гдеп, - h-r-T,;

F-N

A , и -A

- аналоги коэффициентов Д и A соответственно для первого преобразователя 2.

Импульсная последовательность Ng с выхода второго преобразователя 5 единичного импульса в серию поступает ,на вход второго делителя 6 с регулируемым коэффициентом деления и делится им на коэффициент деления П5-, задаваемый вручную. На выходе второго делителя 6 с регулируемым коэффициентом деления получается импульсная последовательность Nf., равная

N, .

nfПуЩ

п.- П,

t-N,

(10)

5 5 Принцип работы второго делителя 6 с регулируемым коэффициентом деления аналогичен принципу работы первого делителя 2 с регулируемым коэффициентом деления.

Сумматор 4 работает следующим образом.

Импульсы входной последовательности N; поступают на первый вход элемента ИЛИ 51, без изменений про81

18 , 8 ходят на его выход. С помощью элементов 47,48 задержки формируются вспомогательные импульсные последовательности А и В, сдвинутые во времени на 0,33 Тд), и на 0,66 Т,, соответственно (т

AM

I/H

AM

- минималь

10

15

20

25

30

35

40

45

50

ный период входной импульсной последовательности Nft). По переднему фронту импульса последовательности NJJ первый триггер 45 устанавливается в состояние 1 по первому входу (входу S). Сигнал логической единицы с его прямого выхода открывает первый элемент И 49 по первому входу. Этот элемент по второму входу пропускает один импульс последовательности А с выхода первого элемента 47 задержки на второй вход элемента ИЛИ 51. Передним фронтом последующего импульса последовательности Nд первый триггер 45 сбрасывается в нуль по второму входу (входу R). Аналогичным образом второй триггер 46 по переднему фронту импульса последовательности Np- по первому входу . устанавливается в 1, открьшается второй элемент И 50, и один импульс последовательности В с выхода второго элемента 48 задержки проходит на третий вход элемента ИЛИ 51. На выходе элемента ИЛИ 51 импульсы последовательностей А и В добавляются в последовательность N в моменты пауз этой последовательности. Таким образом, синхронизация входных импульсов сумматора 4 осуществляется эа счет того, что каждьй импульс последовательностей .Njj и Nf. управляет триггером, который устанавливается в 1 не более чем на время между двумя следующими один за другим импульсами последовательности N(, а затем сбрасываются в О передним фронтом последующего импульса Нд. Наложение импульсов, подлежащих суммированию, исключается тем, что для суммирования используются импульсы последовательностей А и В, которые всегда соответствуют паузе последовательности N и не накладываются один на другой по времени. На выходе сумматора 4 формируется выходная импульсная последовательность N , равная

Ng Кд + N + Np. йй +

..t.N + -5li2i- }i t -N

n, ь

;2.

в

(II)

откуда

N A

nf. п„. n.

- ---iii. -h - 1.2. i t

n.

n,. ПУ

(12).

Если обозначить К. -i-Sl и К,

n 2

Si-J TO формула (12) соответствуn

ет формуле (1).

Таким образомj предлагаемое устройство реализует формулу (1), коэффициенты К, и Kj которой задают независимо один от другого путем необходимого выбора коэффициентов п,, п и Пц, п соответственно.

Точность коррекции числа импульсо по входному параметру можно дополнительно повысить. Для этого необходимо в устройство дополнительно ввес- ти п-2 преобразователей единичного импульса в серию и п-2 делителей частоты с регулируемым коэффициентом деления, где п - показатель степени переменного параметра. Каждьш вводи- мый преобразователь единичного импульса в серию подключается к выходу датчика параметра и выходу предыдущего делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления, а выходом - к входу вводимого делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления, подключаемого выходом к сумматору. Таким же образом должны соединяться последующие преобразователи единич ного импульса в серию и делители частоты с регулируемым коэффициентом деления.

Формула изобретения

.Устройство для коррекции числа импульсов по параметру, содержащее последовательно соединенные датчик параметра, первый преобразователь едничного импульса в серию и первый делитель с регулируемым коэффициентом деления, отличающее- с я тем, что, с целью повьшения точности коррекции измерительных устройств расхода сред по входному параметру, введены сумматор и последовательно соединенные второй преобразователь единичного импульса в серию и второй делитель с регулируемым коэффициентом деления, причем сумматор соединен первым и вторым входами соответственно с выходами первого и втрого делителей с регулируемым коэф

.

0

22811810

фициентом деления, а выход - с йторюи-. входом первого преобразователя единичного импульса в серию,- второй преобразователь единичного импульса в серию первым входом соединен с выходом датчика параметра, а вторым входом - с выходом первого делителя с регулируемым коэффициентом деления, третий вход сумматора является входом устройства, а выход сумматора - выходом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждьй преобразователь единичного импульса в серию содержит мультивибратор, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, информационный вход первого дешифратора связан с информационным выходом первого счетчика, а выход соединен со сбросовым входом первого счетчика и первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, соединенного с вторьм входом первого элемента И и первым входом третьего элемента И, второй вход которого является первым входом преобразователя единичного импульса в серию, выход элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И, а вход соединен с вторым входом первого триггера и является вторым входом преобразователя единичного импульса в серию, первые входы четвертого и пятого элементов И соединены с выходом третьего элемента И, второй счетчик соединен счетным входом с выходом четвертого элемента И, а информационным выходом - с информационным входом второго дешифратора, выход которого соединен со сбросовым входом второго счетчика и с первым входом второго триггера, третий счетчик соединен счетным входам с выходом пятого элемента И, а информационным выходом - с первым информационным входом блока совпадения, второй информационный вход которого соединен с информационным выходом блока переключателей, выход блока совпадения соединен со сбросовым входом второго счетчика и с вторым входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, а прямой выход - с вторым входом пятого эле

П1

мента И, выход которого является выходом преобразователя единичного импульса в серию.

3.Устройство по п.), отличающееся тем, что каждый дели- тель с регулируемым коэффициентом деления содержит счетчик, счетный

вход которого является входом делителя с регулируемым коэффициентом деления, и блок совпадения, первый информационный вход которого соединен с информационным выходом счетчика, второй информационньй вход - с информационным выходом блока переключателей а выход соединен со сбросовым входом .счетчика и является выходом делителя с регулируемым коэффициентом деления

4.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что сумматор содержит два триггера, первый вход первого триггера является первым входом сумматора, первый вход второго триггера является вторым входом сумматора, вторые входы первого и второго триггеров, а также вход первого элемента задержки и первый вход элемента ИЛИ соединены с третьим входом сумматора, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с.выходами первого и второ го триггеров, выходы первого и второго элементов И соединены с вторым и третьим входами элемента ИЛИ соответственно, выход которого является выходом сумматора, второй вход первого элемента И соединен с выходом первого элемента задержки, второй вход второго элемента И соединен с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки.

5.Устройство по п.2, о т ли ч а ю щ е е с я тем, что каждый дешифратор преобразователей единичного импульса в серию содержит элемент И, входы которого образуют информационный вход дешифратора, а выход элемента И является выходом дешифратора.

6.Устройство по ПП.2 и 3, о т- личающеес я тем, что блок совпадения каждого преобразователя единичного импульса в серию и каждого

18 . 12 делителя с регулируемым коэффициентом деления содержит К элементов ИСКЛЮЧА- ЩЕЕ ИЛИ, К инверторов, элемент И и две информационные шины, причем первые входы каждого из элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ образуют первую информационную шину, которая соединена с первым информационным входом блока совпадения, вторые входы каждого из элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ образуют вторую информационную шину, которая соединена с вторым информационным входом блока совпадения, выходы элементов ИСК-, ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через инверторы соединены с входами элемента И, выход которого является выходом блока совпадения.

7.Устройство по ПП.2 и 3, о т- личающееся тем, что блок переключателей каждого преобразователя единичного импульса в серию и ка:ждого делителя с регулируемым коэффициентом деления содержит К переключателей, имеющих по три входа каждый, первые входы переключателей соединены с информационным выходом блока переключателей, вторые входы переключателей соединены с -проводником логической единицы, а третьи входы переключателей соединены с проводником логического нуля, каждый . переключатель имеет два рабочих положения, в одном из которых замкнуты

первый и второй входы, а в другом - первый и третий входы.

8.Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью по- вьш1ения точности коррекции, в него введены п-2 преобразователей единичного импульса в серию и п-2 делите-- лей с регулируемым кЬ эффициентом деления, где п - требуемый показатель степени корректирзтощего параметра, причем каждый преобразователь

соединен входами с выходом датчика параметра и вьрсодом предьщущего делителя с регулируемым коэффициентом деления, а выходом - с входом делителя с регулируемым коэффициентом деления, выход которого соединен с входом сумматора.

Изобретение может быть ис-. пользовано в системах автоматического контроля и измерения расхода нефтепродуктов и сжиженных газов. Устройство позволяет повысить точность коррекции частоты импульсной последовательнойти, генерируемой измерительным устройством расхода -сред, за счет реализации нелинейной корректирующей зависимости. Устройство содержит датчик параметра, по которому осуществляется коррекция, два преобг- разователя единичного импульса в серию, два делителя с регулируемым коэффициентом деления и сумматор. 7 3.п. ф-лы, 4 ил.

От 13

16

Сриг. 2

К13 и 18

gff7/5|

-V

Л V

Редактор Н.Швыдкая

Заказ 2288/50Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Q 1

л Ml

фиг.З

, If

Составитель Ю.Сагалов

Техред И.Попович Корректор М. Максимишинец