Цифровой измерительный прибор для частотных датчиков Советский патент 1986 года по МПК G01R23/00 

счетчик результата 16, индикатор 17, кварцевый генератор 12, кодовые шины 1, 2, 3, 4, введен второй делитель 1й частоты с переменным коэффициентом деления. Блок управления 6 содержит счетчик периодов 7, счетный триггер

8,первый и второй одновибраторы

9,10. Ц€;пь достигается за счет размещения группы частотных датчиков, работающих с устройством, и за счет уменьшения объема оборудования. ВыИзобретение относится к измерительной технике и может использоваться в информационно-измерительных системах, например, при линеаризации сигналов частотных датчиков, имеющих обратную характеристику вида

X аТ ЬТ + с .

где X - измеряемая физическая вели-

чина; текущее значение периода

электрических колебаний на

выходе датчика; а, в, с - градуировочные константы

.датчика; ЛХ,- d, U - аддитивные поправки.

Выражением (1) описываются характеристики большой группы частотных датчиков, использующих явление механического резонанса, .так как оно наиболее точно отражает зависимость выходной величины датчика (Т) от измеряемой (х) при изменении последней в полном рабочем диапазоне используемого частотного датчика.

Для коррекции дополнительных погрешностей от влияния неинформативных параметров (например, аддитивных, связанных с проявлением дестабилизирующих, факторов, таких как температура t, давление и др.) на функцию преобразования частотного датчика (1 в его конструкции предусматриваются датчики влияющих величин с выходным параметром в виде напряжения постоянного тока

сокая точность прибора обеспечивается дискретным принципом работы и ограничивается разрядностью представления информации. Простота в эксплуатации прибора достигается за счет охвата полного диапазона изменения измеряемой величины без необходимости перенастройки констант преобразования, с помощью которых в прибор вводятся данные о нелинейности датчика. 1 з.п. ф-лы. 1 ип.

57

5

0

15

20 25 зо, где и - постоянное напряжение на выходе датчика влияющей величины;

d, - параметр калибровки датчика; - аддитивная поправка, зависящая от i-го влияющего фактора.

Цифровой измерительный прибор для работы с описанными датчиками должен выполнять преобразование вида (1).

Целью изобретения является расширение функциональных возмбжностей и упрощение конструкции прибора при обеспечении той же точности, что дос тигается за счет расширения группы- частотных датчиков, работающих с устройством, и за счет уменьшения объема оборудования.

На чертеже представлена блок-схема цифрового измерительного прибора с пятидекадным представлением результата измерения и одним Каналом аддитивной (например, температурной) поправки.

Прибор содержит кодовые шины 1-4 для установки констант градуировки частотного датчика, входной формирователь 5, блок 6 управления, в который входят счетчик периодов 7, счетный триггер 8, а также первьй и второй одновибраторы 9, 10, блок 11 температурной поправки, кварцевый генератор 12, первый и второй делители 13, 14 частоты с переменным коэффициентом деления, двоичный счетчик 15,

счетчик 16 результата, индикатор 17, ключи 18, 19, элемент ИЛИ 20,

В приборе последовательно соеди-. нены входной формирователь 5, блок 6 управления, первый ключ 18, первый делитель 13 частоты с переменным коэффициентом деления, двоичный счетчик 15, второй делитель 14 частоты с переменным коэффициентом деления, элемент ИЛИ 20, счетчик 16 результа- та, индикатор 17, также последовательно соединены блок 11 температурной поправки, второй ключ 19, второй вход элемента ИЛИ 20, кодовые шины 1-4 соединены соответственно с кодо выми входами первого делителя 13 частоты с переменным коэффициентом деления, двоичного счетчика 15, счетчика 16 результата и .блока 11 температурной поправки, выход кварцевого генератора 12 соединен с вторыми входами ключей 18 и 19, выход ключа 18 соединен с входом второго делителя 14 частоты с переменным коэффициентом деления, второй выход блока 6 управ- ления связан с входом пуска блока 11 температурной поправки, третий выход блока 6 управления соединен с установочными входами блока 11 температурной поправки, первого делителя 13 зо коэффициентов 2А, В, С и D формулы частоты с переменным коэффициентом деления, двоичного 15 счетчика, второго делителя 14 частоты с переменным коэффициентом деления, счетчика 16

преобразования, вычисленных на осно градуировйчных констант частотного датчика и датчика температуры а, Ъ

С, и а.

результата. Кодовые входы делителя 1 частоты с переменным коэффициентом деления соединены в обратной последовательности с выходами разрядов двоичного счетчика 15.

В блоке 6 управления последовательно соединены счетчик 7 периодов, счетный триггер. 8, первый и второй одновибраторы 9, 10, единичный вход триггера 8 соединен с первым выходом блока 6 управления, выход одновибра- тора 9 соединен с вторым выходом блока 6 управления, выход одновибратора 10 соединен с установочными входами счетного триггера 8, счетчика перио дов 7, а также с третьим выходом блока 6 управления.

Устройство работает следующим образом..

Для реализации выражения (1) с

п количество двоичных разрядов дели телей частоты с переменным коэффи циентом деления. Цикл измерения начинается с появпомрщью цифрового измерительного прйт 55 лением на выходе блока 6 управления

бора оно приводится к виду

:импульса Сброс, устанавливающего /исходные состояния всех блоков прибора. Этот импульс вырабатьтается

N., t AT,

+ ВТ 4- С + DU

t

га -, 10

е

где - цифровой код измеряемого параметра, ск.орректированный по температуре; А Ent|-fI;

гЛ J

В Entl- ; С D Entbd

константы преобразования цифрового измерительного прибора. Здесь Ent - есть оператор вьщеления целой части числа, находящегося в скобках в соответствии с правилами округления. Т mTj( - интервал измерения; р iO - масштабирующий множитель количество квантуемых периодов;

нормирующий множитель, необходимый для согласования масштабов в каналах основного (х) и неинформативного (t) параметров.

Коэффициенты р, ю, q для об.еспече- ния отсчета в десятичной системе счисления представляются как целая степен числа 10, а показатели степени k, 1, выбираются из натурального ряда чисел О, 1, 2 и т.д.

Измерению предшествует установка в приборе с помощью кодовых шин 1-4

10 коэффициентов 2А, В, С и D формулы

преобразования, вычисленных на основе градуировйчных констант частотного датчика и датчика температуры а, Ъ ,

С, и а.

Для установки коэффициентов 2А, В с помощью кодовых шин они должны быть представлены в двоичной системе считывания согласно выражениям

ipa

(S

&

-n TSb- .

:где

Л{, i 0,1 - разрядные коэффи-.

циенты;

п количество двоичных разрядов делителей частоты с переменным коэффициентом деления. Цикл измерения начинается с появлением на выходе блока 6 управления

:импульса Сброс, устанавливающего /исходные состояния всех блоков прибора. Этот импульс вырабатьтается

дновибратором 10 при включении исочника питания, а также в начале аждого нового цикла измерения.

Импульс Сброс устанавливает счетик 7 периодов в состояние, соответствующее числу т- -1, риггер 8 - в нуль, в нулевое состояние устанавливаются также програмные счетчики делителей 13, 14 час- тоты с переменным коэффициентом деления и блок 11 температурной поправки. Кроме того, импульс Сброс с помощью кодовой шины 2 устанавливает двоичный код коэффициента В в двоич- . ный счетчик 15, а такж с помощью кодовой шины 3 двоично-десятичный код коэффициента С - в счетчик 16 результата. Измеряемьй синусоидальный сигнал с периодом Т, подаваемый на о входной формирователь 5, преобразуется в нем в прямоугольные импульсы с периодом следования Т, которые поступают в блок 6 управления. Первый же импульс, пришедший на вход счетчи- 25 ка 7 периодов с выхода входного формирователя 5 после окончания импульса Сброс, переполняет счетчик 7 периодов, а импульс переполнения, возникший на выходе счетчика 7 периодов,

переводит счетный триггер 8 в единичное

состояние. Триггер 8 находится в единичном состоянии до тех пор, пока счетчик 7 периодов не сосчитает периодов измеряемого сигнала, последний из которых переключает триггер 8 в нуль. В итоге на единичном выходе триггера 8 формируется измерительный интервал Т тТ, который открывает ключ 18 и пропускает в течение време- ни Т 10 Т высокочастотные импульсы кварцевого I генератора 12, следующие с частотой f д на входы делителя 13, 14 частоты с переменным коэффициентом деления. Функция преобразования делителя частоты с переменным коэффи-; циентом деления имеет следующий вид f

45

вмх

f k

02

ИЛИ в количестве

т

N,

ВЫУ

| n-JkdT

f

ых

частота на выходе делителя;

частота кварцевого генератора;

- двоичный код коэффициента деления; - разрядные коэффициенты;

- число двоичных разрядов программного счетчика; - число импульсов на

выходе делителя частоты;- интервал измерения;

- приращение переменной интегрирования (измерительного интервалах кварцевого генератора вной 2 Гц, т.е. если овие f 2 Гц, то

J kdT. Так как за

ч

время Т величина k 2А не изменяет своего значения, на выходе делителя

13 получаем число импульсов, равное т т

N. I 2AdT 2А ЫТ 2АТ.

.0 о

Число N 2АТ добавляется к числу В, ранее записанному в двоичньй счетчик 15, в результате чего к концу измерительного интервала Т в нем содержится число N, равное

N, . N + В 2АТ + В.

Количество импульсов на выходе делителя 14 равно

Тт Т.

М S (2AT+B)dT j2ATdT+SBdT AT2+BT. о о в

Число NJ с выхода делителя 14 через схему ИЛИ 20 поступает на вход счетчика 16 результата, где складывается с предварительно занесенным кодом коэффициента С. В итоге к концу измерительного интервала Т в счетчике результата реали- зуется квадратный трехчлен

NX N3 -С

АГ + ВТ + С.

Далее из заднего фронта импульса измерительного интервала. Т тТ запусн- кается одновибратор 9, на выходе которого вырабатьгаается импульс Пуск блока 11 температурной поправки. Блок 11 представляет собой аналого- цифровой преобразователь типа Напряжение - временной интервал, реализо- ванный ка базе генератора пилообраз-:

ного напряжения, двух сравнивающих устройств и входного усилителя с пе- . рестраиваемым коэффициентом передачи. Принцип работы блока 11 основан на . сравнении измеряемого постоянного напряжения U. , поступающего на вход блока 11 от датчика температуры с

пилообразным напряжением и нулевым напряжением при помощи двух сравнивающих устройств. При этом по очередности срабатывания сравнивающих устройств судят о -полярности измеряемого напряжения U , а по длительности интервала времени Tj. между моментами

их срабатывании - о величине измеря- емого напряжения. Параметр калибровки датчика температуры d учитьшается при установке константы преобразования D с помощью кодовой шины 4, позволякицей перестраивать коэффициент передачи входного усилителя. Импульс, вырабатываемый блоком 11 длительностью Т после заполнения частотой fo , преобразуется на выхо- js де ключа 19 в число импульсов, соответствующее температурной поправке

N, которые после прохождения через схему ИЛИ 20 суммируются в счетчике 16 результата с результатом предыдущего измерения, т.е.

30

N,

t N. + N. АТ2 + ВТ + С +DU.

. А tТ)

Полученный результат далее поступает для отображения на табло цифрового индикатора 17, и цикл измерения заканчивается . Следующий цикл измерени начинается при появлений очередного импульса Сброс вырабатьшаемого в блоке 6 управления одновибратором 10 который запускается от заднего фронт импульса Пуск.

Цифровой измерительный прибор реализует выражение (О, что значительно расширяет сферу применения прибора путем увеличения номенклатуры используемых частотныхдатчиков. Это устраняет необходимость в разработке приборов, имеющих функции преобразования, вытекающие как частные случаи из выражения (1) при поочередном приравнивании нулю коэффициентов а . b , с .

Высокая точность прибора (погрешность преобразования составляет не более 0,02%) обеспечивается дискретным принципом работы и ограничивается разрядностью представления информап

js

0

0

ции. Простота в эксплуатации прибора достигается за счет охвата полного диапазона изменения измеряемой величины без необходимости перенастройки констант преобразования, с помощью которых в прибор вводятся данные о нелинейности датчика. Кроме того, рез ультат измерения представляется в абсолютном значении измеряемой величины.

. Формула .изобретения

1. ЦифровЪй измерительный прибор для частотных датчиков, содержащий последовательно соединенные формирователь, вход которого является входом для подключения частотного датчика, блок управления, первый ключ, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, кодовые входы которого соединены с первой кодовой шиной, и двоичный счетчик, кодовые входы которого связаны с второй кодовой шиной, последовательно соединенные блок температурной поправки, вход которого является входом для подключения датчика температуры, второй ключ, элемент ИЖ, счетчик результата, кодовые входы которого соединены с третьей кодовой шиной, а выходы - с входами индикатора, кварцевый генератор, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго ключей, причем второй выход блока управления соединен с входом пуска блока температурной поправки, а третий выход подключен к установочным входам первого и второго делителей частоты с переменным коэффициентом деления, двоичного счетчика, счетчика результата и блока температурной поправки, кодовые входы которого соединены с четвертой кодовой шиной, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и упрощения конструкции, в него дополнительно введен второй делитель частоты, с переменным коэффициентом деления, первый вход которого соединен . с выходом первого ключа, кодовые входы соединены в обратной последовательности с выходами разрядов двоичного счетчика, а выход - с вторым входом элемента ИЛИ.

2 Прибор по п. 1, отличающий с я тем, что в нем блок управления выполнен в виде счетчика периодов, вход которого является входом блока управления, счетного триггера и двух одновибраторов, при этом выход счетчика периодов подключен к счетному входу триггера, единичный выход которого подключен к первому

Редактор Н. Швьщкая Заказ 4119/44

Составитель В. Новоселов

Техред В.КадарКорректорМ. Демчик

Тираж 728

Подписное

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.

выходу блока -управления и к входу первого одновибратора-, выход которого связан с вторым выходом блока управления и входом : второго одновибратора, подключенного выходом к установочным входам счетчика периодов,триггера и третьему выходу блока управления.

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике. Может использоваться в информационно измерительных системах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей . и упрощение конструкции прибора при обеспечении той же точности. Для это го в устройство,; содержащее формирователь 5, блок управления 6, ющтаи 18, 19, первый делитель 13 частоты с переменным коэффициентом деления, двоичный счетчик 15, блок темперйтур- ной поправки 11, элемент ИЛИ 20, и ю 4; м «к| J. Ф л1 X X I I I