Устройство для контроля параметров Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, в частности, при контроле сложного радиоэлектронного обо- .рудования как в процессе его производства, так и при его эксплуатации.

Цель изобретения - сокращение времени калибровки устройства.

На фиг.1 показана схема устройства для контроля параметров; на фиг.2 - схема второго вычислителя на фиг.З - схема блока управления; на фиг.4 - участок линейно-аппроксимированной характеристики преобразователя.

Устройство для контроля параметров объекта 1 контроля (ОК) содержит первый коммутатор 2, источник 3 Kajn-i6po- ванных сигналов, датчик 4 температуры (окружающей среды), аналого-цифро- вые преобразователи 5, преобразователь 6 температуры в цифровой код, второй блок 7 памяти (блок хранения цифровых эквивалентов температуры и аналоговых эталонов, первый блок 8 памяти, второй вычислитель 9, первый вычислитель 10, второй коммутатор 11 блок 12 сравнения с уставками, третий ,блок 13 памяти, блок 1А регистрации, блок 15 управления, линии 16-22 связи

Вычислитель 9 (фиг.2) содержит с первого по пятый коммутаторы 23-27, блок 28 вычитания, с первого по пятый регистры 29-33, блок 34 деления, блок 35 умножения, блок 36 суммиро- вания, блок 37 местного управления (блок микропрограммного управления).

Блок 15 управления (фиг.З) содержит генератор 38 опорной частоты, ключ 39, первый счетч.ик 40, блок 41 хранения программ, регистр 42 команд, первый дешифратор 43, второй дешифратор 44, блок 45 задержки, второй счетчик 46, первый элемент ИЛИ 47, коммутатор 48, второй элемент ИЛИ 49 и регистр 50.

Калибровка каждого измерительного канала проводится с помощью блока аналоговых эталонов во всем заданном диапазоне рабочих температур.

Процесс калибровки при этом осуществляется при конкретной температуре на этапах настройки и регламентных перепроверок (поверок). В процессе калибровки для каждого значения тем- пературы запоминаются результаты преобразования калибруемом преобразователем аналогов()1х пталонпмх величин в двух точках диапазона измерения. Причем приращение температуры должтю быть достаточно малым для обеспечения малой нескомпенсированной температурной погрешности (определяется дискретностью преобразователя температуры), т.е. число значений температуры, при которой проводится калибровка, большое.

В процессе эксплуатации посредством датчика и преобразователя температуры определяется воздействующая в данный момент на аппаратуре температура окружающей среды. Для этого значения температуры из памяти выбираются результаты преобразования эталонов, полученные на этапе калибровки, и затем вычислительный блок определяет измеренные величины

Y - 5И fv V 4- V л - /, ,, ч Vi.

эн

(1)

(Yse - )

где X - цифровой эквивалент измеряемой величины с учетом температурной поправки;

X ,Х - значения цифровых эквивален3 Н эр

тов нижнего и верхнего эталонов;Y,j,| ,Yj -результаты преобразования

АЦП соответственно нижнего и верхнего эталонов Y - цифровой код (после АДП) измеряемой величины. Известное устройство позволяет скомпенсировать температурную погрешность измерения, однако характеризуется большими затратами времени на первоначальную калибровку системы и перекалибровку ее в эксплуатации, а также большим объемом памяти для долговременного хранения результатов калибровки.

Большие затраты времени определя- ются в основном временем установления внутри аппаратуры заданного значения температуры и количеством температурных точек в диапазоне рабочих температур .

Общее технологическое время проведения калибровки во всем диапазоне температур определяется формулой

т - г. /two КС - twHH ,

т - .(--+1),(2)

где л - время установления внутри аппаратуры заданного значения температуры, отличающееся от предыдущего;

t л,... мякгимл. и минимальная температура :1ксплуатацни со- отвстгтвен}ю j

at. - цена единицы младшего разряда преобразователя температуры. - Например, при Т 1 мин, t - 50°С; t,, л1. 0,2°С технологическое время проведения калибровки Т составит 8,3 ч. Большой объем памяти для долговременного хранения результатов калибровки определяется также тем, что для каждого значения температуры во всем диапазоне рабочих температур необходимо для каждого диапазона каждого преобразователя хранить два значения. Число зтих значений, подлежащих хранению, может быть рассчитано по формуле

N, 2(

+ 1)2 1- , (3)

С t АЛ ИН

it ,,1

е m - число преобразователей;

1- - число диапазонов в i-м преобразователе . Например, при m 1; 5; t макс

50°С; t

, at 0,2 С

число значении, подлежащих хранению, составит 25000.

Реальная характеристика любого аналого-цифрового преобразователя в зависимости от температуры в ограниченном интервале температур с достаточной для практики точностью может быть аппроксимирована прямой линией. Количество участков характеристики, аппроксимированных прямыми линиями, и их границы на температурной оси определяются экспериментально в соответствии с требуемой точностью на основе изготовления опытного образца. В частном случае характеристика может быть аппроксимирована одной прямой во всем диапазоне рабочих температур. При кусочно-линейной аппроксимации характеристики значение выхоной величины преобразователя для любой температуры-t может быть определено по следующей формуле, если известно значение этой величины и значение температуры в граничных точках линейных участков (фиг.4):

Y, Y, +

Iij±i I IiL tu, - t.

(t - t.).(4)

Тогда при калибровке преобразователя достаточно воспроизвести температуры, соответствующие граничным точкам линейных участков, и запомнить

зн.тп иия температ;. ры и выходнь.1х ве.ми-- чин, соответствующих этим точкам.

В эксплуатации по известной температуре t и запомненным значениям температуры и выходных величин при калибровке определяют в соответствии с формулой (4) значения У,„ и У . Затем, испольяуя найденные значения

Урл и , учитывают температурную погрешность преобразователя по формуле (1) .

Нередко для компенсации не только температурной погрешности, но и погрешности за счет влажности, старения элементов и т.п. в состав аппаратуры вводят источник калиброванных сигналов. В этом случае калибровку преобразователей проводят непосредственно

перед их использованием в одной точке, соответствующей условиям эксплуатации .

Для компенсации температурной погрешности самого источника калиброванных сигналов он должен быть предварительно откалиброван, если не помещен в термостат. Калибровка проводится на этапе настройки аппаратуры или в период проведения регламентных

работ.

Для характеристики источника справедливы те же рассуждения, что и для преобразователя (с точки зрения аппроксимации характеристики). Следовательно, имея в эксплуатации данные о температуре окружающей среды и необходимые данные, полученные при его калибровке, можно в соответствии с формулой (4) определить значения источника Xj и X,g, необходимые для компенсации температурной погрешности преобразователя в соответствии с формулой (1).

Устройство работает следующим образом.

На этапе настройки аппаратуры на заводе-изготовителе или в эксплуатации в период проведения регламентных работ аппаратуру устанавливают в испытательную камеру, в которой может быть воспроизведена необходимая температура, предусмотренная заданными условиями эксплуатации. Затем устанавливают (выбирают органами управления) в блок 15 программу калибровки измерительных каналов. С помощью органов управления подают на блок 15 команду Пуск, и устройство переходит к исполнению выбранной программы.

При этом для линейно-аппроксимированной характеристики устанавливаются только те значения температуры, которые соответствуют г раничным точкам линейных участков характеристики.

По команде с блока 15 преобразователь 6 преобразует сигнал с датчика А в цифровой код t , который по команде с блока 15 записывается в блок 7.

Далее в соответствии с выбранной программой по команде с блока 15 коммутатор 2 подключает на вход подлежащего калибровке преобразователя 5 с блока 3 аналоговое значение напряжения Xjf, , соответствующее нижней границе диапазона. Затем блок 15 последовательно подает команды на запуск преобразователя 5 и запись результатов преобразования в блок 8. Аналогичным образом проводится подключение X

38

соответствующих верхней

границе диапазона, преобразование и запись в блок 8 цифрового кода У. , Процесс повторяется для всех требуемых значений температуры в заданном диапазоне рабочих температур.

После проведения калибровки выбран кого диапазона преобразователя в блок 7 вручную или автоматизированным способом заносят цифровые значения нижнего Х,,., и верхнего X ;,j эталонов. Затем переходят к калибровке следующего диапазона преобразователя.

В эксплуатации при контроле параметров для учета температурной по- грешн.ости преобразователя в соответствии с формулой (1) необходимо предварительно вычислить значения У , УЗ для температуры эксплуатации в соответствии с формулой (4).

По команде с блока 15 преобразователь 6 преобразует температуру окружающей среды в цифровой эквивалент температуры t. После этого блок 15 выдает команду на вычислитель 9, а соответствии с которой блок 37 последовательно выдает микрокоманды на коммутатор 23, команду обнуления и команду суммирования на блок 28, в результате чего t суммируется с О, хранящимся во внутреннем регистре блока 28. Затем из блока 7 через коммутатор 23 считывается значение t по команде блока 15 после подачи команды вычитания на блок 37, в соответствии с которой блок 37 выдает микрокоманды на выполнение операции вы- итания на блок 28, в результате чего

во внутреннем р м игтре блок.ч 8, ni,i- полне.нно1 о по схеме н;)) сумматора, хранится разность t-t, . 1ри этом, если разность положительная, то с блока 28 на блок 15 управления поступает О и блок 15 выдает на блок 37 команду, в соответствии с которой результат из блока 28 переписывается в регистр 29. Затем весь процесс повторяется, с то лишь разницей, что из блока 7 считывается t. и вычисляется результат t-t. И так до тех пор, пока разность t - t,%, не

станет отрицательной. В этом случае с блока 28 вычитания в блок 15 управления поступает сигнал 1 и запись в регистр 29 не происходит.

Таким образом, в регистре 29 оказывается разность t - t. , полученная от предьщущего вычисления. Затем по командам с блока 15 происходит последовательное считывание величин t - и t из блока 7 через коммутатор 23 и

вычисление разности t- - t, которая записывается в регистр 31 (в соответствии с микрокомандами с блока 37). Затем по командам с блока 15 происходит последовательное считывание величин УЭЦ . и yjH-i; ИЗ блока 8 и вычисление разности У . - 4. которая записывается в регистр 30 (аналогично предыдущему).

Далее.блок 15 подает на блок 37 команду на проведение деления. При этом блок 37 форм1-фует необходимые управляющие импульсы (микрокоманды) для обеспечения передачи информации регистров 30 и 31 в блок 34 и проведения операции деления. В результате в выходном регистре блока 34 оказывается записанной величина

----- Г- Г--Затем.блок 15 подает на блок 37 местного управления команду на реализацию умножения, по которой производится умножение величин, краняющихся в блоке

34 и регистре 29. По этой команде

блок 37 местного управления формирует необходимые микрокоманды на регистр 29, блок 34 деления и блок 35 умножения, в результате чего в выходном регистре блока 35 оказывается записано значение величины

Y эн i i ..1 - YjH -t;

(t - t.).

7Г3: 95028

После этого по команде с блока 15температуры). Следует отмел нть, что заносится во внутренний регистр бло-реальная зависимость источника калиб- ка 36 суммирования величина УЗН{. рованных сигналов от температуры по рез коммутатор 25 из блока 8, после ,аналогии с характеристикой преобра- чего блок 15 подает на блок 37 коман-зователя, а в ограниченном интервале ду суммирования содержимого блока 36температур с достаточной для практики с результатом вычисления,, хранящимсяточностью может быть аппроксимирована в блоке 35. Блок 37 формирует необхо- прямой линией. При этом все рассуж- димый набор микрокоманд, в результате 10дения, касающиеся характеристики пре- чего на выходе блока 36 оказываетсяобразователя, справед.пивы и для незаписанным результатточника калиброванных сигналов, т.е.

fX- I JJjl:: .iJ ifJl-) Cf-t) эксплуатации по известной темпера5м ,Э( t,- - tj туре t и запомненным значениям тем-

Затем блок 15 подает на блок 37 15пературы и соответствующим им выход- команду перезаписи результата, храня-ным величинам, полученным при калиб- щегося в блоке 36, в регистр 32. Та-ровке, определяют в соответствии с КИМ образом в регистре 32 оказываетсяформулой (4) значения X э, и Xjg . записанной величина УЗ„ .При калибровке источника калиб-

Аналогичным образом проводится вы- 20рованных сигналов в отлшп-ie от калибчисление величины , которая запи-ровки преобразователя в блок 15 устасывается в регистр 33. После этогонавливают программу снятия зависимосблок 15 вьздает в блок 37 команду, вти выходных напряжений источника касоответствии с которой последний фор-либрованных сигналов от температуры,

мирует команды на коммутатор 27, обе- 25Подключают калибруемьм нижний сигнал

спрчивая при чтении прохождение ин-к образцовому измерителю и измеряют,

формации XjH или блока 7 в вы-Показания образцового измерителя

числитель 10 и на коммутато{э 26, обе- 3Hi вручную или автоматизированным

спечивая при чтении прохождение ин- .способом заносятся в блок 7 для храформации УЗН из регистра 32 или У 30нения цифровых эквивалентов (на фиг.1

из регистра 33 в вычислитель 10, обе-эта операция показана пунктиром). Анаспечивает учет температурной погреш-логичным образом производится подклюности в соответствии с формулой (1).чение, измерение и занесение цифровых

Его работа аналогична описанной дляэквивалентов верхнего калиброванного

известного устройства. Отличие за- - 5сигнала X g . И так для всех значеключается в том, что считывание X ний температуры, соответствующих граи X из блока 7 (блок хранения циф-ничным точкам линейных участков харовых эквивалентов эталонов) осущест-рактеристики эталона. Занесение инвляется через вычислитель 9.формации в блок 7 аналогично процессу

Считывание УЭВи Уд производится калибровке преобразователя, также из вычислителя 9. Результатом .Б эксплуатации перед использованиработы этого вычислителя являетсяем преобразователя производится его

вычисление величины X в соответствиикалибровка с помощью калиброванных

с формулой (1). Далее величина X (таксигналов. Процесс калибровки аналоже, как и в -известном устройстве) 45гичен описанному процессу калибровки

подается на блок 12, где сравниваетсяпреобразователя с той лишь разницей,

с величиной соответствующей установкичто проводится он для значения темс блока 13, и по результатам сравне-пературы, которая существует на могния в -блоке 14 регистрируется соот-мент работы с преобразователем. В реветствующая информация о состоянии gQзультате калибровки в блоке 8 сказы-объекта контроля по данному параметру.ваются записанными значения У,„ и У,.

э Н 38

При наличии в составе аппаратурыдля температуры эксплуатации, источника калиброванных сигналов ра- Для компенсации температурной побота устройства несколько отличаетсягрешности в соответствии с формулой

от изложенной выше . На этапе настрой- gc необходимо предварительно вычиски или при проведении регламентныхлить значения Х и Х в соответст-п

работ проводится калибровка (снятиевии с формулой (4).

зависимости выходных напряжений ис- , Процесс вычисления Х и Х, анаточника калиброванных сигналов отлогичен процессу вычисления УЗН и

рачинцеи, тсо вместл считывания ве-ции, 1 ыу.пл матмм -л I l- мср, .ри а-ч,--личнн У л, , и У зн-f . из блока 8 счн- fluiiefi с миформ пг.к-пнь м .ппм ipe4ifi- тываются величины Х,,,(и Х,„4 из , разователя температуры п цифроноГ

- 1 -1 1:Jn г ;с,

блока 7 и соответственно вычисляетсякод, пыходы блока уп)ан.иения сосдиноразность X,„. X аиi Кроме того,ны с управляющими входами аналоге

вместо величины Удкь считываемойцифровых преобразователей, нервого и

из блока 8 , считывается величинавторого коммутаторов, первого, второХдц. из блока 7.10го и третьего блоков памяти, первого

Таким образом, в результате работ 1вычислителя, блока сравнения и бловычислителя 9 величина X j, оказывает-ка регистрации, входы Пуск и Остася записанной в регистре 32, а X ,g -нов блока сравнения яв:тяются однов регистре 33 вычислителя 9.именными входами устройства, о т л иРабота первого вычислителя 10 ана- 15ч а ю пз, е е с я тем, что, с целью логична описанной ранее, с той лишьсокращения времени калибровки устрой- разницей, что информация Х,„ и Х,,,.ства, в него введен второй вычисли- считывается не из блока 7, а из ре-тель, содержа1ций с первого по пятый гпстров 32 и 33 вычислителя 9, а ин-коммутаторы, с первого по пятый реформация У,,, и У,д считывается не 20гистры, блок вычитания, блок деления, из регистров 32 и 33 вычислителя 9,блок умножения, блок суммирования и а из блока 8 через вычислитель 9.блок местного управления, первая

Работа блока 15 управления (фиг.З)группа BF IXOAOB которого соединена с аналогична работе этого блока, опи-первыми управляющими входами регист- санной для известного устройства. От- 25ров с первого по пятый, с первого по личие заключается в том, что элементпятый коммутаторов, блока суммирова- ИЛИ 49 и регистр 50 позволяют изме-ния, блока деления и блока вычитания, нить состояние c гeтчикa (шага про-вторые управляющие входы которых под- граммы) 46 при поступлении 1 накяючены к второй группе выходов бло- регистр 50 с вы-числителя 9, тем самым 30ка местного управления, один из вы- . обеспечив условный переход в програм-ходов первой группы блока местного ме. Установка в исходное состояниеуправления соединен с управляющим регистра 50 происходит по сигналу с|входом блока умножения, один из выхо- дешифратора 43.дов блока управления соединен с вхо2gдом запуска блока местного управлеФормула изобретенияния, выходы первого блока памяти соедине,ны с первыми информационными

Устройство для контроля парамет-входами с первого по четвертьй ком- ров, содержащее первый и второй блокимутаторов второго вычислителя, выходы памяти, аналого-цифровые преобразова- 40второго блока памяти соединены с вто- тели, соединенные информационнымирыми информационными входами с перво- входами с выходами первого коммута-го по четвертый коммутаторов второго тора, а выходами - с соответствующимивычислителя и с первым информацион- информационными входами второго ком-ным входом пятого коммутатора второго мутатора и с И1 формационным входом 45вычислителя, выход преобразователя первого блока памяти, первая группатемпературы в цифровой код соединен информационных входов первого комму-с информационным входом второго блока татора является входами устройствапамяти и с третьим информационным для подключения к объекту контроля,входом первого коммутатора второго вторая группа информационных входов Qвычислителя, информационные выходы подключена к выходам источника калиб-четвертого и пятого коммутаторов вто- рованных сигналов, выход второго ком-рого вычислителя подключены к второму мутатора соединен с первым информаци-и третьему информационным входам пер- онным входом первого вычислителя, вы-вого вычислителя, выход знака блока ходы третьего блока памяти подключены ggвычитания подключен к запускающему к первой группе информационных входоввходу блока управления, выходы перво- блока сравнения, вторая группа инфор-го и второго коммутаторов второго вы- мационных входов которого соединеначислителя соответственно соединены с Г H)L4o,noM первого вычислителя, а вы-входами умены1 аемого и вычитаемого

II

блока вычитания, выходы которого подключены к информационным входам с первого по третий регистров, выходы которых соответственно соединены с входом первого сомножителя блока умножения, с выходами делимого и делителя блока деления, выход которого подключен к входу второго сомножителя

ветствующих слагаемых блока суммирования, выходы которого подключены к информационным входам четвертого и пятого регистров, выходы четвертого регистра соединены с пер-вым и информационными входами четвертого и пятого коммутаторов второго вычислителя, выходы пятого регистра

, Уf fj,t.-,fj ±jlJiy-llVyj. V l- t-J. Г1Ч 11УС1

блока умножения, выход которого и вы- ю подключены к вторым информационным

ход третьего коммутатора второго вы- входам числителя подсоединены к входам соот- ров.

четвертого и пятого регист

1339502

ветствующих слагаемых блока суммирования, выходы которого подключены к информационным входам четвертого и пятого регистров, выходы четвертого регистра соединены с пер-вым и информационными входами четвертого и пятого коммутаторов второго вычислителя, выходы пятого регистра

, Уf fj,t.-,fj ±jlJiy-llVyj. V l- t-J. Г1Ч 11УС1

подключены к вторым информационным

четвертого и пятого регистФиг. 2

lUl 1 1,

Пуск

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при контроле сложного радиотехнического оборудования. Цель изобретения - сокращение времени калибровки. Устройство содержит аналого-цифровые преобразователи 5, первый 2 и второй 11 коммутаторы, первый 8, второй 7 и третий 13 блоки памяти, датчик температуры 4, преобразователь температуры в цифровой код, первый вычислитель 10, блоки сравнения 12, регистрации 14 и управления 15, второй вычислитель 9,- содержащий коммутаторы, регистры, блоки вычитания, деления, умножения, суммирования и местного управления, что позволяет без ухудшения качества контроля работать с сокращенным количеством калибровочных точек за счет использования участков линейно-кусочной аппроксимации. 4 ил. $ сл Пуех ecmOHcf ipuiJ со о: со сл о to

.,

i ti

Редактор В.Петраш

Составитель И.Алексеев Техред М.Ходанич

Заказ 4218/36Тираж 863Подписное

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

ti

t

Фи&.

ti4

Корректор А.Тяско