Измеритель сигналов датчика с низкочастотным выходом Советский патент 1988 года по МПК G01R23/02 

ресчетная схема Я с регулируемым коэффициентом пересчета, триггер 9, фильтр 1П низких частот, Ф 11 управляющего сигнапа, аналоговый сумматор 13, Ф 14 сигнала коррекции, схема 17 отображения информации и синхронизатор 18. повыгаения точности измерений управляемый Г 16 периодически подстраивается по Г 2 эталонных импульсов. Для этого в корректирую:- щем такте работы устройства К 5 и 12 размыкаются, а К 4 и 15 замыкаются. При этом в замкнутый контур автоматического регулирования .включается

Г 2 эталонных импульсов. Если при этом частота импульсов управляемого Г 16 отключается от калибровочного значения, Ф 14 сигнапа коррекции вырабатывает и запоминает напряжение V, которое, воздействуя на управляе- мь1й Г 16, возвращает его частоту- к калибровочному значению. Измерительный такт работы устройства происходит при участии корректирующего напряжения ц, воздействующего на управляемый Г. 16. В результате управление частотой управляемого Г 16 осу1дествля- е гся суммарным напряжением. 2 ил.

Изобрет ение может быть использовано для измерения различных электрических и неэлектрических величин. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства. Измеритель содержит генератор (Г) 2 эталонньк импульсов, формирователь (Ф) 3 импульсов, ключи (к) 4 и 5, элемент ИЛИ 6 и управляемый Г 16. В устройство введены К 7, 12 и 15, пе

1

Изобрете ше относится к измерительной технике и может использоваться для измерения различных электрических и неэлектрических величин, преоб- разуемых датчиком в электрические сигналы низкой частоты.

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты и расширение функциональных возможностей,

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства;; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит информационную Щину 1, генератор 2 эталонных импульсов, формирователь 3 импульсов, первый и второй ключи 4 и 5, элемент ИЛИ 6, третий ключ 7, пере- счетную схему 8 с регулируемым коэффициентом пересчета, триггер 9, фильтр 10 низких частот, формирователь 11 управляющего сигнала, четвертый ключ 12, аналоговый сумматор 13, формирователь 14 сигнала коррекции, пятый ключ 15, управляемый генератор 16, схему 17 отображения информации, синхронизатор 18.

Информационная шина 1 соединена с входом формирователя 3 импульсов. Генератор 2 эталонных: сигналов соединен с входом первого ключа 4, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 6, второй вход которого соединен с выходом второго клю- ча 5, вход которого соединен с выходом формирователя 3 импульсов. Выход

5

о

2«

35

30

управляемого генератора 16 импульсов подключен к входу третьего ключа 7, управляющий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 6, а выход - с входом пересчетной схемы 8 с регулируемым коэффициентом пересчета. Вход установки триггера 9 соединен с выходом пересчетной схемы 8 с регулируемым коэффициентом пересчета, а вход сброса - с выходом элемента ИЛИ 6. Выход триггера 9 соединен с входом фильтра 10 низких частот, выход которого соединен- с входом формирователя 11 управляющего сигнала. Вход четвертого ключа 12 соединен с выходом формирователя 11 управляющего сигнала, а выход - с первым входом аналогового сумматора 13. Управляющий вход управляемого генератора 16 соединен с выходом аналогового сумматора 13. Вход пятого ключа 15 соединен с выходом фильтра 10 низких частот, а выход - с входом формирователя 14 сигнала коррекции, выход которого соединен и вторым входом аналогового сумматора 13. Выход управляемого генератора 16 соединен с входом схемы 17 отображения информации. Первый выход синхронизатора 18 соединен с управляющими входами первого и пятого ключей 4 и 15, второй выход синхронизатора 18 соединен с управляющим входом второго и четвертого ключей 5 и 12.

Устройство работает следующим образом.

Пусть частота колебаний f, на вы- оде датчика с низкочастотным выходом связана с контролируемой физической величиной X зависимостью

1

f ах.

(1)

где а - коэффициент пропорциональности.

В- связи с тем, что f - низкая частота, ее измерение обычным путем подсчета числа периодов за выбранный интервал измерения нецелесообразно, поскольку для получения удовлет- ворительной точности измерительный интервал должен быть очень большим.

Если же измерение частоты f производить путем подсчета числа им- пульСов генератора вспомогательной частоты за интервал измерения, равньй периоду неизвестной частоты Т, то это число N будет равно

т

X

ТГ

В

1

1

fxT,

где Tg - период следования импульсов вспомогательной частоты. Полученное число N нелинейно зависит от измеряемой физической величины X и не может быть использовано для прямоотсчетной цифровой индикации .

Для устранения этого недостатка зафиксируем число N N на некотором выбранном уровне, а вспомогательную частоту fg сделаем переменной и будем ее изменять так, чтобы при любом неизвестном периоде Т выполнялось условие

N cons-t. (3)

Для переменного периода Т введем обозначение Тщ. (период следования импульс.ов перестраиваемого генератора) , а для переменной вспомогательной частоты - .

Из соотношения (3) с учетом новых обозначений следует

т --i

-n.r

(4) 55

или

„., -i- Nf,, (5)

Q

15

20 й

25

45

50

55

Из соотношения (5) следует, что при выполнении условия (3) между частотой перестраиваемого генератора „ и измеряемой частотой f существует линейная зависимость с коэффициентом пропорциональности N. Это позволяет, во-первых, используя частоту f п.р , осуществлять прямосчет- ные измерения неизвестной частоты во-вторых, изменяя N, можно изменять единицы измерения физической величины X или, используя один и тот же измеритель, производить измерения различных физических величин в. удобных единицах измерения..

Устройство работает в два такта (первый такт измерительный, а второй - корректирующий).

В измерительном такте колебания с датчика подаются на информационную шину 1 (фиг, 1). Формирователь 3 импульсов из входных колебаний (фиг, 2а) формирует прямоугольные импульсы (фиг. 2б),длительностью, равной или кратной полупериоду измеряемой частоты. Эти импульсы через второй ключ 5, на управляющий вход которого подан разрешающий сигнал с синхронизатора 18, поступают на схему ИЛИ 6 и. далее на управляющий вход третьего ключа 7. Третий ключ 7 замыкается, и импульсы (фиг. 2в) с управляемого генератора 16 поступают на пересчетную схему 8 с регулируемым коэффициентом пересчета, имеющую коэффициент пересчета N. После поступления на ее вход N импульсов на выходе появляется импульс, устанавливающий триггер 9 в единичное состояние (фиг. 2г). По срезу импульсов формирователя 3 импульсов (фиг. 26) триггер 9 возвращается в исходное состояние.

На фиг. 2 изображен случай, когда условие (3) не выполняется: длительность измерительного интервала больше, чем время, за которое с управляемого генератора 16 пройдет N периодов частоты f. , т.е. Nf,.

Возникновение периодической последовательности импульсов на выходе триггера 9 приводит к тому, что на выходе фильтра 10 низких частот, пропускающего постоянную составляющую импульсного напряжения возникает управляющее напряжение. Это напряжение формирователем 11 управляющего сигнала преобразуется в управляющий сигнал и,, (фиг, 2д), который через чет- вертйи ключ 12 и ан шоговый сумматор 13 поступает на управляющий вход управляемого генератора 16. Частота последнего изменяется до тех пор, пока не будет вьтолнено условие (5)j; в рассматриваемом примере частота управляемого генератора 16 понижает- ся, а длительность импульсов на выходе триггера 9 уменьшается и приближается к номинальному значению (на фиг 2г заштриховано). Номинальной длительности импульсов соответствует номинальное управляющее напряжение на входе формирователя 11 управляющего сигнала. Если же нарушение условия (5) происходит в другом направлении (f „ ), то уменьшается длительность импульсов на выходе триггера 9 по сравнению с ном:инальной (заштрихованной на фиг, 2г), Это приводит к уменьшению постоянной составляющей напряжения на вьжоде фильтра 10 низких частот и,к изменению знака напряжения на выходе формирователя 11 управляющего сигнала„ Под действием этого напряжения частота следования импульсов управляемого генератора 16 повышается, что приводит снова к выполнению условия (5)„

В установившемся режиме (режиме удержания) управляемьй генератор 16, включенный в замкнутый контур автоматического регулирования, автоматически отслеживает измеряемую частоту. Импульсы с вых:ода управляемого генератора 16 поступ:ают на схему отображения информации, где контролируемая физическая величина х, отображается в выбранных единицах измерения.

При необходимости изменения единиц

измерения или при переходе к измерению другой физической величины изменяется коэффициент пересчета пересчетной схемы 8 с регулируемтэМ коэффициентом пересчета. На фиг, 1 это

показано условно как переключение единичного входа триггера 9 на друго выход пересчетной схемы 8 с регулируемым коэффищ1ентом пересчета,

Для повышения точности измеренизй управляемый генератор 16 периодичес- ки подстраивается по генератору 2 эталонных импульсов. Для этого в корректирующем такте работы устрой0 5 О

5

п

5

0

5

ства второй и четвертый ключи 5 и 12 размыкаются, а первый и пятый-ключи 4 и 15 замыкаются. При этом в замкнутый контур автоматического регулирования включается генератор 2 эталонных ш тульсов. Если при этом частота импульсов управляемого генератора 16 отличается от калибровочного значения, формирователь 14 сигнала коррекции вырабатьгеает и запоминает напряжение UK (фиг. 2д), которое, воздействуя через аналоговый сумматор 13 на згправляемый генератор 16, возвращает его частоту к калибровочному значению.

Последующий измерительный такт работы устройства происходит лри участии корректирующего напряжения 11,, которое продолжает возд.йствовать на управляемьй генератор 16 через аналоговый сумматор 13. В результате в измерительном такте управление частотой генератора 16 осуществляется суммарным напряжением U (фиг. 2д),

Формула изобретения

Измеритель сигналов датчика с низкочастотным вькодом,содержащий информационную шину, генератор эта- лонньк импульсов, выход которого соединен с входом первого ключа, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго ключа и управляемьй генератор импульсов, о т- личающийся тем, что, с целью повьшгения точности измерения и расширения функциональных возможностей, в него введены третий, четвертый и пятый ключи, пересчетная схема с регулируемым коэффициентом пересчета, триггер, фильтр низких частот, формирователь управляющего сигнала, аналоговьй сумматор, формирователь сигнала коррекции, схема отображения информации и синхронизатор, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и пятого ключей, а второй выход - с управляющими входами второго и четвертого ключей, информационная шина соединена с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом второго ключа, выход элемента ИЛИ соединен с входом сброса триггера и управляющим входом третьего ключа, выход которого через пересчетную схему-с регулируемым коэффициентом пересчета соединен с входом установки триггера, выход которого через последовательно соединенные фильтр низких частот, формирователь управляющего сигнала - и четвертый ключ соединен с первым входом аналогового сумматора, выход которого соединен с входом управле-, ния управляемого генератора импульи,

/ /

и.

7

сов, выход которого соединен с входом третьего ключа и входом схемы отображения информации, при этом выход фильтра низких частот через последовательно соединенные пятый ключ и формирователь сигнала коррекции соединен с вторым входом аналогового сумматора.

а