Измерительный преобразователь с коррекцией характеристики Советский патент 1988 года по МПК G05B11/00 

NU

Oi

сд

QD О

Изобретение относится к измерн- телыюй технике и может быть Hcriojrb- эовано для преобразования измеряемог физического параметра в электрическ сигнал.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя за счет полной коррекции . погрешности и линеаризации характеристики преобразования и упрощение его настройки.

На фиг, 1 изображена структурная схема измерительного преобразователя с коррекцией характеристики; на фиг. 2 - зависимости изменения сигна лов в измерительном преобразователе от изменения контролируемого параметра; на фиг, 3 - завис шо.сти изменения погрешностей сигналов от изменения контролируемого параметра; на фиг. А зависимости погрешностей сигналов при различной степени коррекции.

Измерительный преобразователь (фиг.1) содержит информационный дат- чик 1, компенсационный датчик 2, первый и второй согласующие преобразователи 3 и 4, первый вычитатель 5, регистратор 6, второй вычитатель 7, сумматоры 8, задатчик 9 опорных сиг- налов, регулятор 10, умножитель 11, третий и четвертый вычитатели 12 и 13, первый и второй блоки 14 и 15 настройки, умножители 16 и 17 и усилитель 18.

Графики (фиг,2) содержат зависимость 19 YjjCX) изменения сигнала на выходе первого согласующего преобразователя 3 от изменения параметра X, зависимость 20 сигнала Y,, на выходе BTOpoi o согласующего преобразователя 4, зависимость 21 У (X) изменения сигнала на выходе четвертого вычи- тателя 13 от изменения параметра X, зависимости 22 и 23 соответственно (Х) и Y2 (X) изменения сигналов на выходах сумматоров 8 первого и второго блоков 14 и 15 настройки от изменения параметра Х, зависимость 24 Y р (X) изменения сигнала на выходе первого вычитателя 5 от изменения параметра X,

Графики (фиг.З) содержат зависимость 25. (Х) изменения погрешности сигнала Y, от изменения параметра X и значение 26 uY погрешности сигнала Y.

Графики (фиг,4) содержат зависимости 27 и 28 соответственно AY, (X)

и Y2(X) изменения погрешностей сигналов Fia выходах сумматоров 8 первого и второго блоков 14 и 15 настройки от изменения параметра X при неполной коррекции (. ) , зависимости 29 и 30 соответственно (X) и Y.J(X) изменения погрешностей тех же сигналов при

kii . k

opt

5 20

25 30

д

35

5

5

Преобразователь работает следующим образом.

Изменение измеряемого, параметра X с помощью информационного датчика 1 и первого согласующего преобразователя 3 преобразуется в изменение сигнала Yg(X) (фиг.2, зависимость 19), Компенсационный датчик 2 и второй согласующий преобразователь 4 вырабатывают сигнал 20 YJ,, величина которого зависит от дестабилизирующего фактора (например., температуры) и не зависит от параметра X. С помощью умножителя 11 и третьего и четвертого вычитателей 12 и 13 линейная зависимость 19 Yg(X) преобразуется в гиперболическую зависимость 22 Y,(X) (Фиг. 2). Сигналы Y, (Х) и (Х) поступают на входы сумматоров 8 первого и второго блоков 14 и 15 настройки, сумма выходных сигналов Y и с помощью соответствующего регулирования поддерживается постоянной и равной значению первого выходного сигнала Y р) задатчика 9 опорных сигналов ,Yo, , При этом становится зависргмым от X. Это происходит следующим образом.

Сигналы и складываются в сумматоре 8 преобразователя, и сумма сравнивается с опорным сигналом Yg, во втором вычитателе 7, На выходе второго вычитателя 7 появляется сигнал рассогласования Y, , который в регуляторе 10 преобразуется в управляющей сигнал Z, поступающий на вторые входы первого и второго блоков 14 и 15 настройки, и через усилитель 18 с коэффициентом передачи k поступает на входы умножителей 16 и 17, где перемножается с сигналами Y, и . Регулятор 10 может быть как статическим с максимально большим коэффициентом усиления, так и астатическим, содержащим интегратор. В устанопиншемся режиме получают следующие р.-1я игтня:

ч «4 +bY,.н

14 ги

IH Y

01

Выходным является разностный сигнал Yp(X)

Y5..CX) (X). Выражая

из первых двух уравнений системы (1)

Zif

нение для Yj

и приравнивая их, получают уравYg-Ypi +(2+kYi)YH

(2)

( 1-tY -kY . I K-IUM

Считая, что Y есть линейная функция от X, Y ct-р (X) (фиг.2, зависимость 22), получают

V , +c(24kY) (24-kYa)X UkYo,-«ikl+pkX

- А-вх/пл

c fra

Из (3) следует, что выходные характеристики преобразователя линейные, если Y((X) гиперболическая функция.

Выражают Y,(X) через Yg(X) с учетом операций в умножителе 11 и в третьем и в четвертом вычитателях 12 и 13

Y,

Yo2.-Yo,(1+Y6) . UYg

Y|(X)ot+ f X j

Y fyWYor-Yo(1 + )

1+o( + f} X A-BX

(6)

C+DX

Таким образом, на выходе четвертого вычитателя 13 получается необходимая гиперболическая зависимость Y, (X) В уравнениях (1) Y, и bY можно представить в виде суммы

(VY, t,Y;+йY ; ,ц .+йY Лo+lГ Ylн ,

(1)

сиг1А46599

Сравнивая (7) и (8) с ураннения- ми (1), получают, что для полной коррекции надо, чтобы k - ) при этом в установившемся режиме Zi, Ag.

Таким образом, для полной коррек

ции погрешностей сигналов Y, и Y необходимо правильно подобрать значение коэффициента передачи усилителя

10 18, а для линеаризации выходных зависимостей Y,,,(X), Y,(X), Yp(X) надо из условн равенства А, В, С, D в выражениях (3) и (6) подобрать значения YQ и YO,, На фиг.4 показано,

15 как изменяются зависимости Y,,. (Х)

н(х)к„„,)

opi

и Y, (X)

Y(X) i, -Y, (X ) при различных значениях k. При этом погрев1ности

20

25

30

меняют знак, а при k погрешности равны нулю.

Б измерительном преобразователе с коррекцией характеристики используется индуктивный датчик перемещений и индуктивный компенсационньпй датчик. Изменение индуктивностей датчиков преобразуется в изменение амплитуды электрического сигнала. В качестве суьматоров, вычитателей, усилителя и регулятора используются операционные усилители.

Так1Ф1 образом, предлагаемый изме- рительньй преобразователь по сравнению с известным является универсальным, а в качестве компенсационного датчика может быть использован и датчик измерения дестабилизирующего фактора (например, температуры) при соответствующем подборе чувствительности. Увеличение точности преобразования измеряемого параметра в электрический сигнал и расширение линейного диапазона позволяет упростить требования к датчикам, уменьшить их номенклатуру. Упроща- 45 ется технология настройки измери- тельного преобразователя, которая сводится к подбору параметра k усилителя и выбору опорных сигналов Y,.,, .

35

40

Изобретение относится к технике преобразования физических параметров в электрический сигнал. В преобразователе решена задача увеличения его температурной стабильности и расширения динамического диапазона при заданной погрешности от нелинейности характеристики. Для этого в измерительном преобразователе, содержащем информадионный и компенсационный датчики и два преобразователя выходных параметров датчиков в электрические сигналы, сумму выходных сигналов сравнивают с опорным сигналом. Но сигналу рассогласования формируют управляющий сигнал с помощью регулятора. Затем формируются сигналы, равные погрешностям и противоположные им по знаку, которые складываются с соответствующими выходными сигналами. При этом полученные суммы сигналов поддерживаются постоянными, а выходным сигналом преобразователя является сигнал рассогласования. Коррекция осуществляется подбором коэффициента передачи одного усилителя. Лпя линеаризации выходной характеристики преобразователя зависимость информационного сигнала от измеря1чмого параметра гиперболизуется. 4 шт. с (Л

где Y; Y,

1Н 1

- Y

01 03

Y, иЛY.

справедливы д ля нормальных условий работы преобразователя ,

приращения сигналов Y, nY

50

Формула изобретения

Измерительный преобразователь с коррекцией характеристики, соДержа- из-за деист- 55 Щий информационный и компенсационный датчики, выходами подключенные к входам соответственно первого и второго согласующих преобразователей, первый вычитатель, выходом соединенный

ч i

ВИЯ дестабилизирующих факторов (например, температуры) .

- Y

01 03

50

с входом регистратора, а первым и вторым входами - с первым и с вторьп входами первого сумматора, выходом подключенного к первому входу второго вычитателя, вторым входом соединенного с первым выходом задатчика опорных сигналов, а выходом - с входом регулятора, выходом подключенног к первым входам первого и второго блоков настройки, о т. л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в нем дополнительно установлены усилитель, третий и четвертый вычитатели и умножитель, первым входом соединенный с вьгходом первого согласующего преобразователя, вторым входом с выходом третьего вычитателя и с первым входом четвертого вычитателя.

а выходом - с первым входом третьего вычитателя, вторым входом подключенного к второму вькоду задатчика опорных сигналов, третьим выходом соединенного с вторым входом четвертого вычитателя, выходом подключенного к второму входу первого блока настройки, третьим входом соединенного с, выходом усилителя, а четвертым входом - с собственным выходом и с первым входом первого вьгчитате ля, второй вход второго блока настройки подключен к выходу второго согласующего преобразователя, третий вход - к выходу усилителя, а четвертый вход - к собственному входу и к второму входу первого вычитателя,

.вход усилителя соединен с выходом регулятора.

Фк§,Г

Фиг. 2

Фиг.З

УМ

-pffTpulBUJJJIJPu -

{)