Устройство для определения интегрального значения изменяющегося во времени измерительного сигнала Советский патент 1990 года по МПК G06G7/186 

СЛ

45

05

со ел

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в измерительных системах, в которых измерительный сигнал интегрируется до заданного значения результата интегрирования. Такая задача возникает, например, при определении заданного количества электричества путем интегрирования тока (напряжения) или заданного количества вещества (газообразного,жидкого или твердого) путем интегрирования расхода в единицу времени.

Целью изобретения является повыше- иле точности определения путем обеспечения инвариантности по отношению к аддитивным, мультипликативным и от нелинейности функции преобразования погрешностям измерительного преобра- зователя и повышение быстродействия.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит источник 1 измерительного х сигнала и источник 2 опорных хоп( сигналов. В качестве из мерительных и опорных сигналов могут быть любые физические величины, преобразуемые с помощью датчика в электрический сигнал. Измерительный преоб- разователь 3 включает в себя последо- е(ательно соединенные датчик , пре- с)бразующий физическую величину х в электрическое напряжение U, усилитель 5 и преобразователь 6 формы представ- сигнала (в конкретном устройству - это частотно-импульсный преобразователь) и является источником аддитивных, мультипликативных и от нелинейности функции преобразования, описываемой полиномом m-й степени, Погрешностей. Интегратор 7 может осу- (Дествлять прямое и инверсное интегрирование. В конкретном устройстве он Выполнен на базе реверсивного счетчи- ка. Между выходом измерительного преобразователя 3 и информативным входом интегратора 7 последовательно включены умножитель 8 и ключ 9. В качестве умножителя 8 для умножения частоты импульсов использован двоичный умножитель частоты, у которого множителями q- являются сигналы в виде параллельных двоичных кодов, поступающих С выходов блока 10 памяти постоянных множителей.

Для формирования опорных интервалов времени TOPi ; служит блок 11 из ti генераторов одиночных импульсов

5 о

0

(ГОИ), выходы которых через элемент ИЛИ 12 связаны с управляющим входом ключа 9. Многопозиционные переключатели 13-15 переключаются синхронно приводом (не показано), задатчик 16 адреса через многопозиционный переключатель И соединен с адресным входом блока 10 памяти. Входной переключатель 17 и задатчик 18 режима управляются синхронно. Источник 19 сигнала запуска через переключатель 15 подключен к входу запуска блока 11. К выходу интегратора 7 подключен нуль-орган 20. В состав блока 11 входит генератор 21.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий процесс имеет четыре этапа. Первые два подготовительных этапа, не связанные непосредственно с работой устройства, выполняются с целью определения значений статистических числовых характеристик (параметров) измерительного сигнала (начальных моментов), а также опорных игналов и опорных и измерительного интервалов времени. Вторые два этапа, связанные непосредственно с работой устройства, включают в себя предварительный процесс уставки заданного значения результата интегрирования и процесс собственно интегрирования изменяющегося во времени измерительного сигнала до значения, соответствующего уставке.

На первом этапе приближенно определяются экспериментально или теоретически статистические числовые характеристики изменяющегося во времени измерительного сигнала x(t) - начальные моменты M-tXJ j-rro порядка. На измерительном интервале времени ,( - m, m - наивысший порядок начальных моментов), так как их изменения приводят лишь к второго порядка малости погрешностям результата интегрирования, их определяют приближенно.

На втором этапе определяются значения п опорных 1-х сигналов X on 5 и п опорных 1-х интервалов времени Ton,i ( n n(m+1)/2 или тр 2n-1 - наивысшая степень- полинома, характеризующего нелинейность измерительной системы), соотношения между которыми с целью обеспечения инвариантности результата интегрирования по отношению к аддитивным, мультипликативным и от нелинейности функции преобразования погрешностям измерительной системы выбирают с учетом значений найденных начальных моментов и уставки , результата интегрирования из известного выражения

Ч.Топ,; X0n,i

qcTMSMMJ-CX, (i)

j 0,1,2, ..., 2n-1, где п - число опорных сигналов;

наивысшая степень полинома, характеризующего нелинейность ,е измерительной системы, совпадающей с наивысшим порядком начальных моментов (); коэффициент умножения изменяющегося во времени измеритель-20 чп,п

Ч:

on,;

on,i

ного сигнала на выходе измерительной системы; коэффициент умножения 1-го опорного сигнала на выходе измерительной системы; значение 1-го опорного сигнала (ХОП|; х X0(1|U, ); опорный интервал времени, соответствующий i-му опорному сигналу;

М.Х - начальный момент j-ro порядка характеризующий изменяющийся во времени измерительный сигнал на интервале времени от нуля до Тизм;

ТМЗм - измерительный интервал времени от начала инверсного интегрирования измерительного сигнала до окончания этого интегрирования, соответствующего нулевому значению выходного сигнала интегратора. Умножитель Я с коэффициентами умножения q6, q,, q2,...,q-,...,qB, входящими в систему уравнения (1), необходим для увеличения быстродействия устройства. В уравнении (1) известными являются начальные моменты , точное значение уставки результата интегрирования j № 3 и измерительный интервал времени TM3to Q CT/Mj X, а неизвестными - значения опорных сигналов X on j и произведения qjTftr)t коэффициентов умножения q на соответствующее значение опор- ного интервала времени Топ . Существует верхний предел опорного интерва

ла времени Т

on, i

ограниченный максимально допустимым общим временем

е

выполнения процесса уставки заданного значения результата интегрирования. Умножитель 8 путем выбора необходимых коэффициентов умножения qo,q,q ,... Ч; г, позволяет существенно уменьшить общее время выполнения процесса уставки.

На третьем этапе осуществляется уставка заданного значения результата интегрирования. Предварительно для ускорения собственно процесса уставки выполняют обнуление интегратора 7 и блока 10 памяти постоянных множителей и запись кодов f) в блок 10 и в генераторы блока 11 генераторов одиночных импульсов с целью обеспечения соответствующих значений множителей qe - qh и опорных интервалов времени Т00 , чп,п

Выполняется также установка

0 чп,п

0

Q

значений опорных сигналов Хогм ХОПП в источник 2 опорных сигналов. После этого с помощью привода переключатель 17 и задатчик 18 устанавливаются в 5 первое положение. При этом измерительный преобразователь 3 подключается к источнику 2 опорных сигналов, интегратор 7 устанавливается в режим прямого интегрирования, так как на его инвертирующий вход подается логи5

0

5

ческая единица 1, а на выходе элемента ИЛИ - логический О, удерживающий ключ 9 в разомкнутом состоянии. Затем переключатели 13 - 15 последовательно занимают с 1-го по п-ное положение. При этом в каждом из указанных положений коммутаторов на вход измерительного преобразователя 3 с источника 2 опорных сигналов подается соответствующий опорный сигнал Хвп ;, в умножитель 8 поступает соответствующий множитель q в виде двоичного кода, по сигналу от источника 19 сигнала запуска, поступающему в блок 11 генераторов одиночных импульсов, на элемент ИЛИ 12 в течение опорного интервала времени Tun 4 поступает логический единичный сигнал,замыкающий на это время ключ 9. В каждом положении переключателей 13 - 15 в течение соответствующего времени ТОП(; осуществляется процесс интегрирования соответствующего опорного сигнала Хог,;. В интеграторе 7 все результаты интегрирования опорных сигналов суммируются, образуя уставку при записи. На четвертом этапе осуществляется процесс собственно интегрирования изменяющегося во времени измерительного

сигнала до значения, соответствующего уставке. Для этого переключатель 17 и задатчик 18 устанавливают во второе положение, благодаря чему измеритель- ный преобразователь 3 подключается к Источнику 1 измерительного сигнала, а интегратор 7 переводится в режим Инверсного интегрирования. Кроме того вследствие подачи на инверсный вход элемента ИЛИ логического О на его выходе появляется логическая 1м, переводящая ключ 9 в замкнутое состояние. Процесс интегрирования измерительного сигнала x(t) выполняется |до тех пор, пока на выходе Р интегратора 7 не появится импульс переполнения, свидетельствующий о том, что результат интегрирования измерительного сигнала достиг значения уставки. Момент достижения результата интегрирования значения уставки может быть определен также с помощью нуль-органа 20, на один из входов .которого подается выходной сигнал интегратора 7 |Э на другой - нулевой сигнал. Благодаря описанным существенным отличительным признакам в устройстве достигается высокая точность путем обеспечения инвариантности интегрального пначения измерительного сигнала по отношению к аддитивным, мультипликативным и от нелинейности функции преобразования измерительной системы погрешностям, большее быстродействие и ускорение процесса уставки расчетного интегрального значения.

Формула изобретения

Устройство для определения интегрального значения изменяющегося во времени измерительного сигнала, со- держащее источники измерительного сигнала и сигнала запуска, измерительный преобразователь, последова-Q 5 Q 50

0

5

тельно соединенные умножитель, i и интегратор и нуль-орган, отнимающееся тем, что, с целью повышения точности определения путем обеспечения инвариантности по отношению к аддитивным, мультипликативным и от нелинейности функции преобразования погрешностям измерительного пре- преобразователя и повышения быстродействия, в него введены входной переключатель, источник опорных сигналов, блок памяти постоянных множителей, блок генераторов одиночных импульсов, три многопозиционных переключателя, задатчики адреса и режима работы и элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами блока генераторов одиночных импульсов, а выход подключен к управляющему входу ключа, входы входного переключателя соединены с выходами источника измерительного сигнала и первого многопозиционного переключателя, входы которого соединены с выходами источника опорных сигналов, выход входного переключателя подключен к входу измерительного преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножителя, вторым входом подключенного к выходу блока памяти постоянных множителей, адресные входы которого через второй многопозиционный переключатель соединены с за этчиком адреса, выход за- датчика режима работы, входы которого являются входами задания режима работы устройства, подключен к инверсному входу элемента ИЛИ и входу управления направлением интегрирования интегратора, выход которого соединен с информационным входом нуль-органа, причем входы блока генераторов одиночных импульсов подключены к выходам третьего многопозиционного переключателя, вход которого соединен с источником сигнала запуска.

Устройство для определения интегрального значения изменяющегося во времени измерительного сигнала относится к информационно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности определения путем обеспечения инвариантности интегрального значения одновременно по отношению к аддитивным, мультипликативным и от нелинейности функции преобразования погрешностям измерительного преобразователя и повышение быстродействия. Устройство содержит интегратор 7, умножитель 8, ключ 9, блок 10 памяти постоянных множителей, блок 11 генераторов одиночных импульсов, элемент ИЛИ 12, многопозиционные переключатели 13,14,15, входной переключатель 17, задатчик 18 режима работы. В предложенном устройстве результат измерения интегрального значения измерительного сигнала инвариантен по отношению к погрешностям измерительного преобразователя. 1 ил.