Устройство для определения постоянных времени датчиков физических величин Советский патент 1991 года по МПК G01K15/00 

Изобретение относится к техническим измерениям, в частности к устройствам для определения Показателей инерции датчиков изменяющихся физических величии непосредственно в условиях их применения.

Цель изобретения - повышение точности определения постоянных времени датчиков и расширение области применения устройства.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство для определения постоянных времени датчиков физических величин содержит первый и второй датчики 1 и 2, блок 3 измерения разности выходних сигналов датчиков, первую и вторую модели 4 и 5 датчиков, блоки 6 и 7 настройки первой и второй моделей 4 и 5 датчиков соответственно, первый и порой переключатели 8 и 9, первый и второй инверторы 10 и 11, блок 12 логики, блок 13 вычисления обратной величины сумматор 14, первый и второй регистрирующие блоки 15 и 16, усилитель 17 с регулируемым коэффициентом передачи, интегратор 18 в цепи отрицательной обратной связи усилителя 17, нуль-органы 19 и 20, формирователи 21 и 22 разнополярных импульсов, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23, счетный триггер 24, преобразователь 25 интервала времени в напряжение, блок 26 определения экстремума, блок 27 вычитания, блок 28 определения модуля, блок 29 определения экстремума, сумматор 30, счетный триггер 31 с управлением положительной полярностью, счетный триггер 32 с управлением отрицательной полярностью логический элемент И 33, исполнительный орган 34 (типа триггера-защелки).

На входы датчиков 1 и 2, имеющих соответственно следующие передаточные функции:

W,(P)

f

И-Т,- Р

HT-TP

где Tj,TЈ - искомые постоянные времени (коэффициенты передачи без снижения общности приняты равными единице),

воздействует одно и то же произвольное нестационарное возмущение X(t).

Передаточная функция от этого возмущения до разности сигналов /2(0-

Y«(O а выходе

блока 3 измерения разности выходных сигналов датчиков равна

w /рч Т1:Т4).Р

vj; (1+тч. р) -()

Передаточная функция первой модели 4 датчиков равна

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Т -1

Р

где К, - настраиваемый коэффициент

передачи усилителя 17 с регулируемым коэффициентом передачи;

1

к;;

- передаточная функция интегратора 18 з цепи отрицательной обратной связи усилителя 1 7.

Передаточная функция второй модели 5 датчиков равна коэффициенту К 5 передачи усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, т.е. W(P)K5.

Передаточная функция от Х(О до сигнала ) на входе модели 5-имеет вид

W6(p) 47PT

Работа устройства основана на сходстве передаточных функций W(P) и

Wg(P) и происходит в три этапа.

На первом этапе согласуются с помощью блока 12 логики сопоставляемые сигналы Y.j(t) и разность CYa(t)- (O так-как в зависимости от со- отношения неизвестных постоянных времени Т, и Т 2. разность Y2(t)-Y (ОД или инвертируется по отношению к сигналу Y-j(t) или не инвертируется.

Блок 12 логики работает следующим образом.

Фазовые характеристики передаточных функций W(P) и Wg(P) могут отличаться одна от другой во всем частотном диапазоне (т.е. при любой частоте основной гармоники) не боЭто означает, что

tf лее, чем на по окончании переходных процессов, связанных с включением устройства, на выходе сумматора 30 появляются импульсы, чередование полярности которых может иметь два варианта. В первом случае появляются интервалы времени с одновременным включением счетных триггеров 31 и 32, что приводит к срабатыванию через элемент И 33 исполнительного органа 34, перебрасывающего переключатели 8 и 9. Первый из них выключает инвертор.

10разности сигналов fjn/tO-Y (t)l , которая при эт/ом преобразуется в разностьXY (Ј)-Y2(t)J а передаточная функция Wa(.P.) соответственно становится равной

w ,р (

эииверг (1+тур).(1+т4-р)

Переключатель 9 включает инвертор

11и тем самым приводит устройство в соответствие с новым выражением для передаточной функции Wa(P),

т..е.

с WjjfHee()T(P) . Во втором случае исполнительный орган не срабатывает, и устройство остается в исходном состоянии.

На втором этапе определяется постоянная времени второго датчика Т. Для этого с помощью блока 6 произго- дится настройка первой модели и датчиков посредством установления син- .фазности сопоставляемых сигналов Y(t) и ЈYt(t)-Y ,(t) . Из сравнения передаточных функций W5(P) и Wg(P) следует, что фазовый сдвиг между указанными сигналами может быть устранен подстройкой коэффициента передачи регулируемого усилителя ,17 до

1

значения равного -- ,

Х2

На этом этапе устройство работает следующим образом.

Коэффициент передачи второй модели датчиков К устанавливают постоянные и отличным от нуля, например,

1

равным единице. При

v k

сопоставляемые сигналы Yj(t) (t)- Y,(t) будут сдвинуты во времени, причем в зависимости от соотношения Т и Т,, опережающим может быть любой из этих сигналов. На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23, появляются пары импульсов одинаковой полярности, вызывающие включение счетного триггера в течение интервала времени, равного сдвигу между сопоставляемыми сигналами. Преобразователь интервала времени в напряжение формирует напряжени

649308, 6

пропорциональное сдвигу, которое

минимизируется блоком 26 определе- ния экстремума путем подстройки первой модели 4, тТе. коэффициента пере- дачи К, усилителя 17. Минимум этого

напряжения достигается при К ;- 14

- - . При этом импульсы на выходах

Т2

10 формирователей 21 и 22 разнополярных импульсов будут во времени совпадать и через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 23 не пройдут. Полученное значение Kq. фиксируется, а обратная ему величина

15 на выходе блока 13 вычисления обратной величины, равная постоянной вре- мени Т- второго датчика, регистрируется первым регистрирующим блоком 15.

На третьем этапе при определении постоянной времени Т первого датчика фиксируется полученный коэффициент передачи усилителя 17, 1

20

равный К,

и производится подстройка ко

25

эффициента Kg. передачи второй модели 5 датчиков до значения, равного разности (-Тг).

Устройство на этом этапе работает следукщн образом.

30 Сигнал на выходе блока 27 вычитания равен разности синфазных сигналов, Y3(t) и Y4(t)-Y1(tJ{ и его уровень зависит от степени расхождения между значениями К-. и разнос35 ти (Tf-T2) (см. передаточные функции W(P) и W6(P)). Модуль выходного сигнала блока 27 вычитания минимизируется блоком 29 определения экстремума путем подстройки коэффициента пере40 дачи второй модели К до значения, равного (Т,, -Т) . При этом достигается минимум входного сигнала блока 29 определения экстремума, равный нулю. Полученное значение Kg. суммиру45 ется (с соответствующим знаком) в

сумматоре 14 с найденным ранее значе-

нием T. Искомая постоянная Т регистрируется вторым регистрирующим блоком 16.

В данном устройстве не используются какие-либо конструктивные параметры датчиков.Для определения постоянных времени используются лишь входные сигналы датчиков„ В предлагаемом устройстве отсутствуют операции одновременного измерения нескольких величин, а влияние случайных помех сглаживается использованием экстремальных регуляторов. Устройство применимо к датчикам любых физических величин, независимо от их конструктивных особенностей.

Формула изобретения

1. Устройство для определения постоянных времени датчиков физических величин, содержащее первый и второй датчики с различными постоянными времени, подключенные выходами к бло ку измерения разности выходных сигналов датчиков, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные первая и вторая модели одного из датчиков, причем первая модель подключена к выходу первого датчика, блок настройки первой модели, блок вычисления обратной величины и первый регистрирующий блок, последовательно соединенные певый переключатель, подключенный входом к выходу блока измерения разност выходных сигналов датчиков, первый инвертор, блок настройки второй модели, второй переключатель, второй инвертор, сумматор и второй регистрирующий блок, блок логики, подключенный первым и вторым входами соответственно, к второму и третьему выходам блока настройки первой модели, а выходом - к управляющему входу первого переключателя, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора и подключен к второму входу блока настройки первой модели, первый вход которого подключен к втором входу блока настройки второй модели, а выход - к второму входу первой модели датчика,второй вход второй модели датчика соединен и входом второго переключателя, управляющий вход которого подключен к выходу блока логики, а второй выход подключен к входу сумматора, вторым выходом подключенного к выходу бнока вычисления обратной величины.

2.Устройство по п. 1, отличающееся гем, что блок настройки первой модели содержит по- следовательно соединенные первый нуль-орган, входом соединенный с первым входом блока настройки первой модели, первый формирователь раэнопо- пярных импульсов, логический элемент

0 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, счетный триггер,

преобразователь интервала времени в напряжение и блок определения экстремума, соединенный выходом с выходом блока настройки первой модели, второй вход

5 которого через последовательно соединенные второй нуль-орган и второй формирователь разнополярных импульсов подключен к второму входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и

0 второй входы которого соединены с вторым и третьим выходами блока настройки первой модели.

3.Устройство но пп. 1 и 2, о т- личающеес.я тем, что блок

5 настройки второй модели содержит последовательно соединенные блок вычитания, первым и вторым входами подключенный к соответствующим входам блока настройки второй модели, блок

0 определения модуля и блок определения экстремума, подключенный выходом .к выходу блока настройки второй модели.

I 4. Устройство по пп. 1-3, о т - л и чающееся тем, что блок логики содержит последовательно соединенные сумматор, входами подключенный к соответствуюцим входам блока логики, счетный триггер с управлением положительной полярностью, логический элемент И и исполнительный орган, выходом подключенный к выходу блока логики, счетный триггер с управлением отрицательной полярностью, включенный между выходом сумматора и вторым входом логического элемента И.

Изобретение касается технических измерений и позволяет повысить точность определения постоянных времени датчиков физических величин и расширить область применения устройства. При измерении постоянных времени исследуемые датчики 1 и 2 включаются дифференциально, а к выходу одного из датчиков последовательно подключаются первая 4 и вторая 5 модели датчиков с однотипными передаточными характеристиками. В процессе воздействия нестационарного возмущения на входы датчиков блоки 6 и 7 настройки соответствующих моделей с помощью экстремального регулирования сводят к минимуму разность выходных сигналов датчиков и их моделей. По величине сигнала, компенсирующего динамическое рассогласование сигналов датчиков 1 и 2 и их моделей 4 и 5, определяют постоянные времени датчиков, которые регистрируются первым 15 и вторым 16 регистрирующими блоками. 1 ил. г (Л о Јь СО со о 00