Измеритель постоянной времени апериодического процесса Советский патент 1992 года по МПК G01R29/00 

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и предназначено для использования в составе информацией но-измерите; ьных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей измерителя постоянной времени апериодического процесса для измерения постоянной времени как убывающих, так и возрастающих экспоненциальных сигналов при произвольных начальных и заранее неизвестных установившихся значениях этих сигналов.

На фиг.1 изображена схема измерителя постоянной времени апериодического процесса (в дальнейшем -измеритель); на фиг.2 -- диаграммы, поясняющие принцип работы измерителя.

Входная клемма 1 соединена с информационными входами аналоговых запоминающих блоков 2,3,4,5 Выходы аналоговых запоминающих блоков 2 и 3 подключены соответственно к прямому и вычитающему входам блока 6 вычитания. Выход блока 6 вычитания связан с инверсным входом блока 7 вычитания и первым входом блока 8

деления, а выход блока 9 вычитания - с прямым входом блока 7 вычитания, выход которого подключен к информационному входу индикатора 10. Пять управляющих выходов блока 11 управления соединены соот- ветственно с управляющими входами аналоговых запоминающих блоков 2,3,4,5 и индикатора, а вход блока 11 управления подключен к клемме запуска.

В основе работы измерителя лежат следующие соображения.

Апериодический процесс может быть описан одним из двух уравнений:

t U(t)A- (1 -е )н С(1)

(для экспоненциально возрастающих сигналов) или

(Л

о го

hO

1)(т) А- е

}

„«

(для экспоненциально убывающих сигналов)

где А - значение максимального перепада сигнала, характеризующего апериодический процесс, между моментами времени начала процесса (т 0) и его завершения (t °°); т - время,

Г - начальное значение апериодического процесса для процесса вида (1) iv-и установившееся (асимптотическое) значение для процесса вида (2); г - постоянная времени.

Из (1) для произвольных моментов времени tint можно записать

U (ti )-рАе

1 -& U (t2 ) -р Ае г

тогда, учитывая (1) и (3), получим: u(ti) A-rU (ti) + C

ll{t2)-A-rir(t2) + С Из (4) следует искомая величина:

т yj±i) тЖ 11

U (t2)-U (ti )

Значение т. полученное из (5), будет справедливым и для апериодических процессов вида (2), в чем нетрудно убедиться, подставляя (2) в (5).

Для определения производных воспользуемся методом дискретного дифференцирования:

U (ti)

U(ti )U (ti +At)

At

U

(ta)-UlJLLrU(tt+At)

После подстановки (6) в (5) получим выражение

г Г(ЩГГ

Al U (Ч ) -U(12 )

«Т-иГТТ7) -1 и (ч -FAI ) -и(ч + AI

Т)

которое лежит в основе работы измерителя.

Измеритель работает следующим образом.

Сигнал, характеризующий апериодический процесс, U(t), (см. фиг.2) через входную клемму 1 поступает на входы аналоговых запоминающих устройств 2,3,4,5.

В последовательно расположенные моменты времени ti Ь+ At . t2, t2 + A t блок управления выдает короткие управляющие импульсы (Ui, L)2, U3, U/ на фиг.2). которые поступают на входы управления аналоговых запоминающих блоков 2.3,4,5 и последние фиксируют на CROHX выходах значения напряжения в эти моменты времени

U(ti), U(ti + A t ) , U(t2), U(t2 + А .Длительности коротких управляющих импульсов выбираются из условия:

-за время действия управляющего им- 5 пульса входной сигнал должен практически

не измениться;

-за время действия управляющего импульса аналоговое запоминающее устройство должно зафиксировать сигнал U(t) с

Ю погрешностью, определяемой погрешностью, измерителя.

Интервал At выбирается из условия определения производной методом дискретного дифференцирования с требуемой

15 погрешностью. Интервал ta - ti 0 теоретически не лимитирован, однако он также определяется, исходя из требуемой точности измерителя и его быстродействия. Для повышения быстродействии измерителя

20 желательно моменту 0 зыбирать вблизи t 0.

Выходные сигналы аналоговых запоминающих блоков 2-5 поступают на входы вы- читателей 6 и 9 в соответствии с фиг.2 и на

25 выходе блока 6 вычитания формируется разность U(ti) - U(t2), а на выходе блока 9 вычитания - разность U(ti + At) - U(t2 + At). Эти разности поступают далее на блок 7 вычитания и на его выходе образуется величина,

30 равная знаменателю выражения (6), которая поступает на вход Знаменатель блока 8 деления, на вход Числитель которого поступает сигнал с выхода аналогового запоминающего блока 6.

35В результате на выходе блока 8 деления

после момента времени t2 +At (плюс величина задержек в каналах блоков измерителя) формируется значение искомой величины постоянной времени т.

40 Поскольку интервал At является фиксированным, то в выражении (6) он играет роль постоянного коэффициента и может быть учтен в коэффициенте передачи блока 7 вычитания или блока 8 деления.

45 в момент времени ts t2 +At+ 13ад. где tзaд - время установления сигнала с требуемой точностью в блоках измерителя, блок 11 управления формирует управляющий импульс 1/5. который поступает на входуправ50 ления индикатора 10. Индикатор 10 фиксирует значение постоянной времени г и отображает его на своем табло.

Блок управления представляет собой набор последовательно включенных форми55 рователей импульсов и ждущих мультивибраторов.

Формула изобретения Измеритель постоянной времени апе- риодического процесса, содержащий входную клемму, два аналоговых запоминающих блока, блок вычитания, блок деления, индикатор, отличающийся тем. что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены два аналоговых запоминающих блока, два блока вычитания, блок управления и клемма запуска, соединенная с входом блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соответственно связаны с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого аналоговых запоминающих блоков, вторые входы которых подключены к входной клемме, а выходы первого и второго аналоговых запоминающих блоков связа0

ны соответственно с прямым и инверсным входами первого блока вычитания, выход которого соединен с инверсным входом второго блока вычитания и первым входом блока деления, при эчом выходы третьего и четвертого аналоговых запоминающих блоков связаны соответственно с прямым и инверсными входами третьего блока вычитания, выход которого подключен к прямому входу второго блока вычитания, выход которого связан с вторым входом блока деления, выход которого соединен с первым входом индикатора, второй вход которого подключен к пятому выходу блока управления.

Изобретение может использоваться в составе информационно-измерительных систем и автоматизированных систем управления технологическими процессами Измеритель содержит: 4 аналоговых запоминающих блока (2), (3), (4), (5), 3 блока вычм- ггния (6), (9) (7), блок деления (8), блок индикации (10) блок управления ( 1). 6 - 7 -- 8 - 10, 11 - 3-6 - 8, 11 - 4 - 9 - 7, 11 - 10. 2 ип.

. 1

Фиг. 2