Устройство для измерения неэлектрических величин Советский патент 1980 года по МПК G01D5/243 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ Изобретение относится к измерени и может найти применение при точном измерении неэлектрических величин с помощью частотных датчиков в цифровых приборах и информационноизмерительных системах (ИИС) с болыи1Ш числом контролируемых параметров . Известны частотные преобразователи, служащие для изкюрения неэлектрических величин, использующие аналоговый способ линеаризации характеристик частотных латчикрв и методы температурной компенсации, с держащие недиффереициальный управляемый преобразователь, неуправляемыв генератор и смеситель частот tl Недостаток такого устройства низкая чувствительность. Наиболее близким к предлагаемому по техн гческой сущности является частотный преобразователь, содержащий управляемый измеряемой величино генератор и неуправляемый генератор, подключенные ко входам одного смесителя, выход которого через фил нижних частот и дискретный делитель частоты связан с одним из входов ключа, установленного на входе счет чика импульсов 2). ВЕЛИЧИН Такое устройство отличается простотой и надеяностью, позволяет получить высокую стабильность характеристики, в нем практически исключается аддитивная и Мультипликативная составляющие систематической погрешности из-за нестабильности частоты, и по сравнению с дифференциальнъгмн преобразователям обеспечивает более высокую :линейность преобразования и несколько выше чувствительность . Однако чувствительность его все же Невысока V и при решении большого числа практических задач оказывается недос тат оч ной. Цель изобретения - повышение чувствительности устройства. Указанная цель достигается тем, что известное устройство для измерения неэлектрических величин, содержащее управляемый измеряемой ве- . личиной генератор и неуправляемый генератор, подключенные к входам одного смесители, выход которого че рез фильтр нижних частот и дискретный делитель частоты связан с сдним из входов ключа, установленного на входе счетчика импульсов, снабжено дополнительным неуправляемым

генератором, дополнительным фильтром нтгжншс частот и дополнительным ейесителем, один из входов которого связан с выходом управляемого измеряемой величиной генератора, второй вход п бдкл10ч ён к вь1ходу дополнительного неуправляемого генератора, при этом второй вход ключа связан с выходом дрполнительногб смесителя через дополнительный фильтр нижних частот. На чертеже приведена функциональная блок -йхёма устр1ойства для изме- 0

рения неэлектрических величин. --Устройство содержит управляемый измеряе оП величиной генератор 1, Нё ХпраВЛяемые генераторы 2 и 3, которые подключены к соответствующим t 15 смесителям 4 и 5. Смеситель 4 через фильтр б нижних частот и смеситель 5 через фильтр 7 нижних частот и дискретный делитель 8 частоты подключены к ключу 9 и через него к 20 счетчику 10 импульсов.

Делитель 8, ключ 9 и счетчик 10 образуют блок 11 измерения отношения вух частот, в качестве которого могут быть использованы проксышленный 25 частотомер или многофункциональный частотомер ИИС. Остальные элементы 1-7 образуют частотный датчик 12,

Работает устройство следующим образом.30

Под воздействием относительной измеряемой величины х измеряется частота f управляемого генератора в соответствии с выражением

f +d.;x - х) (1),

где t - начальная частота при i, f, - коэффициенты, определяенае параметрами конкретного датчика.

Разность частот д f - f 40 неуправляемого fj генератора 3 и управляемого f генератора 1 выделяется при помощи смёсител.я 5 и фильтра

7 Нйжних частот и, через делитель

8о коэффициентом деления п подается на один из входов ключа 9. Таким образом, в данном тракте устройства формируется пропорциональный измёряемой величине х измеритель.ныйинтер- „ , вал времени Т f , Отличайте ль ной JQ особенностью ycтpoйqтвa, является то, , что для измерения данн.ого интервала

ёрёмени во; втором опрёдёленнш/ образом формируется . заполняющая частота uf.j, noctynawmkH на второй вход ключа 9 , Для этого в дополни- - тельном смесителе 5 так же смешивается частота f управляемого геHiepaTOpa, но с другой частотой f д дополнительного неуправляемого генератора 2, и дополнительным фильт- йО -рбта НйЖних частот ввделяется разность uf f:. - fj. частот, ко арая и используется для запс лнения счетчика импульсов 10 в течение из йерйТельного интервала времени. В результате в счетчик

10 записывается число импульсов

N n

i-f.

(Л - 1 -dx-pxJ- в

К -р-, I

где о о

Выполняя в (2) деление многочлена

на многочлен и выбирая коэффициент А 1 +-,

исходя из условия

линеаризации - исключение квадратичного члена в результирующей функции преобразователя, получаем: (з)

(h(f-p)1

Из выражения (3) следует, что погрешность линейности, полученная результирующей функцией преобразования, определяется кубичным членом разложения. Относительная погрешность линейности равна

мь-й

i3

Эначедие начального отсчета N п в данном устройстве может

быть значительно уменьшено выбором коэффициента В, близким к 1, т.е. при выборе частоты дополнительного неуправляемого генератора 3, близкой к начальной частоте управляемого генератора 1, действительно при имеем N-O. Относительная девиация

частоты rfN в данном устройстве

А-6

cy/V dLx

(4)

-1 - В

Л --1

Второй сомножитель вырахсения (4) д 3i-, так как ,,а

третий сомножитель при В, близком к единице, может быть сделан большим числом, что позволяет значительно повысить чувствительность преобразования, исходя из требований конкретной задачи.

/ : 1аким образом, устройство для измер ения; неэлектрических величин характерйэуе:тся по сравнению с дифферёнцис1льн;ыми преобразователями существёЙно более высокой линейностью прб Образования, простой и надежной конструкцией частотного датчика, использующего лииь недифференциальныП упра.ляемый измеряемой величиной преобразователь, а также обеспечивает возможность удовлетворения усло,ВИЮ линеаризации при разнесении частот управляемого и неуправляемых генераторов на входах обоих смесителей, а также возможность простог аппаратурного вьщеления разностной частоты на выходе обоих смесителей (при А и В, близких к 1), практически

исключая влияние комбннеционных частот .

Устройство позволяет повысить чувствительность преобразования, увеличивая как абсолютную, так и относительную девиацию выходного параметра, что значительно расширяет область применения устройства, также значительно уменьшить начальное значение выходного параметра и упростить устройство исключением оборудования, предназначенного для получения и хранения выходного кода или необходимого для предварительного вычитания начального кода в ИИС, чтобы разгрузить. г1амять специализированной вычислительной машины.

Наиболее широкое применение данное устройство может найти при измерении с высокой чувствительностью неэлектрических величин с помощью различных частотных датчиков в цифровых приборах и ИИС с большим числом . контролируемыхпараметров вместо используемых в настоящее время преобразователей типа КЛ-б и др. , кроме того, возможно его применение и для обработки информации с преобразователей напряжение-частота при измерении электрических величин.

Формула изобретения Устройство для измерения йеэлектрических величин, содержащее управляемый измеряемой величиной генератор и неуправляемый генератор, подключенные ко входам одного смесителя, выход которого через фильтр нижних частот и дискретный делитель частоты связан ,с одним из входов ключа, установленного на входе счетчика импульсов,

o отл и.чающеес я тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжено дополнительным неуправляемьом генератором, дополнительным фильтром нижних частот и дополни5тель.ным смесителем, один из входов которого связан с выходом управляемого измеряемой величиной генератора, второй вход подключен к выходу дополнительного неуправляемого генератора, при этом второй вход

0 ключа связан с выходом дополнительного смесителя через дополнительный фильтр нижних частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1.Авторское свидетельство СССР М 154730, кл. Н 03 К 13/20, 1963.

2.Ветрян В.И. и Сергеев В,И, Известия вузов , Приборостроение, 5, 1972, с. 27-31 (прототип).