Устройство для вычисления расходагАзА Советский патент 1981 года по МПК G06F17/00 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при измерении расхода газа на объектах газовой промьшшенности.

Известно устройство для вычисления расхода газа, содержащее делитель, формирователь временных интервалов, ключи, счетчики температуры, давления, результата, вычитания, схему сравнения, элемент совпадения t.1

Недостатком этого устройства является низкая точность вычисления.. Для него требуется периодическая настройка и калибровка, что в производственных условиях весьма трудоемкая задача. Кроме того, устройство должно дополнительно содержать блоки для преобразования результатов вычислеНИН с целью передачи в центр управления по каналам телеметрии и дальнейшей обработки на ЭВМ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее делитель, первый и второй счетчики, счетчик результата, формирователь временных интервалов, первый, второй и третий ключи, реверсивный счетчик, схему сравнения, схему совпадения. Исходнью величины в указанном устройстве представлены в частотном виде, вычислительные операции осуществляются дискретными методами, а результат представлен в цифровой форме. Моделирование корнеизвлекающей зависимости осуществляется методом цифровой кусочно-линейной аппроксимации {2.

Однако высокой точности аппроксимации числом участков резко

O возрастает, даже при оптимальной длине аппроксимирующих отрезков. Возрастание числа участков аппроксимации требует увеличения разрядности шифратора, функциональносостоящего 5 из двух частей:.дешифратора состояния счетчика шагов аппроксимации и шифратора углов наклона аппроксимирующих отрезков. Увеличение разрядности шифратора и дешифратора обус0лавливает резкий рост объема электронного оборудования. Точность воспроизведения корнеизвлекающей зависимости (у 0,1%) удается достичь при 16 участках аппроксимации. При

5 необходимости увеличить точность преобразования хотя бы в два раза объем шифратора во много раз превосходит объем всей остальной схемь и его реализация становится нераци

0 ональной. Таким образом,при практк

ческой реализации известного устройства не удается получить желаемую -точность преобразования.

Цель изобретения - повышение точчости устройства.

Поставленная, цель достигается тем; ViTO в устройство для вычисления расхода газа, содержащее делитель, первый счетчик, счетчик результата, формирователь временных интервалов, первый выход которого соединен с первым входом первого коммутатора, второй вход которого является первым вхо дом устройства, выход первого коммутатора подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выход которого через элемент И подключен к первому входу второго коммутатора, выход которого соединен с входом второго счет чика, первый выход которого подключен к первому входу первой схемы срав нения, первьай вход третьего коммутатора является вторым входом устройства, введены третий и четвертый счетчи ки, вторая схема сравнения, выход которой подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, первый вход второй схемы сравнения соединен с выходом третьего счетчика, вход которого подключен к выходу первой схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом первого счетчика, вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, второй вход второй схемы сравнения подключен к выходу четвертого счетчика, вход которого соединен с выходом третьего коммутатора, второй вход которого соединен с выходом делителя, первый вход делителя является третьим входом устройства, второй вход делителя подключен к первому выходу формироэателя временных интервалов, второй выход которого подключен к второму входу второго коммутатора, выход которого соединен с входом счетчика результата.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Схема содержит формирователь 1 временных интервалов, делитель 2, коммутаторы 3-5, реверсивный счетчик б, счетчики 7-10, схемы 11 и 12 сравнения, элемент и 13, счетчик.14 . результата, входы 15-17 устройства.

Работа устройства осуществляется циклически. Импульс с первого выхода формирователя 1 временных интервалов через коммутатор 4 снимает сигнал блокировки с делителя 2 на время действия импульса Д t. За это время импульсы частоты f , пропорциональной перепаду давления ДР на диафрагме, будут поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 6, ив него запишется число импульсов

N . (1)

Одновременно импульсы частоты fg, пропорциональной абсолютному давлению газа Р, поступают на делитель 2,

делящий частоту в 6-раз и вьщеляющий один период Т поделенной частоты длительностью

1

1 .

Т

Выходной сигнал делителя 2 через комйутатор 3 пропускает импульсы частот f/j , пропорциональной температуре газа, на вход счетчика 8. За время Т в счетчик 8 Запишется число импульсо

. f3.(2)

Сигнал с выхода элемента И 13 равен нулю только в том случае, если код в реверсивном счетчике б равен нулю. Следовательно, с приходом первого импульса частоты f. в реверсивный счетчик 6 схема 13 сравнения откроет коммутатор 5. В момент окончания импульса At на втором выходе формирователя 1 начинают генерироваться импульсы частоты fg, которые поступают через коммутатор 5 на входы сче чика 10 и счетчика 14 результата, при этом на выходе схемы 12 сравнения формируется число-импульсный

N3 .N (3)

-разрядность счетчика 9;

где п N4

-число импульсов на выходе коммутатора 5.

Формирование квадратичной зависийости происходит следующим образом. Перед началом цикла счетчики 9 и 10 находятся в нулевом состоянии. По мере поступления импульсов с выхода коммутатора 5 суммарный код в счетчиках 9 и 10 возрастает от нуля до максимального значения. Схема 12 сравнения осуществляет поразрядное сравнение кодов счетчиков 9 и 10 Причем младший разряд счетчика 9 сравнивается с предпоследним разрядом счетчика 10, число .разрядов которого равно п+1, а старший разряд счетчика 9 - с младшим счетчика 10. На п+1 разряд схемы сравнения со стороны счетчика 9 постоянно подается логическая единица. В моменты времени, когда на обоих входах любого разряда схемы 12 сравнения присутствуют логические единицы, на ее выходе генерируется импульс. За счет того, что с выхода счетчика 10 поступают короткие импульсы, сформированные в момент опрокидывания триггеров, импульсы на выходе схемУ 12 сравнения не совпгщают во времени. Их число при изменении число-импульсного кода NA в пределах , .. 1 2 П-+

О : N

равно Ni + N

-I. oi.ent -:;-+ent

N

1 1 . 2

гм-+N- N

™42П- ч - 5ТГГГ М4-К , где а OV 1, разрядные коэффициенты кода К счетчика 9,

K i:a:2 ,i nH-;; К ,- коэффициент линейного преобразования, к - значения кода, в счетчике 9 До момента переполнения счетчика 10 код кгО, а следовательно, и все ко эффициенты 0. При этом коэффициент линейного преобразования для М4 2 --Iравен JZu--H 1 . 2П-И с приходом ( импульса послед вательности N4 на вход счетчика 10 он переполняется и в счетчик 9 за писывается новое значение кода задающего новый коэффициент линейного преобразования: 3 л Теперь число импульсов на вьдходе схемы 12 сравнения, возрастает пропор ционально новому значению коэффициента линейного преобразования а.е- ,М4, где W 4. изменяется в пределах . 2 -У При дальнейшем увеличении кода N4 работа схемы повторяется. Таким обра зом, по мере роста число-импульсного кода N4 осуществляется кусочно-линейная аппроксимация функции, где уг лы наклона аппроксимирующих отрезков и меняются по закону , i где О,1,2,3,...2 -камер учартка аппроксимации, соответствующий коду К , записанному счетчике 9. Закон изменения углов наклона аппроксимирующих отрезков совпадает с выражением скорости роста производной от функции У , определяемого как /. (п+) 27(п.. ( г4- 2 Это свидетельствует о том, что по мере роста кода N4 происходит кусочно-линейная аппроксимация зависи мости У 2 с шагом аппроксимации равным Точность воспроизведения квадратичной зависимости однозначно опреде ляется числом разрядов счетчика 9. Для П 7 приведенная погрешность, ап проксимации у . 0,01%-. Выходной код со схемы 12 сравнения поступает на вход счетчика 7, связанного через схему 11 сравнения со счетчиком 8. Характер связей межд схемой 11 Ьравнения и счетчиками 7 И 8 аналогичен описанным для п разрядов в устройстве вычисления 1свадрата. При этом число-импульсный код N умножается на величину параллельного кода N2 / записанного ранее в счетчик 8. На выходе схемы li сравнения формируется число-импульсный код Ki.N N5 OVl, разрядные коэффициенты где а. кода 2-..2-V m - число разрядов счетчиков 7 и 8, Формирующийся на выходе схемы 11 сравнения число-импульсный код К/5 вычитается в реверсивном счетчике 6 из величины ранее записанного в счетчик кода N 1 .В момент равенства кодов N и N5 код, записанный в реверсивном счетчике 6, оказывается равным нулю, и элемент И 13 закрывает коммутатор 5, запрещая дальнейшее поступление импульсов с формирователя 1 Ьремённых интервалов на вход счетчи-/ ка 14 результата. При этом цикл вычисления оканчивается и, учитывая выражения (2), (3), (4), можно записать следующее соотношение для кода Му/ ai Nt-N,5 4 (mt2tvi-t-0 Тогда, приравнивая выражения (.1 и (5)получаем 2 з i A-t-N Т-- nm+2(nT7T 2 откуда N - К 4-м i;i)- где К - коэффициент пропорциональности. Реализация предложенного устройства позволяет повысить точность воспроизведения нелинейной зависимости на порядок, а следовательно, и точ- . ность моделирования всего алгоритма в целом. При этом удается получить экономию электронного оборудования за счет исключения из устройства схемы шифратора. Кроме того, устройство обладает более высоким быстродействием по сравнению с известным. Формула изобретения . Устройство для вычисления расхода газа, содержащее делитель, первый счетчик, счетчик результата, формирователь временных интервалов, пер- . вый выход которого соединен с пер-, вым входом первого коммутатора, второй вход которого является первым входом, устройства, выход первого коммутатора подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выход которого через элемент И подключен к первому входу второго коммутатора, выход которого соединен с входом второго счетчика, первый выход которого подключен к первому входу, первой схемы сравнения, первый вход третьего коммутатора является вторым входом устройства, отличающееся тем, что, с целью гтовыиюния точности, в него введены третий и четвертый счетчики, вторая схема сравнения, выход которой подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, первый вход второй схемы сравнения соединен с выходом третьего счетчика, вход которого подключен к выходу первой cxeivbj сравнения, второй вход которой соединен с выходом первого счетчика, вход которого соединен с вторым выходом второго счетчика, второй вход второй схемы сравнения подключен к выходу четвертого счетчика, вход которого соединен с выходом третьего коммутатора, второй вход которого соединен с выходом делителя, первый вход делителя является третьим входом устройства, второй вход делителя подклж чен к первому выходу формирователя временных интервалов, второй выход которого подключен к второму входу второгр коммутатора, выход которого соединен с входом счетчика результата,

Источники информации, $ принятые во внимание при экспертизе

1..Авторское свидетельство СССР 460546, кл. q Об F 15/46, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР 646338, кл. GI Об F 15/20, 1977 (прототип).