Измерительный функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06F7/38 

(5) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для линеаризации характеристик первичных измерительных преобразователей с частотным выходом, например характеристик температурных датчиков, датчиков давления, датчиков расхода жидкостей и газов и др.

Известно устройство для воспроизведения многочлена, состоящее из программного счетчика и (п+1) последовательно соединенных интеграторов 1.

Устройство сложно и имеет узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотно-импульсный функциональный генератор, содержащий генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик, дешифратор, запоминающий блок, управляемый делитель частоты, элементы И первой и второй группы, сумматор-вычитатель и элемент И { 2.

Однако устройство не пригодно для воспроизведения многочленов и сумм степенных функций и поэтому имеет узкие функциональные возможности и,как следствие, пониженную точность воспроизведения функций.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности воспроизведения функций.

10

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный функциональный преобразователь, содержащий счетчик, два блока элементов И с элементом

15 ИЛИ на выходе, реверсивный- счетчик, сумматор-вычитатель, выход которого подключен к информационному входу реверсивного счетчика, первая группа разрядных выходов которого подклю20чена к первым входам первого блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к первой группе разрядных выходов счетчика, вторая группа разрядных выходов которого подключена к первым входам второго блока эле ментов И с элементом. ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к второй группе разрядных выходов реверсивного счетчика, введены шесть блоков умножения, блок суммирования и вычитания, блок уп|эавления и допол нительный реверсивный счетчик, инфор .мационные входы которого соединены с выходами блока суммирования и вычитания, выход дополнительного ревер сивного счетчика подключен к первой выходной шине преобразователя, а управляющие дополнительного реверсивного счетчика соединены с первой группой выходов блока управления вторая группа выходов которого подключена к управляющим входам первого второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков умножения, третья группа выходов блока управления соединена с управляющими входами реверсивного счетчика, четвертый выход подключен к управляющему входу счетчика, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов блока управления, вторая группа входов которого соединена с пусковой ши ной преобразователя, пятая группы выходов блока управления подключена к управляющим входам блока суммирования и вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами третьего, четвертого, пятого и шестого блоков умножения, причем вход третьего блока умножения подключен к первому входу сумматора-вычитателя и к выходу второго блока умножения, вход которого подключен к первому блоку элементов.И с элементом ИЛИ на выходе, вход четвертого блока умножения подключен к выходу сумматора-вычитателя, второй вход которого соединен С входом пятого блока умножения и с выходом первого блока умножения, вход которого подключен второму блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вход шестого бло ка умножения соединен с входом счет чика и входной шиной преобразователя, информационный выход реверсивно го счетчика подключен к второй выход ной шине преобразователя. На фиг,1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.З варианты выполнения сумматора-вычит теля, причем на фиг.2 - комбинированный блок сложения-вычитания; на иг. 3 блок сложения; на фиг.лок вычитания. Преобразователь содержит счетчик 1, реверсивные счетчики 2, первый и второй блоки 3 и 4 элементов И с элементом ИЛИ на выходе, сумматоргвычитатель 5, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки 6-11 умножения, блок 12 управления, блок 13 суммирования и вычитания, дополнительный реверсивный счетчик 1, входную шину 15, пусковую шину 16, первую и вторую выходные шины 17 и 18 преобразователя, блок 19 вычитания, элемент 20 задержки, блок 21 суммирования, входной коммутатор 22 суммируемых импульсных последовательностей, входной коммутатор 23 вычитаемых импульсных последовательностей, первый и второй блоки Ik и 25 элементов задержки, первый и второй элементы И 26 и 27 (фиг.5). Счетчик 1 и пррвый блок 3 элементов И с элементом ИЛИ на выходе образуют двоичный умножитель частоты. Связи счетчика 1 с первым блоком 3 образованы так: первый (младший) разряд счетчика 1 соединен с импульсным входом первого элемента И первого блока 3 второй разряд счетчика 1 соединен с импульсным входом второго элемента И первого блока 3 и т.д., п-й старший разряд счетчика 1 соединен с импульсным входом п-го элемента И первого блока 3. Двоичный умножитель, образованный счетчиком 1 и первым блоком 3, управляется реверсивным счетчиком 2. . Разрядные выходы реверсивного счетчика 2 соединены с элементами И первого блока 3 следующим образом: п-й (старший разряд реверсивного счетчика 2 соединен с входом первого элемента И первого блока 3 (п-1)-й разряд реверсивного счетчика 2 соединен с входом второго элемента И первого блока 3 и т.jc,, первый разряд реверсивного счетчика 2 соединен с вь1ходом п-го элемента И первого блока 3. Реверсивный счетчИк 2 и второй блок Л (фиг.1) также образуют двоичный умножитель. Связи разрядных выходов реверсивного счетчика 2 с элементами И второго блока h организованы аналогично рассмотренному умножителю. Управление двоичным умножителем, образованным реверсивным счетчиком 2 и вторым блоком k, осуществляется счетчиком 1.

В качестве блоков умножения могут использоваться упоминавшиеся выше двоичные умножители частоты. Они обеспечивают умножение на Коэффициент, меньший единицы. Коэффициент, больший единицы, получают при охвате двоичного умножителя обратной связью

Преобразователь работает следующи образом.

В начале, при поступлении сигнала на пусковую шину 16, блоком 12 управления все блоки преобразователя устанавливаются в исходное состояние устанавливаются режимы работы реверсивного счетчика 2 и .-дополнительного реверсивного счетчика I, записываются начальные числа, соответственно о о. в эти счетчики, а в счетчик 1- 1, устанавливаются режимы работы сумматора-вычитателя 5, блока 13 суммирования и вычитания, перт вого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков 6-11 умножения, а также устанавливаются коэффициенты умножения К,, К, К, К, К этих блоков. На вход счетчика 1 в виде импульсной последовательности поступают приращения dx входного числа X. При достижении числом х, которое формируется в счетчике 1, значений , соответствующих узлам аппроксимации, блоком 12 управления устанавливаются определенные значения коэффициентов умножения первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков 6-11 умножения, режим работы блока 13 суммирования и „вычитания, а также режимы работы реверсивного счетчика 2, дополнительного реверсивного счетчика Т.

На вход дополнительного реверсивного счетчика 1(фиг.1) в виде импульсной последовательности с выхода блока 13 суммирования и вычита,ния поступают приращения jdz числа z

dz-K5a7: -«-K di,, (О

где dz , dz , dz.j,dz -приращения, поступа.ющие на входы четвертого, пятого, третьего и шестого блоков 9 10,8 и 11 умножения, соответственно;

К ,К, К .К - коэффициенты умноже ния шестого, третьего, четвертого, пятого блоков 11, 8, 9, 10 умножения соответ,ственно.

Выражение (1) представляет собой алгебраическую сумму приращений числа z.

В дополнительном реверсивном счетчике Ц формируется число

Z-Kt 5dli- 4 Z-a 43 - «3l4) (2.)

или, что то же самое ,2- 6J3TirKtfdl 4-K4.Idl%- 4Jdl4.C3)

В дальнейшем, чтобы не загромождать выводов, значение каждого интеграла, входящего в формулу (З) .будем определять отдельно.

Приращения dx числа х, поступающие в виде импульсной последовательности на вход счетчика 1, после установки числа Пд в реверсивном счетчике 2, вызывают на выходе первого блока 3 по)чвление приращений dy

дм -

, С4) i пГ

где z. - текущее значение числа в

реверсивном счетчике 2; m - коэффициент пересчета счетчика 1 и реверсивного счетчика 2.

Приращения dy поступают на вход второго блока 7 умножения, на выходе которого появляется импульсная последовательность

dii-KQ.eVi, ()

/де К - коэффициент умножения второго блоки 7.

Импульсная последовательность с выхода второго блока 7 умножения поступает на вход сумматора-вычитателя 5 и с его выхода на вход реверсивного счетчика 2, что вызывает появление импульсной последовательности на выходе второго блока , которая описывается уравнением

avo 5

(О

1

X - текущее значение числа в

счетчике 1;

dz - приращения числа z, поступающие в виде импульсной последовательности на вход, реверсивного сметчика 2. 7 Приращения d поступают на вход первого блока 6 умножения. Импульсная последовательность на его выход описывается уравнением dz., О) .. где Кi - коэффициент умножения первого блока 6. Приращения dx входной импульсной последовательности х поступают также на шестой блок 11 умножения, на выходе которого образуется импульсная последовательность ,dx, (8) I где К« - коэффициент умножения шестого блока 11. Рассмотрим работу преобразователя -в случае выполнения комбинирован ной схемы сумматора-вычитателя 5 (фиг.З). Запишем уравнение, описывающее работу блока 21, di;--ai 4-aip;. где приращения на выходе блока 19, работа которого опи сывается уравнением а7.5--а1 -а7.а.(1о;, Из уравнений (9) и (Ю) . 64 1 . (f-) Учитывая выражения (), (5),(6), (7) , К aii Ч vn Откуда Д - J. l3X t- К,, Число z. в счетчике 2 изменяетс ОТ величины п до установившегося значения z. в соответствии с выра жением 2,-Hot/-M.bd2,. ) Здесь знак + .t- при работе реверсивного счетчика 2 а режиме сло жения,,. в режиме вычитания. iДифференцируя это уравнение и ра деляяпеременнь|е, получаем azi . Ki dx(15) л К Г Интегрируя уравнение (15) с уче том пределов изменения переменных CJ Iw ЕЭ nt атс (16) Ив.. Ч олучаем 2.1 Ка (7) гиг;1 )с1 . vio о откуда . 1,ИоХ- / (е; и, следовательно, первое слагаемое в формуле (3) имеет вид 1;--КбггК5 оХ-2.( (з; Определим теперь значение бторого слагаемого. Учитывая, что приращения dz, поступающие с выхода перво.-го блока 6, умножаются пятым блоком 10 на коэффициент К, а также учитывая (6) и (7), имеем dia 4aZi--K6K, . (го) с учетом (13) и (18) получим . КоКбИе v±Ka/KiH . , Л -. (2-1; ; Откуда проинтегрировав это выражение, получаем , JCcLKe-Kr o ±Ко1К. /.,, - Ы(,) Определяем значение третьего . . слагаемого., входящего в формулу(3. Так как, согласно (11) ,то I tlCilK +-1 . .В соответствии с(8), определяет значение четвертогослагаемого, входящего в формулу(3) 7-1 rjv(2) о Решение этого уравнения дает . z (25) Подставив в формулу (3) значения (19)(22),(23) и 25 , получим значение числа, зафиксированного в дополнительном реверсивном счетчике И 2-1 V7 .К2:Кб-К Ио .H ifn(.-vtco - Если в счетчике 14. записать начальное число е и обозначить .fjSTfe r (П) KlKj.lCjMo -g (tRo.--Ki) .Kj-dpikilKi-.a-jj то выражение, определяющее число, фиксируемое дополнительйым реверсивным счетчиком 1 в режиме сложения, примет вид (для произвольного участка приближения) г-ах Ъ 2 сл йх ео.(«) Следовательно, устройство, ндряду с воспроизведением функции вида , способно воспроизводить алгебраические суммы степенных функций (28), причем показатели степеней могут при нимать как целочисленные, так и дроб ные значения, что в известном устройстве не предусмотрено. В общем случае закон изменения чи ла в дополнительном реверсивном счет чике И описывается уравнением и - (30) r ъ-х -Ча,). выражение в скобках представляет собой алгебраическую сумму слагаемых С помощью блока 12 управления на каждом участке аппроксимации можно задавать требуемые значения коэффициентов Л, Ъ, с, d, е и показателя степени /v . Кроме рассмотренного вapиaнta сумматор-вычитатель 5 может выполняться -в виде блока сложения (фиг.З) или вычитания (фиг.) импульсных последовательностей. В первом случае управление двоичным умножителем, образованным реверсивным счетчиком 2 и вторым блоком , осуществляется обратным кодом числа х. Во втором случае преобразование начинается по команде блока 12 управления после первого переполнения счетчика 1. Из теории приближения известно, что непрерывная на промежутке| а,Ъ функция f(x) может быть приближена многочленом ; Pw,(x)--.ra,-x как угодно точно. Следовательно, многочленами (28) и(30) заданные нелинейные функциональные зависимости можно приближать с большей точностью, чем выражением (29), а значит ycтpoйctвo действительно обеспечивает повышение точности воспроизведения функций. Таким образом, включение в состав устройства указанных выше узлов и изменение связей позволили существенно расширить функциональные возможности и повысить точность преобразователя Технико-экономический эффект от внедрения изобретения будет получен за счет того, что предложенное устройстёо заменяет несколько известных, позволяя линеаризировать широкий класс характеристик первичных измерительных преобразователей, а также за счет повышения точности приближения характеристик и улучшения качества измерения и контроля параметров производственных процессов. Перспективным является применение преобразователя для, работы совместно с ЭВМ и микропроцессорами в качестве устройства предварительной обработки поступающей измерительной информации. Это позволит более экономично использовать возможности ЭВМ и микропроцессоров.. Формула изобретения Измерительный функциональный преобразователь,, содержащий счетчик, два блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, иэеверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, выход которого подключен к информационному входу реверсивного счетчика, первая группа разрядных выходов которого подключена к первым входам первого блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к первой группе разрядных выходов счетчика, втораягруппа разрядных выходов которого подключена к первым входам второго блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к второй группе разрядных выходов реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него введены шесть блоков умножения, блок суммирования и вычитания, блок управления и дополнительный реверсивный счетчик, информационные входы которого соединены с выходами блока суммирования и вычитания, выход дополнительного реверсивного счетчика подключен к первой выходной шине преобразователя, а управляющие входы дополнительного ревёрсибного счетчика соединены с первой группой выходов блока управления, вторая группавыходов которого подключена к управляющим входам первого, второго. третьего, четвертого, пятого и шее того блоков умножения, третья группа выходов блока управления соединена с управляющими входами реверси ного счетчика, четвертый выход подключен к управляющему входу счетчика, разрядные выходы которого соединены с Первой группой входов блок управления, вторая группа входов которого соединена с пусковой шиной преобразователя, пятая группа выходов блока управления Подключена к управляющим входам блока суммирования и вычитания, входы которого сое динены соответственно с выходами третьего, четч,ертого, пятого и шестого блоков умножения-, причем вход третьего блока умножения подключен к первому входу сумматора-вычитателя и к выходу второго блока умножения , вход которого подключен к первому блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вход четеертоГО блока умножения подключен к вы ходу сумматора-вычитателя, второй вход которого соединен с входом пятого блока умножения и с выходом первого блока умножения, вход которого пс1дключен к второму блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе. Вход шестого блока умножения соединен с входом счетчика и входной шиной Преобразователя, информационный выход реверсивного счетчика подключен к второй выходной шине преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Данчеев В, П. ЦИфро-частотные вычислительные устройства. М., Энергия., 1976, с. . 2.Авторское свидетельство СССР № 674008, кл. G 06 F 1/02,

Фиг 1

dz.

4

21

dz.

19

20

фиг 2

di

T,

d22

фиг,

5

Фиг б