Цифровой корректор статической и динамической характеристик инерционного измерительного преобразователя

Цифровой корректор статической и динамической характеристик инерционного измерительного преобразователя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнк

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (> ii 954930 (6I ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 02.01.80 (2! ) 2883759/18-24 .с присоединением заявки,рв (23) П рнорктет

Опубликовано 30,08 82. Бюллетень % 32

Дата опубликования описания 30.08.82 (53)М. Кл.

C 05 В 13/00 Ьвударетаенкке каметет

СССР до делам «эабретений к открытий (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. А. Агамиров, Г. К. Арутюнов и 3, E. К (7l ) Заявитель (54) ЦИФРОВОИ КОРРЕКТОР СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ

ХАРАКТЕРИСТИК ИНЕРЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ т

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания устройства, улучшающего статическую и динамическую характеристику инерционного измерительного преобS раэовате пя, Известно адаптивное корректирующее устройство, обеспечивающее коррекцию при стационарности или квазиствцнонарности параметра измерительного преобра- 0 зоватепя, содержашее блок дифференциро вания (1J.

Однако коэффициент передачи измерительного преобразователя не постоянен и меняется, вспедствие чего получается не- 11 высокая точность опредепения значения измеряемого сигнала, так как испопьзу емая система является аналоговойтоснованной на применении операционных усилителей, имеющих опредепенную невысо- 20 кую точность.

Наиболее бпизким к предлагаемому является цифровой корректор, содержащий блок дифференцирования

Недостатком известного устройства является относительно невысокая точность опредепення входного сигнала, связанная с ограниченной точностью аналоговых бло-.

1ков, собираемых на базе операционных усилителей. Кроме того, устройство может обеспечивать измерение входного сигнала измерительного преобразователя по значениям выходного сигнапа при постоянстве входного сигнала и заданной статической характеристике, точнее, при постоянстве входного измеряемого сигнала и задании постоянного значения коэффициента передачи измерительного преобразователя. При изменении последних точность их определения будет очень низкой. Устройство должно также формировать производные первого и второго порядка, однако последняя реализуется со значительной погрешностью..

Цель изобретения -. повышение точности определения измеряемого сигнапа и расширение обпвсти применения.

3 9549

Указанная цепь достигается тем, что в корректор, содержащий блок дифференцирования, введены блок управления и поспедоватепьно соединенные анапого-цифровой преобразователь, функционапьный преобразоватепь, бпок памяти и арифметический блок, причем вход блока управпения соединен с выходом анапого-цифроt вого преобразователя, вторым входом блока памяти и через блок дифференцирования - с третьим входом блока памяти, четвертый вход которого соединен с выходом блока управпения.

На чертеже представпена струхтур- 15 ная электрическая схема корректора статической и динамической характеристики инерционного преобразоватепя, Устройство содержит измерительный преобразователь 1, аналого-цифровой пре- щ образоватепь 2, цифровой блок 3 дифференцирования, бпок 4 памяти, блок 5 управления, арифметический блок 6, функциональный преобразоватепь 7.

Измерительный преобразоватепь 1 пред-р5 ставпяет собой инерционную систему, преобразующую измеряемую физическую величину в электрический сигнап. Выход измерительного преобраэоватепя соединяется с входом аналого-цифрового преобразо- щ вателя 2, преобразующим аналоговый сигнал в двоичный код дискретного числа.

Выход аналого-цифрового преобразователя 2 соединен с входами цифрового блока 4 памяти непосредственно и через цифровой блок 3 дифференцирования. Цифровой блок 4 памяти предназначен для запоминания дискретных значений выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 2 и цифрового блока 3 дифференцирования, формирующего сигналы первой производной входного сигнапа, а также выходных значений сигналов цифрового функционального преобраэоватепя, Выходы блока,4 памяти соединены с входами ариф-45 метического блока 6. Кроме того, блок

4 памяти содержит управпяемый вход, который соединен с выходом блока 5 управпения, обеспечивающего срабатывание бпока 4 памяти через равные промежутки

50 времени. цифровой бпок 3 дифференцирования предназначен для формирования значений производных входного сигнала первого порядка, Блок 5 управпения, подключенный к выходу аналого-цифрового преобразоватепя 2, выдает сигнал на управпяемый вход цифрового блока 4 памяти, обеспечивая запись поступающих сигналов на входе через равные промежутки времени.

Арифметический бпок 6 предназначен для решения алгебраической системы уравнений и обеспечивает определение неизвестных параметров, характеризующих входной измеряемый сигнап, и тем самым значений этого сигнапа в отденьные промежутки времени, Входы арифметического блока 6 соединены с входами цифрового блока 4 памяти.

Р цифровой функцион альный преобразователь 7 предназначен для опредепения статического коэффициента измерительного ,преобразователя 1, Его выход соединен с входом цифрового блока 4 памяти, а выходы - с выходами, датчиков и аналогоцифрового преобразователя 2.

Пусть инерционный измерительный преобразоватепь 1 описывается дифференциапьным уравнением первого порядка

7{1)0 Я U{t)=К„Х® где U (Ц вЂ” выходной эпектрический сиг" нал;

Х () — входная измеряемая физическая величина;

7(t) — нестационарный параметр измерительного преобразователя;

k < — коэффициент передачи, зависящий от целого ряда факторов, таких, как состояние окружающей среды, температуры и т.д., а также от величины выходного. сигнала 0(Ц, характеризующего состояние измерительного прибора.

При заданном значении выходного сигнала U(t) и его производной Litt) onи! редепение Х (t) возможно осуществить, если эаранее преположить и задать область изменения Х (t) и Т().

Пусть для первого приближения X (t) и

Р(1) изменяются так, что в мааом промежутке времени а t1 они могут апроксимироваться полиномом первого порядка

x(t) -x„+ „{t-t,); т(ц = т„. p„(t- t„).

При этом уравнение (1 ) п редстави тс я в виде (2)

Рассматривая систему уравнений, лопученных иэ (2) в раэпичные моменты

930 6 ,Бля опредепения > (Ц в промежутке времени ВН>- (н. >.В) енрененнн в нем енвчения ц (1,) и Ц (t)s моменты времени = » где 4 5, 6, 7, 8, при усповии я 7 Ь Ь (5 "д" задаваясь

>>» > =(» > -» >>3.

U"""(t,)

U ""Ъ,)

u "(,1 (4) О дМ" (t>)

2дМ (4.1)

ЪДi0 " It4) -ц(„) О

4((,1) к а

-u(t, -кп д

1 (4) "и д" дх» (6) О (6,)

u""Ц) ц и(а,)

0 "(,) О

2 л Он Ц

3дМ" (t4) -Й«)

Ц (2}

-ОЦ

-u(ц ствуюший коэффициенту передачи устройства в целом. цифровые Сигнапы, соответствующие()(Ц0 (4) и К и поступаюшие в цифровой блок 4 памяти, благодаря работе блока управпения 5, записываются (Т) в нем. Причем сигналы, соответствующие

0И,) и 0 (t) записываются в нем через () "(4»)

О (> 2)

0 (М (4) О -Kn д " М Ко (tç) 3 dpi U (tg) -К„

-КФ

-К„2д

-К 3d>. п

После того как заканчивается промекуток времениИ»= „ »-4. все данные блока 4 памяти вводятся по команде блока 5 управления в арифметический блок

6, который,поэвопяет обеспечить определение Хо„и о „в промежутке времени

Значения ХО» и а» позволяют сформировать значение X(t) в промежутке времени д 1» согпасно

Е X(t) =ХО».Ф„(-,).

5 954 времени t = .„где» «1, 2, 3, 4 и учиты- вая 14-7, =(- 1. =4, -1»=д,имеем

>о»Н" Я (Д д " "(р э) "(э) = "и 0» "прад""»

)0»НЦ4 3»ЗдА (14)40(4) =kn)<04+kn Зд .о », (3)

Перенося члены с известными значениями в одну,а с неизвестными у и О» » О» > ,в другую сторону имеем

Ф „U "(t„)-к„х0„ -u(t„);

1S 7p»U М Р»diu"(Ì-К X -g„dig„-НИ,), То»ц (э)+}3, 2д О(Сэ)-knlp»- п2д оС = 04,э);

О» (4) }»3di >> Щ Кп Хо»-Kn3670L»».-U(t4) (4)

Определение значения X 04 и М 4 может

I быть осушествцено по значениям (j (t) и

Ц (1)заданным в промежутке времени д®„- 4 при заданных значениях КиiМ 2$ согласно уравнени ям

Ьх» ЬК

Х = о(,= —.

01 (5) rAedX,,а „и d -детерминанты системы Я (4), определяемые в виде (t ) = ХО2+0 ., (- .,);

02 P1(,)).

> можно составить систему уравнений, подобную системе (4), и оп >едепить ХО2 и 0> . < по значениям U () и 0 "(t) am

Точно так же можно определить K(t) в других промежутках времени д12.

Устройство работает спедуюшим образом.

При наличии входного измеряемого сигнала X(t) на входе измерительного преобразователя 1 на выходе поспеднего возникает сигнал Н(t), который оказывается связанным с )(® параметром 7(t) и коэффициентом передачи К и согласно уравнению (1), Выходной сигнал u (t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2, преобразуясь соответственно в цифровой сигнап, который поступает на вход блока 4 памяти и вход цифрового блока 3 дифференцирования. На выходе последнего получаем цифровой сигнап

0 "j(4), соответствуюший первой производной входного сигнапа 0(Ц.

Сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 2, соответствующий выходному сигналу ll(4), поступает на вход цифрового функционального преобразователя 7, формируюшего сигнап К и соответ равные промежутки времени д дпя моментов 4 =1» где» = 1, 2, 3, 4, т.е.

Ц(») ()Н ) "(<э) "И4)

0 "(,), U""И,,}, u0n11(,), u" (<,).

954930

61< и тем самым значение нестационарного сигнала Х().

Определение коэффициента передачи преобразователя К и производится функ циональным преобразователем 7, использующим известную функциональную зависимость коэффициента передачи от выход ного сигнала преобразователя и соответствующей физической величины. Д,ля этого выходной сигнал с соответствующего датчика физической величи ны подводят на соответствующий вход цифрового функционального преобразователя.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения, если иэме15 кение входного измеряемого сигнала предложить в виде

М

x(e>=><„i „(<-<„)+ rt »(<- )

26 при котором входной сигнал будет аппрок симирован полиномом второго порядка. В этом случае параметры ВО Е» и Ir » определяют при помощи соответствующих детерминантов х„>а,5, b,, При этом уу детерминанты оказываются с пятью стро. ками и столбцами s отличие от рассмотренных выше детерминантов с четырьмя столбцами и строками.

Предлагаемый корректор может быть применен при изменении температуры ср6 ды инерционным термодатчиком, при измерении концентрации вещества инерционными рН-метрами и ионометрами, кондуктометрами, при измерении угла поворота

И ,объекта при помощи гироскопический и акселерометрической сйстем, при, иэмере. нии давления тензодатчиками и т. д., он обеспечивает высокую точность измерения указанных величин несмотря на наличие нестационарности параметра инерци-

46 онной измерительной системы и непостоянство коэффициента передачи измерителя

Измерение физических величин предлагаемым корректором позволяет проводить измерение физических величин при помощи инерционных измерительных преобразователей с высокой точностью и быстродействием, при этом появляется воэможность качественной регулировки измеряемого параметра в начальный момент времени при его незначительном измене- нии за счет управления процесса в целом, что приводит к уменьшению брака продукции, связанного с возможным контролем параметров.

" Зкономический эффект, связанный с уменьшением брака продукции, определяет ся в рамках только одного завода десятками тысяч рублей.

Формула изобретения

Цифровой корректор статической и динамической характеристик инерционного измерительного преобразователя, содержащий блок дифференцирования, о т л ичающийся тем,что,сцельюповышения точности, в него введены блок управления и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, функциональный преобразователь, блок памяти и арифметический блок, причем вход блока управления соединен с выходом аналого-цифрового преобраэоватепя, с вторым входом блока памяти и через блок дифференцирования - с третьим входом блока памяти, четвертый вход которого соединен с выходом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 498628, кл. Cj 05 В 13/02, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2508084, кл. Я 05 В 13/02, 1979 (прототип).

954930

Составитель А. Лашев

Редактор А, Огар Техред А .Бабинец Корректор E. Рошко

Закаэ 6431/47 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4