Устройство для измерения температуры и механических усилий

Устройство для измерения температуры и механических усилий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик р>994934 (61) Дополнительное к авт. свид-ву Р 851121 (22) Заявлено 26.06.81 (21) 3306628/18-10

)$g) + Кд 3

G 01 К 7/32

G 01 L 1/16 с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетГосударстиениый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (53) УДК 5 36. 532 (088. 8) Опубликовано 07 0 23 3, Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 0702,83

k -" . „(е, Ф. ф, Колпаков, В. A. Шевелев, В. П. ()ефанов,;и, В.A. Писарев

l т р .1(72),Авторы изобретения (71) Заявитель

Харьковский авиационный инс (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ TENHEPATVPbl

И МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для одновременного измерения температуры и механических усилий.

По основному авт.св. Р 851121 известно устройство для измерения температуры и механических усилий, содержащее два пьезорезонатора, укрепленных на упругом элементе и подключенных к двум автогенераторам, подсоединенных ко входам преобразователей частота-код,.выходы которых соединены с вычислительным блоком, подключенным к запоминающему блОку, а также элемент И, блоки сравнения и генератор тактовых импульсов, который соединен с управляющими входами преобразователей частота-код и вычислительного блока, подключенного выходами к входам блоков сравнения, к вторым входам которых подсоединены . выходы запоминающего блока, а выходы блоков сравнения подключены к входам элемента И, подсоединенного выходами к входам вычислительного и запоминающих блоков (1 .

Однако известное устройство не обладает высоким быстродействием изза необходимости проведения большого, количества итераций для достижения требуемой точности, что особенно сказывается на краях диапазонов измеряежих сил и температуры.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры и механических усилий введен преобразователь кодов, входы которого подключены к третьему и четвертому выходам запоминающего блока, первые четыре выхода соединены с входами запоминающего блока, а пятый выход соединен с входом генератора тактовых импульсов.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит упругий эле; мент 1, пьезокварцевые резонаторы

2 и 3, автогенераторы 4 и 5, преобразователи частота-код б и 7, генератор 8 тактовых импульсов, вычислительный блок 9, запоминающий блок 10, блоки сравнения ii и 12, элемент 13 И, преобразователь 14 кодов. Пьезокварцевые резонаторы 2 и 3 подключены к автогенераторам 4 и 5, соединенных выходами со входами преобразователей

ЗО .частота-код 6 и 7, выходы которых со(1 ) (2) f1 =К1т Т+К,iF F !

1 =К2т Т4.К2р" х где К !,К 2 — коэффициенты преобразо- ЗО вания по температуре или коэффициенты температурной чувствительности;

К1,К 1 - — коэффициенты преобразования по силе или коэффициенты силовой чувствительности;

Т, F - измеряемые температура и сила.

4О

Сигналы с выходов автогенераторов

4 и. 5 поступают на входы преобразователей частота-код 6 и 7 соответственно, на выходе которых приобретают кодовую {цифровую) форму

45 (3) (4) y<=a I õ <+a12 Х2

y, = à g1 Х 14 а 22 х 2 нли (5) X=AX, где Y — вектор сигналов с преобразо вателей частота-код, Х - вектор измеряемых параметров (температура, сила); 55 и — матрица преобразования (матрица коэ ффициентов силовой и темпвратурной чувствительности) °

С выходов преобразователей часто- @ та-код 6 и 7 сигналы поступают на вычислительное устройство 9, где происходит перемножение вектора сигналов

У на. обратную матрицу коэффициентов

Ао, вызываемую из запоминающего уст-65 единены с вычислительным блоком 9, подключенным входом и выходом к запоминающему блоку 10, а также генератор тактовых импульсов 8, связанный выходами с управляющими входами преобразователей частота-код 6 и 7 и 5 вычислительного блока 9, подключенного выходами к первым входам блоков сравнения 11 и 12, вторые входы которых связаны с выходами запоминающего блока 10, а выходы соединены с эле ментом И 13, подключенным выходами к третьему входу вычислительного блока

9 и второму входу запоминающего блока 10, третий и четвертый выходы которого связаны со входами преобразователя кодов 14, соединенного первыми четырьмя выходами со входим запоминающего блока 10, а пятым выходом — co входом генератора тактовых импульсов 8, в результате чего час1 3 тоты их генерации f„z fZ в зависимости DT одновременно воздействующих на упругий элемент 1 силы и темпера-! туры можно представить следующим образом

25 ройства 10. В результате решения уравнения (5) получается первая оценка х, х 2(Т, F ) одновременно действующйх йа чувствительный элемент температуры Т и силы F, Эти оценки Т и

F могут значительно отличаться от истинных значений Т и F поскольку выбранные Коэффициенты температурной и силовой чувствительности для некоторой строго фиксированной реперной точки по силе.и температуре из диапазона измеряемых температур и сил изменяются в зависимости от того, какие в данный момент времени приняли значения измеряемые температура и сила. Причем изменения коэффициентов температурной и силовой чувствительности лийейно зависят от изменений

F и Т соответственно а11 =a „„f1+K „(x2-x2ã Ö (6)

21 22 (1+К 22 (x.2 х 2)) (8) а 22 - — а ("! + К (х „- х „o) j (9) где х,хв " координаты реперной точки х„,х — изменяющиеся (измеряемые) в данный момент времени значения темпеF F ратуры и силы;

K К „— силовые коэффициенты

Т Т термочувствительности;

К„ К22 — температурные коэффициенты тензочувствительности>

0 „-1(ij=<2) — ЗНачЕНие соответствующего коэффициента чувствительности в реперной точке; п„ (Ц=12) — значение соответствующего коэффициента чувствительности при измеряемых значениях температуры и силы.

Подставляя (6) в (7), а (8) и {9) в (4), получим хх х +ххх х х Хх х х Хх х х хх хх 2 х 12 12 !

2 2

+ К"+ ), =

11 11 12, Я2 / 1 2 (10,}

2 1 1 2 22 1

21 1 27. 2 21 21 2 1 22 22 1 2

0 F о т \

22/ 1 2 2 (11!

Ь

Очевидно, что коды частот у.! и у2 учитывают зависимость а 1 и а от

21 а 12 и а 22 oT T. Следовательно, при решении системы уравнений (3)(3) с постоянной матрйцей преобразо.994934 вания A получается ошибка измере- . .ний по силе и температуре. В известном устройстве уточнение результата, т. е. повышение точности, осуществляется путем проведения итерационных процедур с кодами частот, у„и у при постоянной матрице преобразования и фиксированной реперной точке. Осуществляется это следующим образом,.

Полученное из системы .уравнений (3 )(4 ). решение х ) и х 2 служит исход- ) ным приближением, по которому путем подстановки в составляющие части 1, 2, 3 уравнения (10} и составляющие

4, 5, б уравнения (11) и их соответ- ственному переносу в правые . асти 1 корректируются коды частот у1 и у .

По новым значениям уф и у«) вновь

2 решается система уравнений (3 )- (4 } с той же постоянной матрицей преобразования Ао"и получается новое реше- 2 ние хД) и хф на основании которого корректируются коды частот у1 и и т.д. Относительная погрешность измерений по каждому измеряемому параметру после каждого следующего цикла итераций оценивается по следующему соотношенИю

Х вЂ” Х .

Х(+1),,(i) = . З

В известном устройстве, задавая, допустимые погрешности а ), получают;. .за конечное число итераций истинные значения Т и F с требуемой точностью, однако необходимое число итераций при этом, а следовательно, быстродействие устройства ухудшается. Причем это ухудшение наиболее значительно, когда измеряемые Т и г= принимают значения, далекие от значений в реперной точке х„,х (Тв,, о), о o а следовательно, когда коэффициенты. а наиболее значительно отлИчаются от а, т.е. коэффициентов соответfj (, ствующих чувствительностей в репере ной точке.

Устраняется укаэанный недостаток эа счет использования эффекта плавающей (отслеживающей) реперной точки и плавающих коэффициентов чувствительностей. Заключается он в;следующем.

Первый цикл измерений осуществляется аналогично тому, как это осуществляется в известном устройстве. На следующих циклах происходят следующие изменения. Полученные в ходе первого цикла измерений и последующих итераций значения х1 и х> в следующем цикле измерений становятся новой реперной точкой. Кроме этого, по полученным в первом цикле измерений значениям к и х корректируются . и значения

1 соответствующих обратных коэффициен—.1 тов чувствительностей а;

Таким образом, в следующем цикле измерений мы имеем измененную (подстроенную ) реперную точку х.о11, х" м и уточненную обратную матрицу коэффициентов А „, что позволяет даже с учетом быстрых от цикла к циклу изменений измеряемых параметров х „и х определять истинные значения х и х за одну две итерации. В известном . устройстве число итераций достигало четыре-пяти. По результатам укороченных итераций во втором цикле вновь подстраивается реперная точка и матрица коэффициентов и т.д, Реализуется эта подстройка в пред5:лагаемом устройстве с помощью введенйого преобразователя кодов 14, на вход которого попадают коды полученных значений Т и F . Причем преобразователь кодов воспринимает только (n — %) старших разрядов кода ОТ и F а остальные К младших разрядов выступают в качестве шага дискретизации по силе и температуре соответственно.

На выходе преобразователя кодов имеются четыре кода от обратных коэффициентов чувствительности а у, соот-1 ветствующих кОдам Т и F на его входах, которые поступают в запомйнающий блок 10 и заносятся на места соответствующих коэффициентов в исходной обратной матрице коэффициентов чув.ствительностей А . При этом информа— 1 ция на выходах запоминающего блока

10 Т и F заносится на место информао ции о значениях предыдущей реперной

5 точки. Пятый выход преобразователя кодов 14 связан с генератором тактовых импульсов 8 и управляет его включением.

Устройство работает следующим об.раз огл.

Воздействующие на упругий элемент

1 с резонаторами 2 и 3 температура Т и сила F приводят к изменению частот и f автогенераторов 4 и 5. Гене45 ратор т.актовых импульсов 8 синхронизирует работу преобразователей частота-код б и 7 и вычислителя 9, открывая ПЧК на время, в течение которого может преобразоваться в код макси50 мальная частота с выходов автогенераторов, и подготавливая вычислительный блок 9 для очередных вычислений.

С выходов НЧК б и 7 сигналы поступают на вычислительный блок 9, в кото55 ром происходит перемножение вектора сигналов Y. на обратную матрицу коэффициентов А д,, вызываемую,,из запоминающего блока 10 ° После получения первого опорного решения х «х (4) (1) б9 в вычислительном блоке 9 осуществляется коррекция вектора Y по. аналогии, т.е. с той же матрицей А о" (новое решение ), значения которых поступают () (2) в запоминающий блок 10 Вычислительный, блок,9 формирует по х "„ и х.2

994934

Формула изобретения

ВНИИПИ Эаказ 628/26 Тираж 871 Подписное

Филиал ППП "Патент",г,ужгород,ул.Проектная,4 х, 7 и х соотношения для каждой переменной, которые передаются в блоки сравнения 11 и 12, где сравниваются с вызываемыми из запоминающего блока

10 допустимыми погрешностями У . В случае, если хотя бы одно из d > д" на выходе элемента И 13, куда йоступают сигналы с блоков сравнения 11 и

12, имеем сигнал, разрешающий продолжение итераций в вычислительном блоке 9 и запрещающий выдачу кодов о си- 1О ле и температуре из запоминающего блока 10. В противном случае на выходе элемента И 13 имеем сигнал, прекращающий итерации и сбрасывающий все регистры вычислительного блока 9 15 в исходное состояние и разрешающий выдачу из запоминающего блока 10 кодов Т и F,,получившихся в ходе последней итерации и укладывающихся в пределах допустимой погрешности 6 . 2О

На этом заканчивается первый цикл измерений. Коды о температуре Т и силе поступают на преобразователь кодов 14, реагирующий íà (n-Я) старших разрядов. В зависимости от комбинаций воздействующих на преобразователь кодов 14 информации Т и на выходе преобразователя кодов 14 имеется соответствующая комбинация кодов о соответствующих скорректированных обратных коэффициентах,чувствительности а ;.. Коды о а; . по,ступают в запоминающий блок 10 и за носятся на место соответствующих коэффициентов в исходное обратной матрице коэффициентов чувствительностей

A " . B месте с этим информация о полученных в первом цикле измерений кодах Т и .F заносится на место ин.формации о значениях исходной репер-. ной точки х о, х,. . Одновременно c" 40 .этим сигнал с пятого выхода преобразователя кодов 14 поступает на генератор тактовых импульсов 8, который вновь открывает преобразователи частота-код 6 и 7, и начинаются второй и однотипные с ним последующие циклы измерений. При этом за счет отслеживания после каждого цикла измерений реперной точки и коррекций коэффициентов обратной матрицы преобразования предлагаемое устройство обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению с известным устройством..

Таким образом, введение в предлагаемое устройство преобразователя кодов, входы которого подключены к третьему и четвертому выходам запоминающего блока, первые четыре выхода связаны c âõoäàìè запоминающего блока, а пятый выход соединен с входом генератора тактовых импульсов, выгодно отличает его от известного устройства, так как позволяет значительно повысить быстродействие одновременного измерения температуры и механических усилий.

Устройство для измерения температуры и механических усилий по авт.св., Р 851121, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введен преобразователь кодов, входы которого подключены к третьему и четвертому выходам запоминающего блока, первые четыре выхода связаны с входами запоминающего блока, а пятый выход соединен с входом генератора тактовых импульсов.

Источники информаций, принятые во внимание при экспертизе авторское свидетельство СССР

Р 851121, кл. G 01 К 7/32, 19.05.80.