Устройство для определения интегрального значения изменяющегося во времени измерительного сигнала

(51) 5 Г.О 186 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬТИЯМПРИ ПНТ СССР(54) УСТРОЙСТРО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КНТЕГРАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ИЗМЕНЯКВЕГОСЯВО ВРЕМЕНИ КЗМЕРКТЕЛЬНОГО СИГНАЛА(57) Устройство для определения интегрального значения изменяющегося вовремени измерительного сигнала относится к инФормационно-измерительной технике. Цель изобретения - повышениеточности определения путем обеспеченияинвариантности интегрального значенияодновременно по отношению к аддитив"ным, мультипликативным и от нелиней"ности Функции преобразования погрешности измерительного преобразователяи повышение быстродействияУстройство содержит интегратор 7, умножитель8, ключ 9, блок 10 памяти постоянныхмножителей, блок 11 генераторов оди"ночных импульсов, элемент КЛИ 12,многопозиционные переключатели 1314,15, входной переключатель 17, задатчик 18 режима работы. В предложенномустройстве результат измерения интег"рального значения измерительного сиг"нала инвариантен по отношению к погрешностям измерительного преобразователя, 1 ил.Изобретение относится к информационно-измерительной технике и можетбыть использовано в измерительныхсистемах, в которых измерительныйс гнал интегрируется до заданногоэ ачения результата интегрирования.Т кая задача возникает, например, приопределении заданного количестваэлектричества путем интегрирования 10тока (напряжения) или заданного колщнества вещества (газообразного,щндк го или твердого) путем интегрирова"н ярасхода в единицу времени,Целью изобретения является повышен е точности определения путем обеспеч ния инвариантности по отношению ка дитивным, мультипликативным и отн линейности Функции преобразованияи грешностям измерительного преобраэ вателя и повышение быстродействия.На чертеже представлена схема устр йства,Устройство содержит источник 1 измерительного х сигнала и источник 2 25обзорных х,д,. сигналов. В качестве из"мерительных и опорных сигналов могутбыть любые Физические величины, прео 5 разуемые с помощью датчика в электрический сигнал. Измерительный преоб- З 0разователь 3 включает в себя последоеательно соединенные датчик ч, пресбразующий физическую величину х вэлектрическое напряжение Б, усилитель5 и преобразователь 6 формы представЛения сигнала (в конкретном устройстве - это цастотно-импульсный преобра"ователь) и является источником адди"ивных, мультипликативных и от нелиейности Функции преобразования,40писываемой полиномом ш-й степени,погрешностей, Интегратор 7 может осуЩествлять прямое и инверсное интегрирование, В конкретном устройстве онвыполнен на базе реверсивного сцетцика. Между выходом измерительного преОбразователя 3 и информативным входоминтегратора 7 последовательно включены умножитель 8 и ключ 9. В качествеумножителя 8 для умножения частотыимпульсов использован двоицный умножитель частоты, у которого множителями ц являются сигналы в виде парал 1лельных двоичных кодов, поступающихС выходов блока 10 памяти постоянныхмножителей,Для формирования опорных интерва"Лов времени Т, ., служит блок 11 изО генераторов одиноцных импульсов(ГОИ), выходы которых через элемент ИЛИ 12 связаны с управляющим входом ключа 9. Многопоэиционные переклюца" тели 13-15 переключаются синхронно приводом (не показано), задатчик 16 адреса через многопозиционный пере" клюцатель 1 й соединен с адресным входом блока 10 памяти. Входной пе" реключатель 17 и задатцик 18 режима. управляются синхронно. Источник 19 сигнала запуска через переключатель 15 подключен к входу запуска блока 11. К выходу интегратора 7 подключен нуль-орган 20, Всостав блока 11 входит генератор 21.Устройство работает следующим образом.Рабочий процесс имеет четыре эта" паПервые два подготовительных этапа, не связанные непосредственно с работой устройства, выполняются с целью определения значений статисти" ческих числовых характеристик (параметров) измерительного сигнала (начальных моментов), а также опорных ,сигналов и опорных и измерительного интервалов времени. Вторые два этапа, связанные непосредственно с работой устройства, включают в себя предвари" тельный процесс уставки заданного значения результата интегрирования и процесс собственно интегрирования иэ" меняющегося во времени измерительногосигнала до значения, соответствующегоуставке.На первом этапе приближенно определяются экспериментально или теоретически статистические числовые характеристики изменяющегося во времениизмерительного сигнала х(С ) " начальнь 1 е моменты М;Х 3 1-го порядка. Наизмерительном интервале времени Тц(1=0 - ш, ш - наивьсший порядок на"цальных моментов), так как их изменения приводят лишь к второго порядкамалости погрешностям результата интегрирования, их определяют приближенно,На втором этапе определяются зна"чения и опорных 3.-х сигналов Х ,;и и опорных х"х интервалов времениТ,; (1.=1 " и, п=(а+1)/2 или р==2 п- наивысшая степень полинома,характеризующего нелинейность измери"тельной системы), соотношения междукоторыми с целью обеспечения инвариантности результата интегрированияпо отношению к аддитивным, мультипликативным и от нелинейности функции преобразования погрешностям измерительной системы выбирают с учетом зна" чений найденных начальных моментов И Х и уставки О=Т,М;Х 3 ре 5 зультата интегрирования из известного выражения):10,1,2, , 2 п,где и - число опорных сигналов;в - наивысшая степень полинома,характеризующего нелинейностьизмерительной системы, совпадающей с наивысшим порядкомначальных моментов (ш=2 п);коэффициент умножения изменяоющегося во времени измерительного сигнала на выходе измерительной системы;с 1. - коэффициент умножения 1-го1опорного сигнала на выходеизмерительной системы; 25Х . - значение 1-го опорного сигнаон,ла (Хоп 1 ) х Х Од 141 ) уТ. - опорный интервал времени, соответствующий -му опорномусигналу; 30И. Х ) - начальный момент 1-го порядка,характеризующий изменяющийсяво времени измерительный сигнал на интервале времени отнуля до Т35Т - измерительный интервал временыхни от начала инверсного интегрирования измерительногосигнала до окончания этогоинтегрирования, соответствующего нулевому значению выход"ного сигнала интегратора.Умножитель 8 с коэффициентами умножения с 1 с 1, с 1, Ч; Явходящими в систему уравйения (1), 45необходим для увелицения быстродейст"вия устройства. В уравнении (1) из"вестными являются начальные моментыИ;Х, точное знацение уставки результата интегрирования О С,=Т, М;Х 3 и 5 Оизмерительный интервал временй Т=О/М;Х , а неизвестными - значения опорных сигналов Х и произве"дения с 1,.Т коэффициентов умноженияЧ на соответствующее значение опорного интервала времени Т, . Сущест"вует верхний предел опорного интерва"ла времени Т, , ограниченный максимально допустимым общим временем выполнения процесса уставки заданногозначения результата интегрирования.Умножитель 8 путем выбора необходимыхкоэффициентов умножения с 1,ц,ц,позволяет существенноуменьшить общее время выполнения про"цесса уставки,На третьем этапе осуществляетсяуставка. заданного значения результатаинтегрирования. Предварительно дляускорения собственно процесса уставкивыполняют обнуление интегратора 7 иблока 10 памяти постоянных множителейи запись кодов Й в блок 1 О и в генераторы блока 11 генераторов одиночныхимпульсов с целью обеспецения соответствующих значений множителей с 1, - с 1и опорных интервалов времени Т,Т . Выполняется также установкаоп о фзначений опорных сигналов Х , - Хв источник 2 опорных сигналов. Послеэтого с помощью привода переключатель17 и задатцик 18 устанавливаются впервое положение. При этом измерительный преобразователь 3 подключаетсяк источнику 2 опорных сигналов, интегратор 7 устанавливается в режимпрямого интегрирования, так как наего инвертирующий вход подается логическая единица "1", а на выходе эле"мента ИЛИ - логицеский "0", удерживающий ключ 9 в разомкнутом состоянии,Затем переключатели 13 - 15 последовательно занимают с 1-го по п-ноеположение, При этом в каждом из указанных положений коммутаторов навход измерительного преобразователя3 с источника 2 опорных сигналов подается соответствующий опорный сигналХ,;, в умножитель 8 поступает соответствующий множитель с 1, в виде двоичного кода, по сигналу от источника19 сигнала запуска, поступающему вблок 11 генераторов одиночных импуль"сов, на элемент ИЛИ 12 в течениеопорного интервала времени Т ,посту"пает логицеский единичный сигнал, замыкающий на это время ключ 9. В каждомположении переключателей 13 - 15 втечение соответствующего времени Т;осуществляется процесс интегрированиясоответствующего опорного сигналаХ . В интеграторе 7 все результаты06, финтегрирования опорных сигналов сум-мируются, образуя уставку при записи.На четвертом этапе осуществляетсяпроцесс собственно интегрирования изменяющегося во времени измерительногоЗаказ 283 Тираж 562 ПодписноеВИИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, М 5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 сигнала до значения, соответствующегоуставке. Для этого переключатель 17и эадатчик 18 устанавливают во второеположение, благодаря чему измеритель" 5ный преобразователь 3 подключается кИсточнику 1 измерительного сигнала,э интегратор 7 переводится в режимИнверсного интегрирования. Кроме того,вследствие подачи на инверсный входэлемента ИПИ логического "0" на еговыходе появляется логическая "1",переводящая ключ 9 в замкнутое состо"яние. Процесс интегрирования измерительного сигнала х(1) выполняетсяо тех пор, пока на выходе Р интегратора 7 не появится импульс переполнения, свидетельствующий о том, чторезультат интегрирования измерительного сигнала достиг значения уставки. 20Момент достижения результата интегри,рования значения уставки может бытьопределен также с помощью нуль-органа20, на один из входов .которого подает,ся выходной сигнал интегратора 7, 25а на другой - нулевой сигнал. Благодаря описанным существенным отличи,тельным признакам в устройстве дости"гается высокая точность путем обеспечения иняариантности интегральногозначения измерительного сигнала поотношению к аддитивным, мультипликативным и от нелинейности функции пре"образования измерительной системыпогрешностям, большее быстродействиеи ускорение процесса уставки расчетного интегрального значения. 40Устройство для определения интегрального значения изменяющегося во времени измерительного сигнала, со" держащее источники измерительного сигнала и сигнала запуска, иэмери" тельный преобразователь, последовательно соединенные умножитель :;лючи интегратор и нуль-орган, о т ,: ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности определения путемобеспечения инвариантности по отношению к аддитивным, мультипликативными от нелинейности функции преобразо"вания погрешностям измерительного препреобразователя и повышения быстродействия, в него введены входной пе"реключатель, источник опорных сигналов, блок памяти постоянных множителей, блок генераторов одиночных им"пульсов, три многопоэиционных переключателя, эадатчики адреса и режимаработы .и элемент ИЛИ, входы которогосоединены с выходами блока генераторов одиночных импульсов, а выход под"ключен к управляющему входу ключа,входы входного переключателя соединены с выходами источника измерительногосигнала и первого многопозиционногопереключателя, входы которого соединены с выходами источника опорныхсигналов, выход входного переключателя подключен к входу измерительногопреобразователя, выход которого соединен с первым входом умножителя,вторым входом подключенного к выходублока памяти постоянных множителей,адресные входы которого через второймногопозиционный переключатель соединены с задатчиком адреса, выход задатчика режима работы, входы которогоявляются входами задания режима работы устройства, подключен к инверсномувходу элемента ИЛИ и входу управлениянаправлением интегрирования интегра"тора, выход которого соединен с ин"формационным входом нуль-органа, причем входы блока генераторов одиночныхимпульсов подключены к выходам третьего многопозиционного переключателя,вход которого соединен с источникомсигнала запуска,