Устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения

О П, И (,ВАРЯ иИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 17. 08.77 (21) 2519989/18-21с присоединением заявки Мо(51)М )( 3 а 01 а 17/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УРАВНОВЕШИВАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ИХ ИЗМЕРЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерительного преобразования физических величин и их измерения как с аналоговым, так и с цифровым выходом, и может быть использовано в задачах автоматического управления.Известны устройства уравновешивающего преобразования физических величин, в которых коррекция мультипликативной и аддитивной составляющих погрешности преобразования осуществляется благодаря созданию во времени или в пространстве дополнительных каналов преобразования при реализа ции специальных алгоритмов коррекции, осуществляемых в дополнительных структурах или вычислительными операциями.Основными недостатками известных устройств являются: 20при использовании пространственного разделения каналов - практически, более, чем удвоенные аппаратурные затраты, возникновение ужесточенных требований к настроечным характеристикамканалов преобразования;при временном разделении каналов потери быстродействия, связанные с конечными частотами параметрической модуляции (необходимостью при каждом 30 измерении иметь достаточно большое количество соетояний модулируемыхпараметров (13 .Наиболее близким по технической сущности является устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения, содержащее последовательно соединенные сумматор, первый вход которого через управляемый преобразователь подключен ко входной клемме, и узел прямого преобразования, узел сбратного преобразования, выходом соединенный со вторым входом сумматора, блок управления, блок сравнения н блок ввода информации 21.Недостатками такого устройства являются недостаточные быстродействия и точность преобразования.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразования,Цель достигается тем, что в устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и измерения, содержащее последовательно соединенные сумматор, первый вход которого через управляемый масштабный преобразователь подключен ко входной клемме, и узел прямого преобраНа Фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства; на Фиг. 2 - структурная схема управляемого масштабного преобразователя. Устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения содержит управляемый масштабный преобразователь 1 с коэффициентом передачи К , сумматор 2, цепи прямого 3 и обратного 4 преобраэования, характеризуемые коэффициентами, преобразования К и )3, второй сумматор 5, блок б сравнения, управляемый генератор 7 корректирующего сигнала, блок 8 управления, . блок 9 вывода информации. 40 50 На фиг. 2 показаны первый 10 и второй 11 масштабные преобразователи, .дополнительный сумматор 12, управляющие входы 13 и 14 масштабнйх преобразователей.55Работа предлагаемого устройства может быть пояснена следующими соот-, ношениями.Коэффициент преобразования уравновешивающего устройства при исполь- я зовании отрицательной обратной связи определяется выражением Х зования, узел обратного преобразования, выходом соединенный со вторым входом сумматора, блок управления, блок сравнения и блок вывода информации, введены второй сумматор и управляемый генератор корректирующего сигнала, причем первый вход второго сумматора подключен к выходу узла прямого,преобразования, второй входк одному из выходов управляемого.генератора корректирующего сигнала, выход второго сумматора соединен со входом узла обратного преобразования, входом блока вывода информации и одним из входов блока сравнения, второй и третий входы блока сравнения соединены с выходами соответственно 15 блока управления и управляемого генератора корректирующего сигнала, выход блока сравнения подключен ко входу блока управления, второй и третий выходы блока управления соединены 20 с управляющими входами соответствующего управляемого масштабного преобразователя и управляемого генератора корректирующего сигнала; кроме того, управляемый масштабный преобразователь выполнен в вице двух масштабных преобразователей, входами соединенных с входной клеммой, а выходами с входами дополнительного сумматора, выход которого является выходом дополнительного сумматора,выход которого являет- З 0 ся выходом масштабного преобразователя.Ф(4) Результат, полученный в выражении (4) может быть реализован также и при уравнении по изложенной выше методике масштабным преобразователем или параметром цепи прямого преобразования. При К 4 = К(2 - 22), обусловленном включением двух параллельных масштабных преобразователей (фиг, 2) 10 и 11 с коэффициентами передачи К, и К" (1 - 22) к сумматору 12, при периодическом изменении коэффициента передачи одного из масштаб" ных преобразователей от 0 до К(1 - 22), где 22 - задаваемое с помощью блока 8 управления, значение, при которомк (5) оцениваемом в блоке сравнения в соответствии с командой управления, поступающей из блока 8 в блоки б и 1, где У - значение выходной величины при Кч(2 - 2), выражение (5) будет иметь вид1 = к,х/)ьЭто объясняется следу ношениями. При У0, Кгде Х, У -соответственно преобразуемая величина и ее преобраэованное значение;5, К, И - коэффициенты преобразования - результирующий,цепей прямого и обратногопреобразования соответственно;5 к=Ук 1 х 1 Ъ-ЪХ "К ф У асолюные аддитивные составляющие погрешности преобразования цепей прямой иобратной связи, приведенные соответственно к выходу цепи прямого и ковходу цепи обратного преобразования,учитывающие дрейф нуля соответствуюих цепей, в т.ч. сумматора на входе.Основная задача построения точныхизмерительных преобразователей сводится к устранению тем или иным путемвлияния неконтролируемых вариаций значений К 1, У, Ур,.В предлагаемом устройстве, реализующем соотношение (1), указанная задача решается следующим образом.При введении сигнала от корректирующего генератора сигналов 7 в сумматор 5, при выполнении условияУ2; (2)где 2 - значение корректирующегосигнала, обусловленного воздействием блока б сравнениячерез блок 8 управления нагенератор 7, выражение (1)принимает видК Х У У К 1 Ь 2значение (1 - 2 ) определяется соотношением (1 " 2) = - - )= ф - (7)кк а значение подстановка которого. в выражение 5 (3) при У Ф О, У = У определяет соотношение (4), значение которого выводится через блок вывода информации 9.Таким образом, как следует иэыражений (3), (4) (5), (б), энач ние 2 может быть подобрано в результате самонастройки при У = У1 таким, что аддитивные составляющие погрешности преобразования являются скомпенсированными.При этом сам масштабный,преобразователь может быть выполнен в виде рассматриваемой структуры, в том числе прик Ъ) 1"г с.1, 9) 20 один из двух преобразователей, с изменением периодически коэффициента передачи, может включать в свой состав последовательно соединенный пассивный масштабный преобразователь (делитель),Непрерывная коррекция погрешности преобразования осуществляется путем следящей самонастройки па-. раметров устройства в соответствии с изложенным выше алгоритмом,Работа устройства осуществляется следующим образом. При реализации одного иэ возможных алгоритмов кор рекции, осуществляемых в заявленной структуре, коррекция составляющих погрешности преобразования производится следующими операциями.В блоке сравнения б сравнивается 40 корректирующий сигнал "2 ", поступающий от генератора 7, и выходной сигнал устройства "У", существующий, например, в виде цифрового кода при выполнении устройства в виде устройства аналого-цифрового преобразования.Блок управления 8 осуществляется управление масштабным преобразователем 1, генератором 7 по результату сравнения сигналон в блоке сравнения б.При установившемся режиме работы устройства, при котором в основном контуре уравновешивающего преобразователя, образованного масштабным5 преобраэонателем 1, сумматором 2, цепями прямого и обратного преобразования 3 и 4 соответственно, сигнал на выходе устройства описывается соотношением (1), и сумматор 5 вводится 60 корректирующий сигнал от генератора 7,суммируемый с результатом преобразования преобразователя З.При этом корректирующий сигнал и выходной сигнал устройства сравниваются в блоке сравне 65 ния б,который управляет генератором 7что в схеме осуществляется равновесие, при котором ( = Г (У 2,), например, О = У - 2 равно нулю, где соответственно 2, У - корректирующий ивыходной сигналы.Эатем с помощью блока управления 8измеряется коэффициент масштабногопреобразования преобраэонателя 1,таким образом, что выходная величина устройства не меняется. При этомв блоке б осуществляется сравнениевыходной величины, при которомч, = 1(У, У ), например, О = У - Чравно нулю при равновесии схемы, обус"ловленном соотнетствующим управлениемрезультатом сравнения через блок 8преобразователем 1. При осуществленииравновесия н схеме по обеим критериямрезультат преобразования выводитсячерез блок вывода информации 9. Таккак н циклах самонастройки критериисамонастройки (О 0) различны, то ,циклы самонастройки могут осущестнляться как раздельно во времени влюбом порядке, так и одновременно врабочем цикле преобразования.Осуществление упомянутых операцийобуславливает исключение из уравнения преобразования параметров К,,РУ , при котором выражение (1) сно-итя к соотношению, У = К М/) (2),эначейия корректирующих воздействийсигнала 2 ипараметра 2 ,не задаются заранее, а являются самонастраивающимися по заданным критериям величинами, что обуславливает, в свою очередь повышение точности преобразования.При этом процессы измерительного преобразования и самонастройки не дискретны (т.е, не разбиваемые на интервалы времени коррекции и преобразования) и осуществляются н едином рабочем цикле устройства; в устройстве не требуется реализация многих состояний параметрон цепей преобразования, осуществляемых во времени (прототип) или н пространстве, для цели формирования сигналов в цепях адаптирующих обратных связей, что предотвращает существенное повышение быстродействия по сравнению с прото" типом, снижение аппаратурных затрат по сравнению с устройствамипространственным разделением каналов преобразования.Указанные свойства предлагаемого устройства, при приведенных структурных различиях, позволяют реализовать предельную точность автоматического преобразования Физических величин в аналого-цифровых преобразователях, цифровых измерительных приборах, при однородных и неоднородных анало" говых преобразователях физических величин, а также позволяют реализовать двухкратную инвариантность7 б 3801 г)4 и Составитель М. НазаровРедактор Н.Каменская , Тех ед А. епанская Кор екто И.Муск Тираж 1019 дписноесударственного ком Рм изобретений и отосква Ж, Раушс д. 4/5Патент , г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Заказ 6273 38ВНИИПИ(параметрическую и координатную)в системах автоматического управления,обеспечить высокую точность измеренияпараметров обьектов, идентифицируемых в замкнутой структуре,Формула изобретения1. Устройство для уравновешивающего преобразования физических величин и их измерения, содержащее последовательно соединенные сумматор, первый вход которого через управляемый масштабный преобразователь подключен ко входной клемме, узел прямого преобразования, узел обратного преобразования, выходом соединенный со вторым входом сумматора, блок управления, блок сравнения и блок вывода информации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия преобразования, в него введены второй сумматор и управляемый генератор корректирующего сигнала, причем первый вход второго сумМатора подключен к выходу узла прямого преобразования, второй вход - . ,к одному из выходов управляемого генератора корректирующего .сигнала, выход второго сумматора соединен со входом узла обратного преобразования, входом блока вывода информации и одним.иэ входов блока сравнения, второй итретий входы блока сравнения соединены с выходами соответственно блокауправления и управляемого генераторакорректирующего сигнала, выход блокасравнения подключен ко входу блокауправления, второй и третий выходыблока управления соединены с управляющими входами соответственно управляемого масштабного преобразователя и управляемого генератора корректирующего сигнала.2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем что управляе 15 мый масштабный преобразователь выполнен в виде двух масштабных преобразователей, входами соединенных с входной клеммой, а выходами - с входамидополнительного сумматора, выход2 О которого является выходом масштабного преобразователя,Источники информации,принятые. во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 507823, кл. 6 01 й 17/Об, 1974.2. Авторское свидетельство СССРР 550594, кл. С 01 й 29/ОО,Н 03 Г 3/31Н 03 0 3/12, 1971.