Устройство для измерения температуры и механических усилий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 11994934(22) Заявлено 26.06.81 (21 3306628/18-10 ф)М Кп 3 С 01 К 7/32 6 011/16 с присоединением заявки Но -(23) ПриоритетГосударстиенный комитет СССР по делам изобретеиий и открытийОпубликовано 07,0283, Бюллетень М 5Дата опубликования описания 0702,83Ф,".Ф,Ф,Колпаков, В.А.Шевелев, В.П.ОефеноЗ;и, В.А Писаревь-.,(72),Авторы изобретения авиационный инст арьков дявител(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУ И МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙем 0 ы х и 25юИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для одно- временного 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 выходам к входам вычислительного и запомина щих блоков 13.Однако известнре устройство не обладает высоким быстродействием изза необходимости проведения большого,количества итераций для достижениятребуемой точности, что особенно сказывается на краях диапазонов измеряемых сил и температуры.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тчто в устройстве для измерения температуры и механических усилий введенпреобразователь кодов, входы которого подключены к третьему и четвертомувыходам запоминающего блока, перв ечетыре выхода соединены с входами запоминающего блока, а пятый выход соединен с входом генератора тактовы импульсовНа чертеже изображена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит упругий эле;мент 1, пьезокварцевые резонаторы2 и 3, автогенераторы 4 и 5, преобразователи частота-код 6 и 7, генератор 8 тактовых импульсов, вычислительный блок 9, запоминающий блок 10, блоки сравнения 11 и 12, элемент 13 И, преобразователь 14 кодов. Пьезокварцевые резонаторы 2 и 3 подключены к автогенераторам 4 и 5, соединенных выходами со входами преобразователей ,частота-код 6 и 7, выходы которых со(1 ) (2) К 1 т Т+К 1 ЕГр =К 2 ТТ 4 К 2 р"где К,К - коэффициенты преобразо- ЗОвания по температуреили коэффициенты температурной чувствительности;К 1 ,К 2. - коэффициенты преобразования по силе или коэффициенты силовой чувствительности;Т, Г - измеряемые температураи сила.4 ОСигналы с выходов автогенераторов 4 и. 5 поступают на входы преобразователей частота-код б и 7 соответственно, на выходе которых приобретают кодовую (цифровую) Форму45(5) Х=АХ,где У - вектор сигналов с преобразователей частота-код,Х - вектор измеряемых параметров(температура, сила); 55й - матрица преобразования (матрица коэффициентов силовойи темпвратурной чувствительности)С выходов преобразователей часто- Ц) та-код б и 7 сигналы поступают на вычислительное устройство 9, где происходит перемножение вектора сигналов у на обратную матрицу коэффициентов А , вызываемую из запоминающего устединены 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 б 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 входаги запоминающего блока 10, а пятым выходом - со входом генератора тактовых импульсов 8, в результате чего час 1 тоты их генерации Уи 12 в зависимости от одновременно воздействующих на упругий элемент 1 силы и температуры можно представить следующим образом25 ройства 10, В результате решения уравнения (5) получается первая оценка х,х 2(Т ,Г) одновременно действующйх йа чувствительный элемент температуры Т и силы Г, Эти оценки Т и Гф могут значительно отличаться от истинных значений Т и Г, 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 линейно зависят от изменений Г и Т соответственноа 1 =а 11+К(х 2-х 2 Ц (б )а =а 2 1+К 22 ( х 2- х 2 Ц (8)а 22 =й 2 3+КО ( х 1 х Я (9) где х 1,х " координаты репернойточки;х 1,х 2 - изменяющиеся (измеряемые) в данный моментвремени значения темпег Гратуры и силы;К,К - силовые коэффициентыТ Ттермочувствительности;К 12,К 22 - температурные коэффициенты тензочувствительностиО(ф 1,2) - значение соответствующего коэффициента чувствительности в реперной точке;а(Ц=12) - значение соответствующего коэффициента чувствительности при измеряемых значениях температуры и силыПодставляя (б) в (7), а (8) и (9) в (4), получимцО+0 ,да кРх юо кт мо1111 11 212 12 221 ао К Оо11 11 12 12 / 1 2(1 О,)3ф +с "2 ф К 1" "12221"211 21 2 21 21 2 1 22 22 1 24 5О Г о т22/ 1 2 2 (11)ЬОчевидно, что коды частот у и у 2 учитывают зависимость а 11 и а от21и а 12 и а 22 От Т. СледОвательно,при решении системы уравнений (3)- (3) с постоянной матрйцей преобразования Аполучается ошибка измере- . .ний по силе и температуре. В известном устройстве уточнение результата,т,е, повышение точности, осуществляется путем проведения итерационныхпроцедур с кодами частот, , и ч 2 припостоянной матрице преобразования ификсированной реперной точке. Осуществляется это следующим образом,.Полученное из сис(темы,равнений (3 )- 4 ). решение хи х(2 служит исход- ((.)ным приближением, по которому путемподстановки в составляющие части 1,2, 3 уравнения (,10) и составляющие4, 5, б уравнения 11) и их соответ-ственному переносу в правые, части 1корректируются коды частот ч 1. иПо новым значениям з(,и ) вновь2решается система уравнений 3 )- 4 )с той же постоянной матрицей преоб- РазованцЯ Ао"и полУчаетсЯ новое Решение ха) и х(2) на -основании которого( гфкорректируются коды частот у 1 ии т.д. Относительная погрешность измерений по каждому измеряемому параметру после каждого следующего цикла итераций оценивается по следующему соотношенИюХ - Х"("Н мВ известном устройстве, задавая , допустимые погрешности О), получают,. .за конечное число итераций истинные значения Т и Р 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 2,То,Уо),о оа следовательно, когда коэффициенты. а наиболее значительно отлИчаются 4 от а), т.е. коэффициентов соответоствующих чувствительностей в репереной 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 х 1 и х 2 в следующем цикле измерений становятся новой реперной точкой. Кроме этого, по полученным в первом цикле измерений значениям к и х 2 корректируются . и значения соответствующих обратных коэффициентов чувствительностей а; Таким образом, в следующем циклеизмерений мы имеем измененную (подстроенную ) реперную точку х.о 11, х"О 1и уточненн(ю обратную матрицу коэффициентов А , что позволяет даже с учетом быстрых от цикла к циклу изменений измеряемых параметров хи хопределять истинные значения х 1 и хза одну две итерации. В известном .устройстве число итераций достигалочетыре-пяти. По результатам укороченных итераций во втором цикле вновьподстраивается реперная точка и матрица коэффициентов и т.д,Реализуется эта подстройка в пред 5 лагаемом устройстве с помощью введенйого преобразователя кодов 14, навход которого попадают коды полученных значений оТ и Г . Причем преобразователь кодов воспринимает только(,п - ) старших разрядов кода оТ и )=а остальные К младших разрядов выступаютв качестве шага дискретизациипо силе и температуре соответственно.На выходе преобразователя кодов имеются четыре кода от обратных коэффициентов чувствительности а(, , соот ветствующих кОдам Т и Е на его входах, которые поступают в запомйнающийблок 10 и заносятся на места соответО ствующих коэффициентов в исходнойобратной матрице коэффициентов чув.ствительностей А . При этом информация на выходах запоминающего блока10 Т и Г заносится на место информаоции о значениях предыдущей реперной5точки. Пятый выход преобразователякодов 14 связан с генератором тактовых импульсов 8 и управляет его включением,Устройство работает следующим об.- раз огл.Воздействуюэ(ие на упругий элемент1 с резонаторами 2 и 3 температура Ти сила г= приводят к изменению частоти К 2 автогенераторов 4 и 5. Генератор тактовых импульсов 8 синхронизирует работу преобразователей частота-код б и 7 Й вычислителя 9, открывая ПЧК на время, в течение которого может преобразоваться в код макси 50 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 кото 55 ром происходит перемножение векторасигналов У.на обратную матрицу коэффициентов А о, вызываемую,из запоминающего блока 10После полученияпервого опорного решения х 1,х) (1160 в вычислительном блоке 9 осуществляется коррекция вектора У по.аналогии,т.е. с той же матрицей А о" новоерешение ), значения которых поступаютв запоминающий блок 10. Вычислитель( ) (2)ный, блок,9 формирует по хи х.2994934 Формула изобретения НИИПИ Эаказ 628/26 Тираж 871 Подписно Патент",г,ужгород,ул.Проектная,4 илиа х ,7 и хсоотношения для каждой переменной, которые передаются в блокисравнения 11 и 12, где сравниваютсяс вызываемыми из запоминающего блока10 допустимыми погрешностями У . Вслучае, если хотя бы одно из од"на выходе элемента И 13, куда йоступают сигналы с блоков сравнения 11 и12, имеем сигнал, разрешающий продолжение итераций в вычислительном блоке 9 и запрещающий выдачу кодов о силе и температуре из запоминающегоблока 10, В противном случае на выходе элемента И 13 имеем сигнал,прекращающий итерации и сбрасывающийвсе регистры вычислительного блока 9 15в исходное состояние и разрешающийвыдачу из запоминающего блока 10 кодов Т и Р, получившихся в ходепоследней итерации и укладывающихсяв пределах допустимой погрешности д. 2)На этом заканчивается первый циклизмерений. Коды о температуре Т и силепоступают на преобразователькодов 14, реагирующий на (и-Я 2 старших разрядов. В зависимости от комбинаций воздействующих на преобразователь кодов 14 информации Т ина выходе преобразователя кодов 14имеется соответствующая комбинациякодов о соответствующих скорректированных обратных коэффициентах,чувствительности а ; . Коды о а; по 1 ступают в запоминающий блок 13 и заносятся на место соответствующих коэффициентов в исходное обратной матрице коэффициентов чувствительностейА,", В месте с этим информация о полученных в первом цикле измерений кодах Т и .Р заносится на место ин.формации о значениях исходной репер-.ной точки х о, х Я . Одновременно с40.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 устройствомТаким образом, введение в предлагаемое устройство преобразователя кодов, входы которого подключены к третьему и четвертому выходам запоминающего блока, первые четыре выхода связаны свходами 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 ятем, что, с целью повышениябыстродействия устройства, в него введенпреобразователь кодов, входы которогоподключены к третьему и четвертомувыходам запоминающего блока, первыечетыре выхода связаны с входами запоминающего блока, а пятый выход соединен с входом генератора тактовыхимпульсов.Источники информаций,принятые во внимание при экспертизе1. авторское свидетельство СССРР 851121, кл. С 01 К 7/32, 19,05,80,