Цифровое силоизмерительное устройство

(51) ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР.ЕЕОИЗЦ ТОР ОКО ера пли тв произвтель" в,Журав анов, ьков(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано для измерения силы,веса и т.д. Цельюизобретения является повышение быстродействия за счетуменьшения времени преобразования иточности за счет введения температурных поправок. .Устройство содержитчастотный датчик силы 1, сигнал которого преобразуется формирователем измерительного интервала 2 в измериарв П вых ват кодам в счетч азо алого-цифрового пр входным си игнал датчи Код измеренн оправки переписывахя 1 торо гоей тем гналом кка влиякщ ется 0 ои величины пературы с учетомхранится ается выходном регистре(21) 4 (22) 3 (46) 2 (71) М ное об (72) В Б.И. Г С.И. Г и С.Ю. (53) 5 (56) А )1 1258Авт Р 1425 САНИЕ ИЗОБР ВИДЕТЕПЬСТВУ 11208/24-10.09.89. Бюл. Ь.сковское научноединение "ИзмерВ, Никитин, А.Иальцов, В.П. Бараур, И.В, КоролИванов1,781 (088.8)торское свидете60, кл. С 01 Срское свидетель58, кл. С 01 С ВОЕ СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТ тельный интервалВ течение измерительного интервала импульсы с ген тора тактовых импульсов 4 через эле мент И поступают на нака вающий сумматор 5, который в совокупности элементом И 8, реверсивным счетчико 7 и постоянным запоминающим устройс вом (ПЗУ) 6, связанным со старшими разрядами счетчика 7, образуют линеаризуюший преобразователь периода сигнала датчика 1 в код. Температур ная поправка образуется на выходе п реноса счетчика 15, связанного с вы читающим входом счетчика 7, в р тате сложения в сумматоре 13 адди ной, определяемой при нажатии кно 19, поправки с выхода регистра 14, связанного с младшими разрядами сче чика 7 и мультипликативной поправки табличные значения которой хранятсяЗУ 12 и извлекаются по кодам ст604 50 3 1509Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бытьиспользовано для построения измерителей силы, весов и т.д.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия за счет формирования кода силы за время преобразования частота-цифра и компенсациивлияния температуры.На Фиг.представлена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - временныедиаграммы работы устройства; нафиг. 3 - вид характеристики частотного датчика и ее апроксимация,Устройство содержит частотный датчик 1 силы, формирователь 2 измерительного интервала (ФИИ), первый элемент И 3, генератор 4 тактовых им-"пульсов (ГТИ), накапливающий сумматор 5, первое программируемое посто- "янное запоминающее устройство (ППЗУ)6, первый счетчик 7, второй элементИ 8, первый регистр-защелку 9, датчик1 О температуры, аналого-циФровой преобразователь (АЦП) 11, второе ППЗУ12, комбинированный сумматор 13, второй регистр в защел 14, второй счетчик 15, одновибратор 16, триггер 17,третий элемент И 18, нормально замкнутую кнопку 19, четвертый элементИ 20.Устройство формирует код силы завремя измерительного интервала и компенсирует аддитивную и мультипликативную составляющие температурной погрешности,Устройство работает следующим образом.На вход частотного датчика 1 подается измеряемое усилие, с выхода датчика 1 на вход ФИИ 2 поступает сигнал(фиг. 2 а), период которого несет инФормацию об измеряемом усилии, ФИИ 2Формирует измерительный интервал(Фиг. 2 б), длительность которого составляет заданное число периодов сигнала датчика 1. Измерительные интервалы характеризуются положительнымпотенциалом на выходе ФИИ 2. Промежутки между измерительными интервалами равны одному периоду сигналадатчика 1. По фронту сигнала на выходе ФИИ 2 устанавливается в начальноесостояние первый счетчик 7 (при этомв него переписывается число начальнойустановки, скоммутированное на информационных входах) и сбрасывается накапливающий сумматор 5. Во время из 5 10 15 20 25 30 35 40 45 мерительного интервала импульсы ГТИ 4 (Фиг. 2 в) поступают через первый элемент И 3 на стробирующий вход сумматора 5 . При этом в последнем по спаду тактирующего импульса происходит суммирование его содержимого с кодом, поступающим с выходов первого ППЗУ 6.При возникновении переноса(фиг. 2 г) на выходе сумматора 5 по фронту тактирующего импульса, проходящего через второй элемент И 8 (фиг. 2 д), произойдет инкремент содержимого первого счетчика 7. Код,поступающий на входы сумматора 5, выбирается из ППЗУ 6 по адресу, задаваемому комбинацией ш старших разрядов на выходе счетчика 7 (Фиг.2 е). Эта комбинация указывает номер подынтервала линеаризации градуировочной характеристики частотного датчика (фиг. За) . Каждому подынтервалу соответствует аппроксимированный линейный участок с углом наклона А, . В пределах -го подынтервала при поступлении очередного тактового импульса к предыдущему значению кода силы (старшие, значащие разряды которого содержатся в счетчике 7, а младшие - в сумматоре) добавляется очередное приращение Ь К в соответствии с наклоном характеристики на этом подынтервале. На границе поддиапазонов изменяется на единицу код т старших разрядов счетчика 7, благодаря чему в ППЗУ 6 происходит переход к следующей ячейке, в которой содержится код приращения, соответствующего новому поддиапазону. На выходах счетчика 7 все время имеется код силы, соответствующий количеству поступивших тактовых импульсов, таким образом, по окончании измерительного интервала имеем код измеряемой величины еВ течение измерительного интервала счетчик 7 может несколько раз пробегать диапазон своих значений (Фиг. Зб), прежде чем выйти на рабочий диапазон. Выбор рабочего диапазона определяется числом начальной установки Ря счетчика 7.При отклонении температуры от номинального значения код, сформированный по градуировочной характеристике(фиг, За), не соответствует требуемой (Фиг. Зв), Отклонение имеет какаддитивный, так и мультипликативныйхарактер.5 150Для компенсации адцитивной составляющей погрешности в устройстве предусмотрен реверс показаний счетчика 7 по значению кода, сформированного при нулевом (или другом известном) измерительном усилии. При этом нажатием на кнопку 19 разблокирует"я поступление стробирующего импульса с одновибратора 16 через элемент И 20 на управляющий вход записи регистра-защелки 14, который служит для хранения аддитивной поправки. По окончании измерительного интервала одно- вибратор 16 вырабатывает короткий импульс ( фиг. 2 ж, который проходит через элемент И 20 и стробирует запись кода с выходов группы Р младших разрядов счетчика 7 в регистр-защелку 14 (фиг, 2 д). При нулевом усилии этот код соответствует адцитивной погрешности датчика силы. Отпускание кнопки 19 блокирует запись в регистр 14, После чего можно снова производитьизмерения.Значение мультипликативной погрешности (фиг. Зг) определяется как значениями температуры,так и значением силы (по номинальной характеристике). 1(ак правило, эта составляющая имеет небольшую величину (1-4 двоичных разряда), Поэтому в устройстве применен табличный способ коррекции этой погрешности. Выделяется= 2 узлов в номинальной градуировочной характеристике. Для каждого д-го узла по предварительным данным градуировок вычисляется мультипликативная поправка й Г; при некотором 3-м значении температуры (либо величины, зависящей от температуры), причем - Ч, 3 = 1 - К (К = 2 ). Значения величины, зависящей от температуры, получают от датчика 10 температуры и АЦП 11 в цифре. Таблица мультипликативных поправок хранится во втором ППЗУ 12 и каждое значение 6 Р адресуется г-разрядным кодом АЦП 11 (первая группа разрядов адреса) и я-разрядным кодом старших разрядов счетчика 7.Обе составляющие температурной погрешности суммируются на комбинационном сумматоре 13. По окончании измерительного интервала одновибратор 16 вырабатывает импульс, который поступает на управляющий вход предварительной установки счетчика 15 и записывает в него код суммарной погреш 961) 4 25 30 35 40 5101520 45 50 55 ности, Одновременно устанавливаетсяв единичное сост яние триггер 17(фиг. 2 и), в результате чего разблокируется поступление тактовых импульсов через третий элемент И 8 на вычитающий вход счетчика 7 и вычитающийвход счетчика 15 (фиг. 2 к). После поступления определенного числа импульсов, соответствующего суммарной температурной погрешности, на выходе"(О" счетчика 15 появляется импульс,сбрасывающий триггер 17 в ноль, и реверс содержимого счетчика 7 прекращается. Таким образом на выходах последнего имеем. код силы с температурной коррекцией, который по следующемуфронту сигнала на выходе %И 2 перепишется в выходной регистр-защелку 9(фиг, 2 л),формулаизобретения Цифровое силоизмерительное устройство, содержащее частотный датчик си - лы, соединенный через формирователь измерительного интервала с первым входом первого элемента И, второй вход которого связан с выходом генератора тактовых импульсов, первый счетчик, первый регистр-защелку и первое программируемое постоянное запоминающее устройство, причем выходформирователя измерительного интервала соединен с управляющим входом начальной установки первого счетчика иуправляющим входом записи первого регистра-защелки, у которого входы связаны с .выходами перво го счетчика, а выходы являются выходами устройства, информационные входы начальной установки первого счетчика объединены в две группы, подключенные соответственно к шинам питания и общей шине, а группа выходов старших разрядов первого счетчика соединена с адресными входами первого программируемого постоянного запоминающего устройства, отличающее с ятем, что, с целью повышения точностии быстродействия, в него введены накапливающий сумматор, информационныевходы которого подключены к выходампервого программируемого постоянногозапоминающего устройства, стробирующий вход связан с выходом первогоэлемента И, вход сброса соединен свыходом формирователя измерительногоинтервала, второй элемент И, выходкоторого подключен к суммирующему .входу первого счетчика, первый входсоединен с выходом переноса накапливающего сумматора, а второй - с выходом первого элемента И, третий ичетвертый элемент И, датчик температуры, подключенный кф входу аналогоцифрового преобразователя, второепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, первая группа адресных входов которого связана с выходами аналого-цифрового преобразователя,а вторая - с группой выходов старшихразрядов первого счетчика, второй регистр-защелка, соединенный информационными входами с группой выходовмладших, разрядов первого счетчика,а выходами - с входами первого слагаемого комбинационного сумматора,входы второго слагаемого которого 20связаны с выходами второго программируемого постоянного запоминающегоустройства, второй счетчик, информационные входы предварительной уста- но в ки ко торо го подключены к выходам комбинационного сумматора, одновибратор, вход которого связан с выходом формирователя измерительного интервала, а выход - с управляющим входом предварительной установки второго счетчика и входом установки триггера, вход сброса которого соединен с выходом переноса второго счетчика, а выход подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которо- го соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с вычитающими входами первого и второго счетчиков, нормально замкнутая кнопка, соединяющая общую шину с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с выходом одновибратора, а выход - с управляющим входом записи второго регистра-защелки.1509604 Ъик Твин,иН Ъакафиг Ю Составитель А.АльшаевПатрушева Техред М.Ходанич Корректор О.Ципле дак Тираж.660 Подписное венного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 каз 5790/32 НИИПИ Гос КНТ ССС твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ои