Устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей

/00 . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 111 ъ Р; и ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ(56) 1. Алексеев Г.И.Воспроизведение функций средствами цифро-аналоговой вычислительной техники. Минск, - 1976, с. 111-155.2, Авторское свидетельство СССР У 864307, кл. С 06 Л 1/00, 1981 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных элемента сравнения, реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, вход которого является цифровым выходом устройства, переключатель, входы которого являются входами ввода граничных числовых значений эталонов измеряемых величин устройства, а выход соединен с установочным входом реверсивного счетчика аналогоцифрового преобразователя, генератор импульсов, блок формирования опорно" го сигнала, состоящий из последовательно включенных параллельно-последовательного сумматора и цифро-аналогового преобразователя, подключен- ного выходом к аналоговому информационному входу цифро-аналогового преобразователя аналого-цифрового преобразователя, и блок управления сменой кода опорного сигнала, состояОПИСАНИ Н АВТОРСКОМУ щий из последовательно включенныхреверсивного счетчика, дешифратораи элемента И, подсоединенного выходомко входу сброса реверсивного счетчика, другой вход элемента сравненияаналого-цифрового преобразователяявляется аналоговым информационнымвходом устройства, а его выход подключен ко входам реверса счета. параллельно-последовательного сумматораблока формирования опорного сигналаи реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью упрощения устройства, оносодержит коммутатор, регистр начального значения опорного сигнала, делитель частоты, регистр абсолютногозначения приращения опорного сигнала,элемент НЕ.и блок вычисления шагаквантования, состоящий из первогорегистра, первого элемента сравнения, подсоединенного двумя входамисоответственно ко входу и выходупервого регистра, первого суммирующего счетчика, второго регистра, второго элемента сравнений, подсоединенного двумя входами соответственнок выходам первого суммирующего счетчика и второго регистра, элемента И,два входа которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов сравнения, и второгосуммирующего счетчика, счетный входкоторого соединен с выходом элемен-,та И, а выход подключен к управляющему входу дешифратора блока управления сменой кода опорного сигнала,вход разрешения параллельного суммирования параллельно-последовательного сумматора блока Формирования опор1100630 ного сигнала соединен с выходом элемента НЕ, а его информационный входподключен к выходу регистра абсолютного значения приращения опорногосигнала, вход разрешения записи которого соединен с входом элемента НЕи с выходом элемента И блока управления сменой кода опорного сигнала,а вход записи - с выходом делителячастоты, вход делителя частоты подключен к выходу параллельно-последовательного сумматора блока формирования опорного сигнала, ко входу регистра начального значения опорного сигнала и входу первого регистра блокавычисления, шага квантования, установочные входы первого суммирующегосчетчика и второго регистра которого тельного преобразователя соединенс аналоговым информационным входоманалого-цифрового преобразователя,вход установки цифровых значений 5 эталонов которого соединен через,переключатель с соответствующимивходами устройства, цифровой и счетный выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с блоком памяти, 1 О блоком формирования опорного сигнала с блоком разрешения записи, выход которого соединен с управляющимвходом блока памяти, выход блокапамяти соединен с входом параллель ной записи блока формирования опорного сигнала, аналоговый выход которого соединен с входом ввода опорнб- го сигнала аналого-цифрового преобразователя. В этом устройстве коррек,тирующее воздействие на .выходную ха.- рактеристику измерительного преобразователя осуществляют посредствомизменения коэффициента передачианалого-цифрового преобразователя(опорного сигнала) 23. В этом случае вычисление алгорит-ма, определяющего корректирующую функцию, сопряжено с необходимостью 30 предварительного воспроизведения.на входе измерительного преобразователя ряда эталонов измеряемой величины. Кроме того, для хранения корИзобретение относится к вычисли-тельной и преобразовательной технике и может быть использовано длявычисления и коррекции функций линеаризации выходных характеристик измерительных преобразователей.Известны способы и устройствааппроксимации с последующим воспроизведением функциональных зависимостей,в основу которых положена теорияприближения функций 13. Эти способыи устройства могут быть эффективноиспользованы для коррекции выходныххарактеристик измерительных преобра.зователей лишь в том случае, еслиимеется возможность воспроизведения .ряда эталонов измеряемой физическойвеличины на входе измерительногопреобразователя при вычислении его корректирующей функции, что значительно ограничивает возможность их применения, особенно при необходи-.мости многократных коррекций функций линеаризации выходных характеристик измерительных преобразователей в процессе их эксплуатации,Наиболее близким по техй 1 иеской сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее измерительный преобразователь, входкоторого через переключающий клапан соединен с входами ввода эталонов измеряемой величины, выход измериподсоединены к выходу переключателя,вход коммутатора.подключен к генератору импульсов, а его четыре выхода подсоединены соответственно ксчетному входу параллельно-последовательного сумматора блока формирова-ния опорного сигнала, счетному входуреверсивного счетчика аналого-цифрового преобразователя, счетному входуреверсивного счетчика блока управле"ния сменой кода опорного сигнала ик счетному входу первого суммирующего счетчика блока вычисления шагаквантования, выход регистра начального значения опорного сигнала соединен с установочным входом параллельно-последовательного сумматораблока формирования опорного сигнала.3 1 10063 ректирующей функции необходим значи= тельный объем памяти.Цель изобретения - упрошение устройства путем сокращения требуемого объема памяти, 5Поставленная цель достигается тем, что устройство для коррекции характеристик измерительных преобразователей, содержащее аналого-цифровой10 преобразователь, состоящий из последовательно соединенных элемента сравнения, реверсивного счетчика и цифро-аналогового преобразователя, вход которого является цифровым выхо 15 дом устройства, переключатель, входы которого являются входами ввода граничных числовых значений эталонов измеряемых величин устройства, а выход соединен с установочным входом реверсивного счетчика аналого-цифро 20 вого преобразователя, генератор импульсов,:блок формирования опорного сигнала, состоящий из последовательно включенных параллельно-последова 25 тельного сумматора и цифро-аналогового преобразователя, подключенного выходом к аналоговому информационному входу цифро-аналогового преобразователя аналого-цифрового преобразователя, и блок управления сменой кода опорного сигнала, состоящий иэ последовательно включенных реверсивного счетчика, дешифратора и элемента И, подсоединенного выходом ко вхоцу сброса реверсивного счетчика, 35 другой вход элемента сравнения аналого-цифрового преобразователя являет ся аналоговым информационным входом устройства, а его выход подключен ко входам реверса счета параллель но-последовательного сумматора блока формирования опорного сигнала . и реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала, содержит коммутатор, регистр началь ного значения опорного сигнала, делитель частоты, регистр абсолютного . значения приращения опорного сигнала, элемент НЕ и блок вычисления шага квантования, состоящий из пер вого регистра, первого элемента сравнения, подсоединенного двумя входами соответственно ко входу и выходу первого регистра, первого суммирующего счетчика, второго регистра, второго элемента сравнения, подсоединенного двумя входами соответственно к выходам первого суммирующего счет 0 .4чика и второго регистра, элемента И,два входа которого подключены соот- .ветственно к выходам первого и второго элементов сравнения, и второгосуммирующего счетчика, счетный входкоторого соединен с выходом элемента И, а выход подключен к управляющему входу дешифратора блока управления сменой кода опорного сигнала,вход разрешения параллельного суммирования параллельно-последовательного сумматора блока формированияопорного сигнала соединен с выходомэлемента НЕ, а его информационныйвход подключен к выходу регистраабсолютного значения приращения опорного сигнала, вход разрешения записикоторого соединен с входом элемен. -та НЕ и с выходом элемента И блокауправления сменой кода опорного сигнала, а вход записи - с выходом делителя частоты, вход делителя частоты подключен к выходу параллельнопоследовательного сумматора блокаформирования опорного сигнала, ковходу регистра начального значенияопорного сигнала и входу первогорегистра блока вычисления шага квантования, установочные входы первогосуммирующего счетчика и второго регистра которого подсоединены к выходу переключателя, вход коммутатораподключен к генератору импульсбв,а его четыре выхода подсоединенысоответственно к счетному входупараллельно-последовательного сумматора блока формирования опорногосигнала, счетному входу реверсивногосчетчика аналого-цифрового преобра"зователя, счетному входу реверсивного счетчика блока управления сменой кода опорного сигнала и к счетному входу первого суммирующего счетчика блока вычисления шага квантования, выход регистра начальногозначения опорного сигнала соединенс установочным входом параллельнопоследовательного сумматора блокаформирования опорного сигнала. На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство и относящиеся к нему блоки содержат входы 1 - 4 ввода эталонов Х ,;, Хизмеряемой3 Н фвеличины Х й числовых значений эталонов БзН 1, ВН 1 переключатель (переключакщий клапан) 5, переключатель 6измерительный преобразователь 7,приращение опорНОГО сигнала при 40переходе с (-гона (1+1)-й дискретный уровень;коэффициент деления текущегозначения опорно-.го сигнала;количество дискретных уровней(э(к 1-ММн)в= - -1 -- -=сопят Ь)х Ь )=сопзС значения постоянного шага кванто"вания по измеряемой величине; к,+1Оп) оп -1) К оп (и)"1) аналого-цифровой преобразователь 8,элемент сравнения 9, реверсивныйсчетчик 10, цифро-аналоговый преобразователь 11, коммутатор 12, генератор импульсов 13, блок 14 формирования опорного сигнала, параллельнопоследовательный сумматор 15, цифроаналоговый преобразователь 16,регистр 17 начального значения опорного сигнала, делитель частоты 18, )Орегистр 19 абсолютногО значения приращения опорного сигнала, блок 20вычисления шага квантования, первыйрегистр 21, первый элемент сравнения 22, первый суммирующий счет- )5чик 23, второй регистр 24, второйэлемент сравнения 25, элемент И 26,второй суммирующий счетчик 27,блок 28 управления сменой кода опор"ного сигнала, реверсивный счетчик 29, дешифратор 30, элемент И 31,элемент НЕ 32, выход устройства 33.На чертеже и в тексте имеютсяследующие обозначения:(2)Ь хВходами являются первыйи Второй Входы 1 и 2 вводаэталонов Х (, , Х , соответствую"щих граничным значений диапазонаизмерения и ввода измеряемой величины Х, третий и четвертый входы 3нн)и 4 ввода числовых значений И(з(к) эталонов Х , Хсоответственно. Первый и второй входы 1 и 2через переключающий клапан, а третийи четвертый входы 3 и 4 через пе-,реключатель 6 соединены соответственно с входом измерительногопреобразователя 7 и с входом установки граничных значений диапазонаизмерения аналого-цифрового преобразователя 8, аналоговый информационныйвход которого соединен с выходомизмерительного преобразователя 7.В аналого-цифровой преобразователь 8включены последовательно соединенныеаналоговый элемент сравнения 9, одинвход которого является аналоговыминформационным входом устройстваи соединен с выходом измерительногопреобразователя 7 , реверсивныйсчетчик 10 и цифро-аналоговый преобразователь 11, выход которого соединен с вторым входом аналоговогоэлемента сравнения 9. Счетный входаналого-цифрового преобразователя 8,счетный вход счетчика 10 соединенычерез коммутатор 12 с генераторомимпульсов 14, а вход ввода опорногосигнала с аналоговым выходом блока 14 формирования опорного сигнала,включающего в себя последовательнопараллельно-последовательный соединенные сумматор 15 и цифро-аналоговый преобразователь 16. Цифровойвыход блока 14 соединен через регистр 17 начального значения опорного сигнала Моп со своим входомустановки И , а также через делитель частоты 18 и регистр 19 абсол)отного значенияЬМ о приращения опорного сигнала соединен с вхо.дом параллельного суммирования. Кроме того, цифровой выход блока 14 (выход сумматора 15) соединен с входом ввода конечного и текущего значений Ыоп(К, Ю рп(опорного сигнала блока 20 вычисления шага квантования ЬМХ. В блок 20 включены: первый РегистР 21 конечного значениЯ И оп1100630 1 Очики 10 и 29 заполняются счетнымиимпульсами, причем, с каждой вновьпоступающей или считанной пачкойЬМ(;1 импульсов счетчик 29 обнуляется, в результате чего в соответствии с выражениями (1,2), изменяетсязначение опорного сигнала в диапа(о(н 1 оо 1 к 1 счетчика 29 до значения дик(Ф .К (В 1 Ьвновь формируется управляющйй сигнал на выходе элемента И 31, в результате чего в регистр 19 записывается новое значениеЮоп(11ЛМор(1-К, котоРое после исчезновения управляющего сигнала с выхода блока 28 и восстановления егд на выходе элемента НЕ 32 просуммируется в сумматоре 15 Иоо(2( поп(11+ +Алло(и т.д. Одновременно текущие значейия Мо(,(поступают на второй вход первого элемента сравнения 22, где их сравнивают с конечным значением Н,хранимым в регистре 21. Неодновремейное достижение в сумматоре 15 конечного значения Ни в счетчике 23 конечного значения Исвидетельствует о том, что первое выбранное значение"( =Их(11 не удовлетворяют условиям (1,2), в результате выходным сигналом суммирующего счетчика 27 в блоке 28 устанавливают новое значение дЯ(, а в сумматоре 15 и в счетчике 23 вновь устанавливают начальное значение И (н 1, И (н, п,сле чего аналогично формируют(к( о( (на соответствие значение ЬМ( и т.д.Наконец, при каком-то значении лИ(; одновременно в. сумматоре 15 й в счет чике 23 сформируются конечные значения И, Ив результате одновременного появления на выходах узлов сравнения 22 и 25 сигналов, на выходе элемента И 26 сформируется сигнал, прекращающий процесс управления перебором в суммирующем счетчике 27 значений 1 Вх ,т. е. коммутационные связи в дешифраторе 30 фиксируются. 1Далее в сумматоре 15 блока 14 формирования опорного сигнала . и счетчике 10 аналого-цифрового преобразователя 8 устанавливают начальные значения Ио(1" 4(н ответственно. С выхода 2 через переключающий клапан 5 на вход измерительного преобразователя 7 подают измеряемую физическую величину Х, Замыкают ключи 12 и 12, аналого-цифровой преобразователь переводится в режим следящего уравновешивания. При разбалансе сигналов на входах элемента сравнения 9 счет 1 О .Таким образом, в зависимости от,значения измеряемой величины Х ,автоматически устанавливается необходимый коэффициент аналого-цифрового преобразования, учитывающий нелинейность измерительного преобразователя. Предложенное устройство обеспечивает определение функции коррекциивыходной характеристики измерительного преобразователя по двум эталонам, что применительно, например,к газоаналитическим системам (этопозволяет в 3-4 раза сократить расход дорогостоящих поверочных газовых смесей); простоту вычисленияи последующего воспроизведения корректирующей функции: алгоритм формирования опорного сигнала, реали"зованный в устройстве, позволяетвыполнять линеаризацию выходныххарактеристик измерительных преобразователей И=КХ как с линейноизменяющимся коэффициентом передачи К, так и с коэффициентом передачи, изменяющимся по закону, близкому к экспоненциальному, что особенно существенно для подавляющегобольшинства датчиков анализа и состава вещества, в частности, для газоанализаторов. Предлагаемое устройство является простым, так как функции блока памяти выполняют дешифра-фтор 30, представляющий собой и ключей (по числу разрядов счетчи ка 29, па 2 "- 2"), и делитель 18с регистром 19. Для диапазона изменения опорного сигнала, например,1 о 11Л (,-Хоп(,=2 -2, диапазона измеряемой величины И=2 -2 , с учетом4 О 0 рекомендуемого значения дИоп(атн1-57 и выбрав одно из значенийКд=2; 2 ; 2 , получим соответст;венно шЫ 35; 210; 100; йИр 2; 5; 10;т.е., например, для К=2, ДЧ "10 55 достаточно ограничиться 4-разряднымдвоичным счетчиком 29, а выходы 2",2 ,2 , 2 сумматора 15, ми 1 о 5 Фнуя делитель частоты 18, соединить.11 1100630 . 12непосредственно с входами 2",2ло 100 градаций (аппроксимированных 2", 2 ф соответ твенно (сдвиг на 4 участков) значения опорного сигнаразряда). Это позволит получить око- ла. оставитель,А.Маслов Коцюбняк Корректор,М.Демчи,Волощук Техред Л,едакт аказ 4582/38ВН 113 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Ф Тираж 699 ИИПИ Государствен по делам изобПодписное ого комитета СССР етений и открытий ушская наб., д. 4/