Устройство для измерения параметров частотных датчиков

(51)5 6 01 В 23/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1434260, кл. б 01 Е 1/00, 1986,Авторское свидетельство СССРЬЬ 1241770, кл. 0 01 В 23/00, 1985,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИРАМЕТРОВ ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКО(51) Изобретение может быть исполь ПАва О ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВ для измерения параметров частотных датчиков и в системах автоматического регулирования параметров, Устройство для измерения параметров частотных датчиков содержит первый и второй счетчики 15, 16 импульсов и генератор 14 тактовых импульсов. Введение частотных датчиков 1, преобразователей 2 частота-код, блока 3 деления кодов, блоков 4, 5. 6 умножения, сумматора 7 чисел, блоков 8, 9, 10, 11 памяти коммутаторов 12, 13, триггера 11, переключателя 18 и регистров 19 и позволяет расширить функциональные возможности и точность устройства. 1 з,п. ф-лы, 3 ил,5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к информационно-измерительным системам и можетбыть использовано для измерения давления, объемного расхода жидкостей и газов,угловой скорости, а также других параметров, преобразуемых первичными пре. образователями в частотно-импульснуюформу.Цель изобретения - повышение точности устройства и расширение его функциональныхх возможностей.На фиг. 1 приведена функциональнаяэлектрическая схема устройства; на фиг. 2 -схема преобразователя частота-код; на фиг.3 - диаграммы следования измерительныхи эталонных импульсов, поясняющие принцип его действия.Устройство содержит частотные датчики 1-11-п, преобразователи 2-12-п частота-код, блок 3 деления кодов, первыйтретий блоки 4-6 умножения чисел, сумматор 7 чисел, первый-четвертый блоки 8-11памяти, первый и второй коммутаторы 12 и13, генератор 14 тактовых импульсов, первый и второй счетчики 15 и 16 импульсов,триггер 17, переключатель 18 и регистры19-119-п,Выходы частотных датчиков 1-11-п соединены с первыми входами соответствующих преобразователей 2-1,2-п частота-код,первые информационные выходы которыхобъединены на первых входах блока 3 деления кодов, а их вторые информационныевыходы - на вторых входах этого блока 3деления кодов соответственно, выходы которого через первый блок 4 умножения чисел подключены к первым и вторыминформационным входам второго и к первым информационным входам третьего блоков 5 и 6 умножения чисел, выходы которыхсоединены с первыми и вторыми информационными входами сумматора 7 чисел соответственно, выходная шина которогосоединена с входными шинами регистров19-1.19-п, входы записи которых соединены с соответствующими выходами разрядоввторого коммутатора 13, входная шина которого соединена с выходной шиной второго счетчика 16, входными шинамипервого-четвертого блоков 8-11 памяти ивходной шиной первого коммутатора 12, управляющий вход которого соединен со входом управления блока 3 деления и выходомпереключателя 18, а 1-и-выходы - со вторыми входами соответствующих преобразователей 2-12-п частота-код, синхронизирующив выходы которых соединены со вторым входом триггера 17, выход которогосоединен с управляющим входом переключателя 18, выход генератора 14 тактовых импульсов соединен с суммирующим входом первого счетчика 15 импульсов, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами переключателя 18, второй-четвертый - с управляющими входами соответственно первого-третьего блоков 4-6 умножения, а пятый - со входом управления сумматора 7, первый вход которого соединен с выходной шиной четвертого блока 11 памяти, выход второго блока памяти соединен со вторым входом первого блока 4 умножения, выход переполнения первого счетчика 15 соединен с первым входом триггера 17, входом обнуления первого счетчика 15 и суммирующим входом второго счетчика 16, выход переполнения которого соединен со входом обнуления.Каждый из преобразователей 2-1-2-и содержит формирователь 20 импульсов, счетчик 21 импульсов измеряемой частоты, основной и дополнительный счетчики 22 и 23 импульсов эталонной частоты, элементы И 24 и 25, триггеры 26 и 27, генератор 28 эталонной частоты, переключатель 29, элементы 30 и 31 задержки, регистры 32 и 33, блок 34 элементов совпадения, блоки 35 и 36 памяти и коммутатор 37.Вход преобразователя через формирователь 20 импульсов соединен с суммирующим входом счетчика 21 импульсов измеряемой частоты и первым входом элемента И 24, второй вход которого соединен с выходом триггера 27, а выход - с первым входом первого триггера 26 и через первый элемент задержки 30 - с входами записи регистров 32 и ЗЗ с первым входом второго элемента И 25 и входом второго элемента 31 задержки, выход которого соединен со входом обнуления счетчика 21 импульсов измеряемой частоты, с входом начальной установки счетчика 22 импульсов эталонной частоты и первым входом второго триггера 27, выходы генератора 28 эталонной частоты через соединенные последовательно коммутатор 37 и переключатель 29 соединен с суммирующим входом счетчика 22 импульсов эталонной частоты и с вычитающим входом дополнительного счетчика 23 импульсов, выход заема которого соединен со входом начальной установки этого счетчика 23 и со вторым входом первого триггера 26, выходом соединенным с управляющим входом переключателя 29, информационные выходы счетчика 21 импульсов измеряемой частоты через первый регистр 32 соединены с первыми информационными выходами преобразователя, информационные выходы счетчика 22 импульсов эталонной частоты соединены с первыми входами блока 34 элементов совпадения и через второй ре 1705757гистр 33 - со вторыми информационными выходами преобразователя, выходы первого блока 35 памяти соединены с информационными входами счетчика 22 импульсов эталонной частоты и дополнительного счетчика 23 импульсов, выходы второго блока 36 памяти соединены со вторыми входами блока 34 элементов совпадения, выход которого соединен со вторым входом второго триггера 27, а выход управления чтением преобразователя соединен с входами чтения регистров 32 и 33 и вторым входом второго элемента И 25, выход которого является синхронизирующим выходом преобразователя.Датчик 1-1 предназначен, например, для измерения давления Р. Его характеристика, записываемая в общем случае полиномом 2-ой степени:Р Агх + А 11 х + Ао, (1)где Р - текущие значения измеряемого параметра;Аг, А 1, Ао - КОЭффвцИЕНтЫ ПОЛИНОМа, аппроксимирущие характеристику частот- НОГО датчика.Второй канал предназначен, например, для измерения объемного расхода жидкости.С) = В 21 х + ВА + Во, (2)ггде О - текущие значения объемного расхода;- частота измерительного сигнала, формируемая на выходе ТПР 1-2 (измеряется в пределах от 30 до 500 Гц);В 2, В 1, Во- коэффициенты, аппроксимирующие проливочную характеристику датчика 1-2.Последний измерительный канал предназначен, например, для контроля величины оборотов электропривода и снабжен импульсным датчиком 1-п скорости с числом вставок, равным Е,При использовании устройства в системах отображения информации выходы регистров 19-119-п подключаются к входам блока индикации, а в других вариантах его применения, например, в системах автоматического регулирования - к входам соответствующих элементов обработки измерительной информации.Устройство работает следующим образом.Предварительно осуществляют настройку его схемных элементов на режим работы, обеспечивающий наименьшую погрешность преобразования измерительныхсигналов в код, исходя из выбранной емкости счетчиков 21, 22 и ожидаемого диапазона формируемых частот Ях(1.п), Для этого устанавливают длительности гх(1 п) изме рительных циклов для каждого из измерительных каналов,За время гх счетчики 22 преобразователей 2-1,2-п должны быть максимально заполнены импульсами эталонной частотыА, 10 т.е. Юэ(1 п) хх(1 п) (2 ч 1 - 1) (3) Тх(1.о) 1 э(1,П) (2 - 1), (4) где Ог - 8 - число разрядов счетчика 21 25 импульсов;Ц 1 п) - максимальное значение измеряемой частоты.Из соотношения (4) получают 30 2 дТх(1 л)( ) 1 (5)откуда40 2 ч 1 - 11 э(1 о)г тх(1 п), (7)2 чг - 1 Для 1-го измерительного канала 1 х 1 мвко - 8 кГц и расчетное значение эталонной частоты, полученное из соотношения (7), будет равно 2,048 мГц. Из ряда фиксированных частот, формируемых генератором 28, выбирают 1 э 1 -2,0 мГц и устанавливают коммутатор 37 преобразователя 2-1 в положении "7".Расчетная длительность Ь 1 цикла измерений для 1-го канала согласно уравнению (3) равна 2 - 1%с 1=0,032 с 2 10 где с 1 - 16 - число разрядов счетчика 22 15 импульсов.С другой стороны за этот же временнойинтервал тх в счетчик 21 должно быть считано не более ( 2 чг - 1 ) импульсов входно го сигнала Ь(1 п), т,е.40 45 50 За этот интервал времени генератор 28 фоРмиРУет йц 1 импУльсов эталонной частоты б 1 йц 1 2 10 0,032 = 64000 имп. Кодовое значение числа йц 1 записывают в блок 36 памяти преобразователя 2-1.Для 2-го измерительного канала Юх 2 мэкс - 500 Гц и расчетное значение эталонной частоты равно 128 кГц. Выбирают 1 э 2 " 125 кГц и устанавливают коммутатор 37 преобразователя 2-2 в положение "3".Расчетная длительность тх 2 измерительного цикла для этого канала ха0,524 с 16 125 10Принимают та равным 0,4 с, Тогда йц 2125 10 0,4 - 50000 имп,Кодовое значение числа Мц 2 записывают в блок 36 памяти преобразователя 2-2,Настройка преобразователя 2-п при числе вставок Е импульсного датчика 1-и скорости, равном, например, шести 1 хомэхс - 600 Гц(, аналогична преобразователю 2-2, т.е. авэо " 125 кГц; тхо = 0,4 с; йцо = 50 тыс. импульсов,В блоки 35 памяти преобразователей 2-12-п записывают коды йн(1 и), считывание которых импульсами эталонной частоты 1 э(1 .и) производится за время, несколько большее суммарного времени настройки элементов 30 и 31 задержки и переключения счетчиков 22 в начальное состояние.В блок 8 памяти считывают значения ВнбраННЫХ ЧаСтст 1 э 1, э 2, АЗ И т.дВКЛЮЧая Фэо, а в блоки 9, 10 и 11 - последовательности коэффициентов А 2, В 2 С 2, А 1, В 1.С 1 и Ао, ВоСо рабочих характеристик датчиков 1-1, 1-2 .1-п, причем для и-го измерительного канала коэффициенты С 2 и Со равны нулю, а коэффициент С 1 определяют по формуле С 1 = - об/мин, (8) 60 В исходном состоянии счетчик 15 импульсов и триггер 17 обнулены, переключатель 18 установлен в положение, в котором его выход соединен с первым выходом счетчика 15, на выходах счетчика 16 сформирован первый адресный код, по которому коммутаторы 12 и 13 переводятся в первое положение, а на выходы блоков 8-11 памяти . считываются значения эталонной частоты тэ 1 и соответственно коэффициентов А 2, А 1, Ао градуировочной характеристики датчика 5 10 15 20 25 30 35 1-1. В преобразователях 2-12-п элементы И 24 и 25 закрыты; выходы триггеров 26 и 27 обнулены, выходы коммутаторов 37 соединены с суммирующими входами счетчиков 22, Регистры 32 и 33 содержат произвольную информацию,Преобразователи 2-12-п работают асинхронно по отношению друг к другу и другим элементам схемы, Например, в произвольный момент времени т 1(фиг. 3) счетчик 21 преобразователя 2-1 заполняется ИМПУЛЬСаМИ ВХОДНОГО СИГНаЛа Ьх 1, а СЧЕТЧИК 22 - импУльсами эталонной частоты 1 э 1. ПРи считывании в последний импУльса Йц 1 на выходе блока 34 элементов совпадения формируется электрический сигнал, соответствующий логической единице, который устанавливает триггер 27 в единичное состояние и открывает элемент И 24 (момент времени 12). Вследствие этого очередной импульсный сигнал, возбуждаемый на выходе формирователя 1 в момент времени тз, не только увеличивает на 1 содержимое счетчика 21, но и, проходя через открытый элемент И 24, изменяет состояние подключенных к его выходу триггера 26, переключателя 29, счетчиков 22 и 23 и т,д., а именно; триггер 26 устанавливается в единичное состояние и посредством переключателя 29 подсоединяет выход генератора 28 к вычитающему входу дополнительного счетчика 23; последний начинает работать в режиме вычитания, а счетчик 22 останавливается; через интервал времени, равный уставке элемента 30 задержки и достаточный для прохождения переходного процесса в счетчике 21, связанного с записью в него последнего изме- РИтЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСа, ЕГО СОДЕРЖИМОЕ Вх 1, а также содержимое счетчика 22, переписываются в регистры 32 и 33; по истечении интервала времени, соответствующего настройке другого элемента задержки и достаточного для устойчивого переключения укаэанных регистров, на его выходе формируется импульсный сигнал, по которому производится обнуление счетчика 21 и запись в основной счетчик 22 кода йн 1 начальной уставки, хранящегося в памяти блока 35; при считывании содержимого счетчика 23 до нуля на его выходе возбуждается сигнал переноса в виде логической единицы, который адресуется на вход триггера 26 и на свой Я-вход; по этой команде триггер 26 обнуляется, возвращая в исходное состояние переключатель 29, а в счетчик 23 переписывается код начальной уставки Йн 1,Далее вновь задействуется в работу счетчик 22, причем накопление им импульсов эталонной частоты Ь 1 производится нес нуля, а с учетом начальной уставки Мн и измерительный цикл повторяется,Преобразователи 2-22-п работают аналогичным образом, Каждый из них организует последовательность измерительных циклов длительность тх(2 п), которая колеблется в пределах от тх(2,п) доГх(2 п) + Тхр,), накапливает в каждом цикле поступающие импульсы входного сигнала дахр,), а получаемые при этом результаты считывает в регистр 32 в виде двоичных кодов дахро). Одновременно в другой регистр 33 записывается число Мх(2) импульсов эталонной частоты 1 зр.о). выделенное генератором 28 эа время тхр).Обработка измерительной информации, формируемой преобразователями 2- 12-п, производится по командам счетчика 15, работающего в циклическом режиме. При считывании в него первого импульса тактовой частотына его 1-ом выходе возбуждается электрический сигнал, соответствующий логический единице, который через переключатель 18 адресуется на управляющий вход блока 3, а через коммутатор 12 - на вход управления чтением преобразователя 2-1. По этой команде содержимое регистров 32, 33 считывается в блок 3, который делит код пь 1 на число йд накопленных импульсов эталонной частоты 1 Э 5 10 Пь - Агах,15 Ы +Ад+ г 20 П пх 1(9) Если момент вывода информации иэ преобразователя 2-1 совпадает с окончанием измерительного цикла и записью в регистры 32 и 33 новых значений тх 1, Йх 1, то открывается элемент И 25 и на синхронизирующем выходе преобразователя 2-1 появляется импульсный сигнал, который переводит триггер 17 в единичное состояние, подсоединяя выход переключателя 18 к второму выходу счетчика 15.Возбуждаемый на нем импульс напряжения вновь адресуется на вход управления чтением преобразователя 2-1 и управляющий вход блока 3 для дублирования операции деления кодов гпх 1 и Йх 1.По команде, формируемой на 3-ем выходе счетчика 15, блок 4 умножает число Пз (9) на частоту 1 э 1, значение которой считывается с выхода блока 8 памяти. Произведение ПЛ 1 эквивалентно искомой частоте входного сигнала ш = 1 хп -об/мин602 50 55 тх 1 - Пз э 1 -пх 1 з 1(4 х 1 25 30 35 40 45 Следующие три команды поступают на управляющие входы блоков 5 - 7, которые преобразуют полученное значение частоты х 1 в физическую размерность параметра, используя градуировочную характеристику (1) датчика 1-1: блок 5 возводит 1 х 1 в квадрат и полученный результат умножает на коэффициент Аг, значение которого считывается с выхода блока 9; другой блок 6 умножения вычисляет произведение А 11 х 1; блок 7 суммирует поступившие на его входы данные, определяя окончательный результат, который переписывается затем в регистр 19-1; По заполнению счетчика 15 на его последнем выходе возбуждается импульсный сигнал, который переводит в следующее положение счетчик 16, а соответственно и коммутаторы 12 и 13 с блоками 8-11 памяти, подготавливая схему устройства к обработке ичформации, накопленной преобразователем 2-2. Одновременно триггер 17 с переключателем 18 возвращаются в исходное состояние, если они были задействованы в работу, и производится обнуление самого счетчика 15.Вторая серия команд, выдаваемых счетчиком 15, адресуется на управляющие входы блоков 3 - 7 в той же последовательности, что и первая, при этом блоки 3 и 4 вычисляют частоту 5,а, остальные схемные элементы преобразуют ее в объемный расход 0 согласно уравнению (2). Полученное значение расхода считывается в регистр 19-2,Обработка измерительной информации, формируемой третьим и последующими преобразователями частота-код, производится по аналогичному алгоритму, причем в и-ном канале значения коэффициентов Сг и Съ, считаемых с выходов блоков 9 и 11, равны нулю и конечный результат определяется соотношением По заполнению счетчиком 16 импульсов производится его обнуление и цикл обработки измерительной информации повторяется.Формула изобретения 1. Устройство для измерения параметров частотных датчиков, содержащее первый и второй счетчики импульсов, а также5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 генератор тактовых импульсов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства и расширения его функциональных воэможностей, в него введены частотные датчики преобразователи частота-код по числу частотных датчиков, блок . деления кодов, первый-третий блоки умножения чисел, сумматор чисел, первый и второй коммутаторы, триггер, регистры по числу измеряемых параметров и переключатель, выходы частотных датчиков соединены с входами соответствующих преобразователей, при этом первые информационные выходы всех преобразователей частота-код объединены на первых входах блока деления кодов. а их вторые информационные выходы - на вторых входах этого блока соответственно, выходы которого через первый блок умножения чисел подключены к первым и вторым информационным входам второго и к первым информационным входам третьего блоков умножения чисел, выходы которых соединены с первыми и вторыми информационными входами сумматора чисел соответственно, выходы блоков памяти соединены с вторыми информационными входами первого и третьего блоков умножения чисел, с третьими информационными входами второго блока умножения чисел и с третьими информационными входами сумматора чисел соответственно, выход генератора тактовых импульсов связан с суммирующим входом первого счетчика импульсов. первый и второй выходы которого через переключатель соединены с информационнымвходом первого коммутатора и с управляющим входом блока деления кодов, последующие четыре выхода этого счетчика подключены соответственно к управляющим входам блоков умножения чисел и к входу управления сумматора чисел, его седьмой выход через второй коммутатор соединен с входами записи регистров, а выход переполнения - с своим входом обнуления, с первым входом триггера и с суммирующим входом второго счетчика импульсов, выходы первого коммутатора подключены к входам управления чтением преобразователей частота-код, синхронизирующие выходы которых объединены на втором входе триггера, выходом подключенного к управляющему входу переключателя, выходы сумматора чисел соединены с информационными входами регистров, выходы второго счетчика импульсов соединены с адресными входами коммутаторов и блоков памяти, выход переполнения этого счетчика подключен к своему входу обнуления, а выходы регистров являются выходами устройства.2, Устройство по п,1, отл и ч а ю ще ес я тем, что каждый из преобразователей частота-код содержит формирователь импульсов, вход которого является входом преобразователя, генератор эталонной частоты, переключатель, счетчики импульсов измеряемой и эталонной частот, дополнительный счетчик импульсов, два элемента И, два триггера, два регистра, блок элементов совпадения, два блока памяти, два элемента задержки и коммутатор, при этом выход формирователя импульсов соединен с суммирующим входом счетчика импульсов измеряемой частоты и первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, выход этого элемента И соединен с первым входом первого триггера и через первый элемент задержки - с входами записи регистров, с первым входом второго элемента И и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к входу обнуления счетчика импульсов измеряемой частоты, к входу начальной установки счетчика импульсов эталонной частоты и к первому входу второго триггера, выходы генератора эталонной частоты через соединенные последовательно коммутатор и переключатель связаны с суммирующим входом счетчика импульсов эталонной частоты и с вычитающим входом дополнительного счетчика импульсов, выход заема которого соединен со своим входом начальной установки и с вторым входом первого триггера, выходом подключенного к управляющему входу переключателя, информационные выходы счетчика импульсов измеряемой частоты через первый регистр соединены с первыми информационными выходами преобразователя, информационные выходы счетчика импульсов эталонной частоты соединены с первыми входами блока элементов совпадения и через второй регистр - с вторыми информационными выходами преобразователя, выходы первого блока памяти подключены к информационным входам счетчика импульсов эталонной частоты и дополнительного счетчика импульсов, выходы втЬ- рого блока памяти соединены с вторыми входами блока элементов совпадения, выходом подключенного к второму входу второго триггера, а выход управления чтением преобразователя соединен с входами чтения регистров и с вторым входом второго элемента И, выход которого является синхронизирующим выходом преобразователя.17057573 У,иг. 36Составитель Е.СоловьевРедактор Н.Горват Техред М,Моргентал Корректор Н,Ревская Заказ 191 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 45Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101