Измерительный функциональный преобразователь

Союз СоветскикСоциалистическимРеспублик ИДЕ ТЕЛЬ К АВТОРС 1) Дополнительное к авт, свил-ву 58731/18(22)Заявлено 12.03.81 с прнсоелннением заявки)М 6 Г 7 арственый квинтСССРалаи нзабретемммн открытнм 3) Приоритет публиковано 23. 12, 82. Бюллетень Ю ДК 621. 317 (088.8) описания 23. 12.8 Дата опублнкова(72) Авторы изобретен ламай, В. Б а Ленина политехнический институт .нского комсомола овскии им) Заявитель ИЕРИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ л не пригодно д ячленов и суммоэтому имеетвозможности и,каточность восявляется расх возможносте воспроизведен Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для линеаризации характеристик первичных измерительных преобразователей с частотным выходом, например характеристик температурных датчиков, датциков давления, датчиков расхода жидкостей и газов и др.Известно устройство для воспроизведения многочлена, состоящее из прог-.1 О раммного счетчика и (и+1) последовательно соединенных интеграторовЦ .Устройство сложно и имеет узкие функциональные возможности.Наиболее близким к изобретениюм1 по техническои сущности является частотно-импульсный функциональный генератор, содержащий генератор эталонной частоты, реверсивный счетчик, суммирующйй счетчик, дешифратор, запоминающий блок, управляемыи делитепь частоты, элементы И первой и второй группы, сумматор-вычитатель иэлемент И21 скевич и 3, И. Стрилецкий Однако устроиство воспроизведения мног степенных функций и узкие функциональные следствие, пониженну произведения функций Целью изобретения ширение функциональн и повышение точности функций, Поставленная цель достигается тем, что в измерительный функциональный преобразователь, содержащий счетчик два блока элементов И с элементомвИЛИ на выходе, реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, выход которого подключен к информационному входу реверсивного счетчика, первая группа разрядных выходов которого подключена к первым входам первого блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к первой группе разрядных вы15 25 35 3 38370 ходов счетчика, вторая группа разрядных выходов которого подключена к первым входам второго блока элементов И с элементом, ИЛИ на выходе,вторые входы которого подключены квторой группе разрядных выходов реверсивного счетчика, введены шестьблоков умножения, блок суммированияи вычитания, блок управления и дополнительный реверсивный счетчик, инфор- о мационные входы которого соединеныс выходами блока суммирования и вычитания, выход дополнительного реверсивного счетчика подключен к первойвыходной шине преобразователя, а управляющие входы дополнительного реверсивного счетчика соединены с первой группой выходов блока управления вторая группа выходов которого под-ключена к управляющим входам первого, в второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков умножения,третья группа выходов блока управления соединена с управляющими входами реверсивного счетчика, четвертый выход подключен к управляющему входусчетчика, разрядные выходы которогосоединены с первой группой входов блока управления, вторая группа входов которого соединена с пусковой ши- ЗО ной преобразователя, пятая группывыходов блока управления подключенак управляющим входам блока суммирования и вычитания, входы которогосоединены соответственно с выходамитретьего, четвертого, пятого и шестого блоков умножения, причем входтретьего блока умножения подключен к первому входу сумматора-выцитателя и к выходу второго блока умножения, 4вход которого подключен к первомублоку элементов И с элементом ИЛИна выходе, вход четвертого блокаумножения подключен к выходу сумматора-вычитателя, второй вход которого соединен с входом пятого блокаумножения и с .выходом первого блока умножения, вход которого подключен к второму блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вход шестого бло 50 ка умножения соединен с входом счетчика и входной шиной преобразователя, информационный выход реверсивного счетчика подключен к второй выходной шине преобразователя.55На фиг,1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2-4- варианты выполнения сумматора-вычита 4 4теля, причем на фиг.2 - комбинированный блок сложения-вычитания; нафиг. 3 - блок сложения; на фиг.4 блок вычитания,Преобразователь содержит счетчик1, реверсивные счетчики 2, первый ивторой блоки 3 и 4 элементов И с элементом ИЛИ на выходе, сумматор-,вычитатель 5, первый, второй, третий,четвертый, пятый и шестой блоки 6-11умножения, блок 12 управления, блок13 суммирования и вычитания, дополнительный реверсивный счетчик 14, вход-ную шину 15, пусковую шину 16, первую и вторую выходные шины 17 и 18преобразователя, блок 19 вычитания,элемент 20 задержки, блок 21 суммирования, входной коммутатор 22 суммируемых импульсных последовательностей, входной коммутатор 23 вычитаемых импульсных последовательностей,первый. и второй блоки 24 и 25 элементов задержки, первый и второй элементы И 26 и 27 (фиг 5)Счетчик 1 и первый блок 3 элементов И с элементом ИЛИ на выходе образуют двоичный умножитель частоты.(Связи счетчика 1 с первым блоком3 образованы так: первый ( младший)разряд счетчика 1 соединен с импульсным входом первого элемента И первого блока 3, второй разряд счетчика 1 соединен с импульсным входомвторого элемента И первого блока 3и т.д., и-йстарший) разряд счетчика 1 соединен с импульсным входоми-го элемента И первого блока 3. Дво.ичный умножитель, образованный счетчиком 1 и первым блоком 3, управляется реверсивным счетчиком 2.Разрядные выходы реверсивногосчетчика 2 соединены с элементами Ипервого блока 3 следующим образом:и-й ( старший) разряд реверсивногосчетчика 2 соединен с входом первогоэлемента И первого блока 3, (и) -йразряд реверсивного счетчика 2 соединен с входом второго элемента Ипервого блока 3 и т,д первый разрядреверсивного счетчика 2 соединен свыходом и-го элемента И первого блока 3. Реверсивный сцетчик 2 и второйблок 4 (фиг.1) также образуют двоичный умножитель. Связи разрядных выходов реверсивного счетчика 2 с элементами И второго блока 4 организованы аналогично рассмотренному умножителю, Управление двоичным умножите5 98лем, образованным реверсивным счетчиком 2 и вторым блоком 4, осущест-.вляется счетчиком 1,В качестве блоков умножения могутиспользоваться упоминавшиеся вышедвоичные умножители частоты, Они обеспечивают умножение на коэффициент,меньший единицы. Коэффициент, больший единицы, получают при охватедвоичного умножителя обратной связью.Преобразователь работает следующимобразом.В начале, при поступлении сигналана пусковую шину 16, блоком 12 управления все блоки преобразователяустанавливаются в исходное состояние,устанавливаются режимы работы реверсивного счетчика 2 и дополнительногореверсивного счетчика 14, записываются начальные числа, соответственнои и е в эти счетчики, а в счетчик 1- "1", устанавливаются режимыработы сумматора-вычитателя 5, блока 13 суммирования и вычитания, первого, второго, третьего, четвертого,пятого и шестого блоков 6-11 умножения, а также устанавливаются коэфФициенты умножения К 1, К, К, К,1, 1(,К 6 этих блоков. На вход счетчикав виде импульсной последовательностипоступают приращения с 1 х входного числа х. При достижении числом х, которое формируется в счетчике 1, значений, соответствующих узлам аппрок- .симации, блоком 12 управления устанавливаются определенные значениякоэффициентов умножения первого, второго, третьего, четвертого, пятогои шестого блоков 6-11 умножения,режим работы блока 13 суммирования и,вычитания, а также режимы работы реверсивного счетчика 2, дополнительного реверсивного счетчика 40 На вход дополнительного реверсивного счетчика 14(фиг. 1) в виде импульсной последовательности с выхода блока 13 суммирования и вычита,ния поступают приращения дг числа г а=1( а+К,а 2 К,а,+К аЖ б 1 6 1 где дг , дг , дг,бг 4 -приращения,поступающие на входы четвертого, пятого, третьего и шестого блоков 9, 10,8 и 11 умножения, соответственно; 3704 6К ,К , К ,К - коэффициенты умноже"ния шестого, третьего, четвертого, пятого блоков 11, 8, 9,10 умножения соответ.-:ственно,Выражение (1) представляет собойалгебраическую сумму приращений числа г.10 В дополнительном реверсивном счетчике 14 формируется числоХ=3 КьЖ+КдХ+Кдх+К,д 2 д) Щ или, что то же самое15 2.=К ЯХ К О 1 а+ КИ 1 Къ д 2 (3) В дальнеишем, чтобы не загромождать выводов, значение каждого ин 20теграла, входящего в формулу (3) будем определять отдельно,Приращения Ох числа х, поступающие в виде импульсной последовательности на вход счетчика 1, после установки числа п в реверсивном счет 25чике 2, вызывают на выходе первого.блока 3 появление приращений ду,ЭО где г - текущее значение числа вреверсивном счетчике 2;в - коэффициент пересчета счетчика 1 и реверсивного счетчика 2.Приращения Оу, поступают на входвторого блока 7 умножения, на выходекоторого появляется импульсная последовательностьС 3=К 1 СЗЗ, (Р де К - коэффициент умножения второго блока 7.Импульсная последовательность свыхода второго блока 7 умножения по . ступает на вход сумматора-вычитателя 5 и с его выхода на вход реверсивного счетчика 2, что вызывает появление импульсной последовательности на выходе второго блока 4, кото рая описывается уравнением Дт 167 л ( ) где х - текущее значение числа всчетчике 1;дг - приращения числа г, поступающие в виде импульснойпоследовательности на вход,реверсивного счетчика 2,7 983704Приращения д поступают на вход первого блока 6 умножения, Импульсная последовательность на его выходе описывается уравнениемдХ=1 (д 1 (1)( И, следовательно, первое слагаемое в Формуле (3) имеет вид10, г.,к г ткии,х к)9) 67.4.=Кэ,сЗХ, (8)15 где К - коэффициент умножения шесЪтого блока 11.Рассмотрим работу преобразователя в случае выполнения комбинирован 20 ной схемы сумматора-вычитателя 5 (фиг.3), Запишем уравнение, описывающее работу блока 21,й 18Вх, и)25 где бк - приращения на выходе бло-Яка 19, работа которого описывается уравнением й =сх-ахи Ро),30Из уравнений (9) и (10)а =а г.2,(1 "1 )Учитывая выражения (4),(5),(6),(-КОткудаК,аХ, (13)К( ХЧисло г в счетчике 2 изменяется от величины и до установившегося значения г в соответствии с выражением+ " .54, (,(4) 45иоЗдесь знак "+" . при работе реверсивного счетчика 2 в режиме сло.жения,. кг-" - в режиме вычитания.,Дифференцируя это уравнение и разделяя переменные, получаемдЬ Ка аХ (15)Интегрируя уравнение (1) с уче том пределов изменения переменных;)г кк х х (16)г 1 - к 1 х. 40 где Ки - коэффициент умножения первого блока б.Приращения дх входной импульсной последовательности х поступают так.же на шестой блок 11 умножения, на выходе которого образуется импульсная последовательность получаем а Ь 2.1 =+ - РИХ 1 г ио " ьОпределим теперь значение второго слагаемого; Учитывая, что приращения дг, поступающие с выхода первого блока 6, умножаются пятым блоком 10 на коэффициент К, а также учитывая (6) и (7), имеемЖ = Кд, = КК . (1)ХсЗХС учетом (13) и (18) получимККККИ ККХ)Х 1+И дгг= , х 1 ,) Откуда проинтегрировав это выражение, получаемКд.кй Ктк)о 1 Кд (1 К 14 4 (2)1(+-Кя.ф )Определяем значение третьего слагаемого, входящего в Формулу(3) Так как, согласно (11) д==дг ,тоКФ 4 К )И о + К 2 К ( + ((+ К 2+К) Уи (,ь)В соответствии с (В), определяет значение четвертого слагаемого, входящего в Формулу(3)х (24)оРешение этого уравнения даетг - К х, (25) Подставив в формулу ( 3 ) значения(19),(22),(23) и 25 , получим значение числа, зафиксированного в дополнительном реверсивном счетчике 14,КХХИК 1 ИО ККЙК 1,Если в счетчике 14, записать начальное число е и обозначитьКККИК 1 ИИк,и,:с;, =а (гу)983704 формула изобретения 9мет вид (для произвольного участкаприближения) 12.=аР"+ЬЯ"+Стоа Х 1-Е .РЗ)5Следовательно, устройство, наряду с воспроизведением функции вида+Ь. (29)1=0)( - 1 способно воспроизводить алгебраические суммы степенных функций ( 28 ,причем показатели степеней могут при"нимать как целочисленные, так и дробные значения, что в известном устройстве не предусмотрено.15В общем случае закон изменения числа в дополнительном реверсивном счетчике 14 описывается уравнениемИ.Х Е+а,Х+С- Х+Ь.Р+"+а,.Х 1 . Ювыражение в скобках представляетсобой алгебраическую сумму слагаемых.С помощью блока 12 управления накаждом участке аппроксимации можно д 5.задавать требуемые значения коэффициентов а, Ь, с, д, е и показателястепени.Кроме рассмотренного вариантасумматор-вычитатель 5 может выпол-.няться в виде блока сложения (фиг 3)или вычитания (фиг.4) импульсныхпоследовательностей. В первом случаеуправление двоичным умножителем, образованным реверсивным счетчиком 2 иЗ 5вторым блоком 4, осуществляется обратным кодом числа х. Во втором случае преобразование начинается по команде блока 12 управления после пер-.вого переполнения счетчика 1.Из теории приближения известно,что непрерывная на промежутке 1 а,Ъфункция т(х) может быть приближенамногочленомЖ,С 1(31) фкак угодно точно.Следовательно, многочленами (28)и(30) заданные нелинейные функциональные зависимости можно приближать(29), а значит устройство действительно обеспечивает повышение точности воспроизведения функций,Таким образом, включение в состав55устройства указанных выше узлов и изменение связей позволили существеннорасширить функциональные возможностии повысить точность преобразователя 10Технико-экономический эффект от внедрения изобретения будет получен за счет того, что предложенное уст-ройство заменяет несколько известных, позволяя линеаризировать широкий класс характеристик первичных. измерительных преобразователей, а также за счет повышения точности приближения характеристик и улучшения качества измерения и контроля параметров производственных процессов. Перспективным является .применение преобразователя для. работы совместно с ЭВИ и микропроцессорами . в качестве устройства предварительной обработки поступающей измерительной информации. Это позволит более экономично использовать возможности ЭВИ и микропроцессоров. Измерительный функциональный преобразователь,. содержащий счетчик, два блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе,.-реверсивный счетчик, сумматор-вычитатель, выход которого подключен к информационному входу реверсивного счетчика, первая группа разрядных выходов которого подключена к первым входам первого блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к первой группе разрядных выходов счетчика, втораягруппа разрядных выходов которого подключена к первым входам второго блока элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вторые входы которого подключены к второй группе разрядных выходов реверсивного счетчика, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности, в него введены шесть блоков умножения, блок суммирования и вычитания, блок управления и дополнительный реверсивный счетчик, информационные входы которого соединены с выходами блока суммирования и вычитания, выход дополнительного реверсивного счетчика подключен к первой выходной шине преобразователя, а управляющие входы дополнительного реверсивного счетчика соединены с первой группой выходов . блока управления, вторая группа выходов которого подключена к управляющим входам первого, второго,1. Данчеев В. П. Цйфро-частотныевычислительные устройства. М., "Энергв гия", 1976, с. 42-43.2. Авторское свидетельство СССРй 674008, кл, 6 06 Г 1/02, 1979. 11 9837 третьего, четвертого, пятого и шестого блоков умножения, третья группа выходов блока управления соединена с управляющими входами реверсивного счетчика, четвертый выход подключен.к управляющему входу счетчика, разрядные выходы которого соединены с Первой группой входов блока управления, вторая группа входов которого соединена с пусковой шиной 1 О .преобразователя, пятая группа выходов блока управления подключена к управляющим входам блока суммирования и вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами 13 третьего, четвертого, пятого и шестого блоков умножения, причем вход третьего блока умножения подключен к первому входу сумматора-вычитателя и к выходу второго блока умножения, вход которого подключен к первому блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вход четверто 0412го блока умножения подключен к вы ходу сумматора-вычитателя, второй вход которого соединен с входом пятого блока умножения и с выходом первого блока умножения, вход которого подключен к второму блоку элементов И с элементом ИЛИ на выходе, вход шестого блока умножения соединен с входом счетчика и входной шиной преобразователя, информационный выход реверсивного счетчика подключен к второй выходной шине преобразователя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеедакт 9924/58 . Тираж 7ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и113035,Москва, И, Рау За писно 31 Под омитета СССР открытий шская наб., д. Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4