Измерительный преобразователь с двумя каналами передачи

Изобретение относится к метрологии. Измерительный преобразователь содержит первый канал передачи, в котором обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал аналоговым способом и формируется в виде обработанного измерительного сигнала. Кроме того, измерительный преобразователь содержит второй канал передачи, в котором обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал и формируется в виде сигнала модуляции, при этом обработанный измерительный сигнал и сигнал модуляции формируются комбинированно в виде измерительного выходного сигнала. В качестве измерителя используется температурный датчик, а устройство также содержит модулятор, демодулятор, повторитель, оптрон, арифметическое устройство, средство обратной связи. При этом сигнал модуляции сигнал модуляции способствует формированию измерительного выходного сигнала менее чем на +/-10-5%. Технический результат - уменьшение времени отклика, обеспечение улучшенной линеаризации сигнала. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительному преобразователю, в частности к измерительному преобразователю с двумя каналами передачи.

Измерительные преобразователи находят применение в самых разных областях. Их назначение состоит в преобразовании входного сигнала датчика измерительных сигналов в требуемый выходной сигнал. Это необходимо всегда в том случае, когда произведенный измерительный сигнал не совместим с последующими стадиями обработки.

В принципе такие измерительные преобразователи выполняются чисто аналоговыми или чисто цифровыми.

В случае цифрового выполнения входной измерительный сигнал преобразуется аналого-цифровым преобразователем, в определенных условиях дополнительно обрабатывается микроконтроллером и затем подвергается цифроаналоговым преобразователем обратному преобразованию в аналоговый сигнал.

При этом обычно в результате дополнительной обработки проводится линеаризация, в результате которой нелинейности датчика измерительных сигналов, а также аналого-цифрового преобразования становятся по существу более незаметными в выходном сигнале. Такая линеаризация может базироваться как на общеизвестных физических свойствах, так и на замеренных параметрах датчика измерительных сигналов и/или цифрового измерительного преобразователя.

Недостатком упомянутых цифровых измерительных преобразователей является то, что они относительно инертно реагируют, вследствие чего время отклика на переход на входной стороне достигает верхнего диапазона, составляющего 100 мс.

При аналоговом выполнении время отклика на переход на входной стороне является, как правило, заметно меньшим, однако при аналоговом выполнении обеспечение линеаризации существенно осложнено и является значительно более затратоемким.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание измерительного преобразователя, в котором посредством изобретения устраняются один или несколько известных в уровне техники недостатков.

Для этого изобретением предлагается измерительный преобразователь, содержащий первый канал передачи, в которым аналоговым способом обрабатывается аналоговый входной измерительный сигнал и формируется в виде обработанного измерительного сигнала. Также измерительный преобразователь содержит второй канал передачи, в котором аналоговый измерительный входной сигнал обрабатывается и формируется в виде сигнала модуляции, при этом обработанный измерительный сигнал и сигнал модуляции формируются комбинированно в виде измерительного выходного сигнала.

Согласно варианту развития изобретения вторым каналом передачи аналоговый измерительный входной сигнал обрабатывается цифровым способом.

Согласно варианту выполнения изобретения первый канал передачи содержит модулятор и демодулятор.

Согласно другому варианту выполнения изобретения первый канал передачи содержит повторитель.

Согласно еще одному варианту выполнения изобретения второй канал передачи содержит аналого-цифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь.

Согласно варианту развития изобретения второй канал передачи содержит оптрон.

Согласно варианту выполнения изобретения второй канал передачи содержит арифметическое устройство.

Согласно дополнительному варианту выполнения изобретения сигнал модуляции способствует формированию измерительного выходного сигнала менее чем на половину, предпочтительно на +/- 10-5%.

Согласно другому варианту выполнения изобретения второй канал передачи имеет устройство обратной связи для измерительного выходного сигнала для сравнения измерительного входного сигнала с измерительным выходным сигналом.

Согласно еще одному варианту выполнения изобретения устройство обратной связи выполнено с возможностью отключения.

Согласно варианту развития изобретения аналоговый измерительный входной сигнал является измерительным входным сигналом температуры.

Согласно другому варианту выполнения изобретению измерительная система содержит температурный датчик и выполненный согласно изобретению измерительный преобразователь.

Ниже изобретение подробнее поясняется со ссылкой на фиг.1. При этом на фиг.1 схематически изображен измерительный преобразователь согласно изобретению.

На фиг.1 показан измерительный преобразователь согласно изобретению. Этот измерительный преобразователь содержит первый канал 100 передачи и второй канал 200 передачи.

В первом канале 100 передачи обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал 1 датчика измерительных сигналов аналоговым способом и формируется обработанный измерительный сигнал.

Во втором канале 200 передачи также обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал 1 и формируется в виде сигнала модуляции.

Как обработанный измерительный сигнал, так и сигнал модуляции формируются комбинированно в виде измерительного выходного сигнала 0.

В отличие от первого канала 100 передачи, в котором обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал 1 датчика измерительных сигналов аналоговым способом, во втором канале 200 передачи обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал 1 датчика измерительных сигналов цифровым способом.

В аналоговой ветви измерительного преобразователя, т.е. в первом канале передачи, для обработки сигналов может быть предусмотрено наличие модулятора 100 и демодулятора 200. Их назначение в первом канале 100 передачи состоит в преобразовании измерительного входного сигнала 1 датчика измерительных сигналов в необходимый выходной сигнал. При этом соответствующим выбором модулятора 100 и демодулятора 200 могут задаваться необходимые входные диапазоны измерительного входного сигнала 1 и необходимые диапазоны выходного сигнала.

Также первый канал 100 передачи может содержать повторитель ПО. С помощью повторителя ПО могут как преобразовываться условия и таким образом дополнительно задаваться необходимые входные диапазоны измерительного входного сигнала 1 и требуемые выходные диапазоны, так и обеспечиваться при соответствующем варианте выполнения гальваническая развязка между измерительным входным сигналом и последующими стадиями обработки.

Второй канал 200 передачи содержит аналого-цифровой преобразователь 210 и цифроаналоговый преобразователь 230. Их назначение внутри первого канала 200 передачи состоит в преобразовании измерительного входного сигнала 1 датчика измерительных сигналов в требуемый выходной сигнал. При этом благодаря соответствующему выбору или программированию аналого-цифрового преобразователя 210 и/или цифроаналогового преобразователя 230 может достигаться координация между требуемыми входными диапазонами измерительного входного сигнала 1 и требуемыми выходными диапазонами.

Кроме того, второй канал 200 передачи может содержать оптрон, благодаря которому обеспечивается гальваническая развязка между измерительным входным сигналом и последующими стадиями обработки.

Кроме того, как аналого-цифровой преобразователь 210, так и цифроаналоговый преобразователь 230 могут содержать арифметическое устройство. С помощью этого арифметического устройства может осуществляться, например, как диапазонное преобразование, так и линеаризация.

Выходной сигнал первого канала 100 передачи и обозначаемый как сигнал модификации выходной сигнал второго канала 200 передачи поступают в комбинационный блок 140.

При этом степень, с которой сигналы сливаются с образованием комбинированного измерительного выходного сигнала 0, может быть разной.

В результате выполнения первого канала 100 передачи в виде аналогового канала передачи и второго канала 200 передачи в виде цифрового канала передачи становится возможным использование преимущества, обеспечиваемого этими обоими видами обработки. В данном случае аналоговый канал передачи обеспечивает короткое время реплики, в то время как с помощью цифрового канала передачи могут осуществляться линеаризация и параметризация допусков на конструктивные элементы как датчика измерительных сигналов, так и измерительного преобразователя в целом.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения на второй канал передачи приходится незначительная доля, т.е. сигнал модификации способствует формированию измерительного выходного сигнала менее чем на половину, предпочтительно на +/-10-5%.

При необходимости измерительный преобразователь может содержать выходной каскад 300 для усиления полученного комбинационным блоком 140 комбинированного сигнала.

Согласно другому варианту выполнения изобретения второй канал 200 передачи может иметь устройство обратной связи 410 для фактического измерительного выходного сигнала 0 для сравнения измерительного входного сигнала 1 с фактическим измерительным выходным сигналом 0.

Если при сравнении установлено, что фактический выходной сигнал 0 не коррелируется в необходимой степени с измерительным входным сигналом 1, то с помощью коммутационного соединения 420 можно регулировать ступень переключения 400 в выходной ветви измерительного преобразователя, в результате чего выходной сигнал переводится в устойчивое состояние. Это состояние может задаваться, например, с помощью SIL.

Ступень переключения 400 может быть выполнена, например, в виде транзистора, при этом коммутационное соединение 420 управляет затвором или базой или им подобным.

Устройство обратной связи 410, а также линия 420 оперативного тока могут быть выполнены отключаемыми.

Факультативно может подключаться также выходной каскад 300 посредством устройства обратной связи.

При этом сравнение, при котором коррелируется фактический выходной сигнал 0 в необходимой степени с измерительным входным сигналом 1, может проводиться как аналоговым, так и цифровым способом.

Если сравнение проводится цифровым способом, то фактический выходной сигнал 0 до своей обработки подвергается аналого-цифровому преобразованию. Измерительный входной сигнал 1 образуется за аналого-цифровым преобразователем 210 в цифровом виде, вследствие чего сравнение может проводиться на пригодном для этого месте. Такое сравнение может выполняться, например, в арифметическом блоке 230 или же в арифметическом блоке 210.

Хотя отдельные компоненты описаны в виде отдельных блоков, однако среднему специалисту очевидно, что данное описание служит только для пояснения функции и ни в коем случае не является установкой на определенный вид технического осуществления. Таким образом, полностью возможно допустить, что аналого-цифровой преобразователь 210 и арифметический блок представляют собой функциональное единство. Также допустимо, что аналого-цифровой преобразователь 210 и цифроаналоговый преобразователь 230 представляют собой функциональное единство.

Также ступень переключения 400 и выходной каскад 300 могут создавать функциональное единство.

Как уже было указано, измерительные преобразователи могут применяться в самых разных областях. Однако особо предпочтительным является применение в том случае, когда аналоговый измерительный входной сигнал является измерительным входным сигналом температуры.

Поэтому дополнительно предусмотрено наличие измерительной системы с температурным датчиком, например датчиком PtlOO, и выполненного согласно изобретению измерительного преобразователя. В такой измерительной системе может осуществляться посредством параметризации однократная коррекция на испытательной станции, в результате чего вся система может быть использована для целей техники безопасности.

Перечень позиций

100	первый канал передачи
110	модулятор
120	повторитель
130	демодулятор
140	комбинационный блок
200	второй канал передачи
210	аналого-цифровой преобразователь
220	развязывающее устройство
230	цифроаналоговый преобразователь
300	выходной каскад
400	ступень переключения
410	устройство обратной связи
420	коммутационное соединение

1. Измерительный преобразователь, содержащий первый канал (100) передачи, в котором аналоговый измерительный входной сигнал (1) обрабатывается аналоговым способом и формируется в виде обработанного измерительного сигнала,
отличающийся тем, что измерительный преобразователь содержит также второй канал (200) передачи, в котором обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал (1) и формируется в виде сигнала модуляции, при этом обработанный измерительный сигнал и сигнал модуляции формируются комбинированно в виде измерительного выходного сигнала (0).

2. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что во втором канале (200) передачи обрабатывается аналоговый измерительный входной сигнал цифровым способом.

3. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первый канал (100) передачи содержит модулятор (130) и демодулятор (110).

4. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что первый канал (100) передачи содержит повторитель (120).

5. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что второй канал (200) передачи содержит аналого-цифровой преобразователь (210) и цифроаналоговый преобразователь (230).

6. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что второй канал (200) передачи содержит оптрон (220).

7. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что второй канал (200) передачи содержит арифметическое устройство (210, 230).

8. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что сигнал модуляции способствует формированию измерительного выходного сигнала менее чем на половину, предпочтительно на +/-10-5%.

9. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что второй канал (200) передачи содержит устройство обратной связи для измерительного выходного сигнала (0) для сравнения измерительного входного сигнала (1) с измерительным выходным сигналом (0).

10. Измерительный преобразователь по п.9, отличающийся тем, что устройство обратной связи выполнено с возможностью отключения.

11. Измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что аналоговый измерительный входной сигнал представляет собой измерительный входной сигнал температуры.

12. Измерительная система с температурным датчиком и измерительным преобразователем по любому из предыдущих пунктов.