Частотный измерительный преобразователь

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»>972263 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.01.81 (21) 3241144/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл. з

G 01 К 7/32

Гоеуддрстееииый комитет

СССР (53) УДК 536.532 (088.8) Опубликовано 07.11.82. Бюллетень №41

Дата опубликования описания 7.11.82 ле делам изобретеиий и открытий

В. Я. Баржин, Ф. Ф. Ко (72) Авторы изобретения

Харьковский ордена им. Н (71) Заявитель (54) ЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЪНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1О

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических параметров и может быть использовано при построении быстродействующих телеметрических систем, предназначенных для высокоточного контроля в одной точке исследуемого объекта параметров давления и температуры.

Известен пьезоэлектрический преобразователь, содержащий два пьезорезонатора, укрепленных на торцовом упругом элементе и подключенных к двум автогенераторам, два преобразователя частота — код, вычислительный блок и запоминаюшее устройство, причем выходы автогенераторов подключены к вычислительному блоку, соединенному с запоминаюшим устройством (1).

Известное устройство позволяет проводить одновременные измерения параметров давления и температуры в одной точке, однако имеет недостаточчую точность измерения.

Известен также измерительный частотный преобразователь, содержаший двухпараметровый частотный датчик, выходы которого соединены с входами первого и второго автогенераторов, два реверсивных счетчика, источник эталонной частоты, первый и второй смесители, блок разделения сигналов и формирователь временных интервалов, причем выходы первого и второго автогенераторов через соответствующие смесители подключены к блоку разделения сигналов, выходы источника эталонной частоты соединены с входами первого и второго смесителей, блока разделения сигналов и формирователя временных интервалов, выходы которого подключены к упра вляющим входам блока разделения сигналов, а его выходы соединены с соответствующими информационными и управляющими входами первого и второго реверсивных счетчиков (2).

Известный преобразователь позволяет определять медленно меняющиеся параметры давления и температуры, однако при измерении быстрых температурных изменений точность измерения крайне мала, что объясняется высокой температурной постоянной времени кварцевых резонаторов, используе2о мых в качестве чувствительных элементов.

Температурная инерционность кварцевых резонаторов — физическое свойство материала кварца, поэтому в достаточной мере не может быть уменьшена непосредственно.

972263

4 с

1 +a!! p+a 12Т"

2 20 21 22 (-К21, — (,„., К, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первый и второй автогенераторы, входы которых соединены с выходами частотного датчика, а выходы подключены к входам двух смесителей, первый и второй преобразователь частоты, делитель, вход которого соединен с выходом первого смесителя, а выход — c первым входом третьего смесителя, опорный генератор, выход которого соединен с вторым входом третьего смесителя, причем преобразователь частоты соединен соответственно с вторым и первым смесителем (3) .

Известный преобразователь не обеспечивает требуемой точности при повышении его быстродействия.

Цель изобретения — повышение точности при измерении быстрых изменений температуры.

Поставленная цель достигается тем, «Iu в частотный измерительный преобразователь, состоящий из двухпараметрового частотного датчика, первого и второго автогенераторов, входы которых соединены с выходами двухпараметрового частотного датчика, а выходы подключены к первым входам первого и второго смесителей, двух преобразователей частоты, входы которых подключены к выходам первого и второго автогенераторов, а выходы — соответственно к вторым входам второго и первого смесителей, делителя частоты. соединенного с выходом псрвого смесителя, и соединенных последовательно опорного генератора и третьего смесителя, введены соединенные последовательно линия задержки, фазовый детектор, дифференциатор и сумматор, причем выход делителя подключен к линии задержки, к второму входу фазового детектора и к второму входу сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего смесителя.

На фиг. 1 показана функциональная схема частотного измерительного преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие принцип повышения точности измерения температуры при быстрых ее изменениях.

Частотный измерительный преобразователь состоит из двухпараметрового частотного датчика I, первого 2 и второго 3 автогенераторов, подключенных к датчику 1.

Входы первого 4 и второго 5 преобразователей частоты соединены соответственно с выходами первого 2 и второго 3 автогенераторов. Входы первого смесителя 6 сос динены с выходами первого автогенератора 2 и второго преобразователя 5 частоты. Входы второго смесителя 7 соединены с выходами второго автогенератора 3 и первого преобразователя 4 частоты. Вход делителя 8 подключен к выходу первого смесителя 6. Вход линии 9 задержки подключен к выходу делителя 8. Входы фазового детектора

10 соединены с выходами линии 9 задержки и делителя 8. Выход фазового детектора 10 подключен к входу дифференциатора 11, выход которого соединен с входом сумматора 12, второй вход которого подключен к выходу делителя 8. Один вход третьего смесителя 14 соединен с выходом сумматора 12, а другой вход cìåcèTF.aÿ 14 подключен к опорному генератору 13. Кро10 ме этого, двухпараметровыи частотный датчик выполнен в виде двух кварцевых резонаторов 15 и 16 (фиг. 1).

Частоты на выходах автогенераторов в случае, когда один из коэффициентов силочувствительности отрицателен (что обеспечивает высокую точность определения параметров Р и Т ) могут быть записаны в виде где f!0, f2!I Fia 1a.aF IIi ie IacTDTb! еперации: а12, azz---коэффициенты 1Cpмочувствительности; а„, а2, — — коэффициенты cllao÷óâcòâè25 тельности.

Вычтя из первого уравнения второе, умноженное на коэффициент К2, который выбирается таким образом, чтобы в результате вычитания взаи мох ничтожи.зись слагаемые, содержащие параметр Т

Ilf)Ii aToM позу lcнная ра lllc)l! н; я:lacò< а г (Р) ли ивино завис 4т ОГ I!af)a.",IcTра Р. с за;

F2 (p) = (аи+Ка„) Р (2, Сложим первое уравнение со вторым, ум ноженным на коэффициент К, который выбирается таким образом, чгобы слагаемые. содержащие параметр Р, в резхль-ат сложения взаи мох ничтожились

Если после этого найти среднюю .ас1îló

45,,, „ i суммы двух частот 1, = — (К II+г2) . а;-атем гетеродинировать ее в область более низких частот (,(Т") = Г,р-to, можно получить результирующую низкую частоту, линейно зависящую от парамет()а Т с коэффициенГОМ ЧуВСТВИ1 сЛЬНОСТИ вЂ” 2- (К а а- ) f" I (I )

" =--, -(К,аьз- )Т (ь) Таким образом, получают дaa непрерыь ных частотных сигна.lа кажзая «;«,. о

КОтОрЫХ (2) И (3) «a!IFICI! I 1ii. ЬКо О«ИГНИ

55 из исследуемых пара ме гров.

При измерении быстрых изменений параметров давления выходная частоl, 1,,Р)

BbIcoKHx У flf)) I Hx cFIOÉ TB F на пи< F3!>Ex резонаторов линейно измсняезся на выходг972263 вызывает изменение частот генерации f, и

f>, связанных с исследуемыми параметрами соотношения (1) . Первый 4 и второй 5 преобразователи частоты преобразуют частоты

1,и f2 соответственно в К f и К212. Опера25 ция преобразования частот может быть аналоговой или импульсной. В последнем случае к последовательности импульсов добавляется (или отнимается) определенное число импульсов, определяемое коэффициентами преобразования К < и К>, Частоты f и

К fz подаются на первый смеситель 6. На выходе смесителя 6 в аналоговой или импульсной форме выделяется суммарная частота f,+Ê f,, которая затем делится с коэффициентом и = 2 в делителе 8. Сред- 3s няя частота f = (f, Ê f ) зависит толь2 ко от температурного параметра Т (3).

Сигналы с частотами fä и К,f подаются на входы второго смесителя 7, на выходе 4О которого выделяется разностная частота. Полученная частота зависит только от параметра P.

Сигнал средней частота 1 (1) с выхода делителя 8 подается на один из входов фазового детектора 10. На другой вход фа- 45 зового детектора 10 подается задержанный сигнал средней частоты f,р((— tz) На выходе фазового детектора выделяется напряжение, пропорциональное разности фаз между задержанным и прямым сигналами.

При изменении частоты на выходе дели- 5о теля 8 изменяется напряжение на выходе фазового детектора 10. Таким образом, преобразуется в напряжение функция изменения частоты колебаний. Напряжение, пропорциональное разности фаз между задержанным и прямым сигналами, фактически пропорциональное функции изменения частоты, подается в дифференциатор 11, постоянная времени дифференцирования в простейшем преобразователя. Однако при измерении температуры, изменяющейся сравнительно быстро, выходная частота F (T ) изменяется по закону, определяемому постоянной времени инерционного температурного звена резонатора. При этом появляется значительная погрешность измерения в динамике, которая может быть существенно уменьшена.

При скачкообразном изменении температуры частота генерации изменяется по закону интегрирующего звена. Если постоянная интегрирующего звена известна и выходную функцию интегрирующего звена продифференцировать с той же постоянной времени (сигнал с выхода интегрирующего звена подать на диффренцирующее звено), то суммарная функция двух сигналов с выходов интегрируюгцего и дифференцирующего звеньев равна функции изменения температуры на входе интегрирующего звена.

Частотный измерительный преобразователь работает следующим образом.

Изменение информационных параметров

1О

15 ю случае равна постоянной времени эквивалентного звена кварцевого резонатора по температуре. Дифференцированное напряжение с выхода дифференциатора 11 подается на сумматор, который выполнен е виде преобразователя напряжение — частота и смесителя частот с выделением суммарной частоты. На второй вход сумматора подается сигнал с выхода делителя. Суммарная частота в идеальном случае изменяется по закону изменения функции изменения температуры. В двух случаях, при использовании апериодических звеньев, функции изменения частоты и температуры показаны на фиг. 2.

Сигнал высокой частоты с выхода сумматора 12 подается на один из входов третьего смесителя 14, на второй вход которого подается сигнал опорной частоты f<>.

Таким образом, на выходе частотного измерительного преобразователя получают две частоты, каждая из которых зависит только от одного исследуемого параметров, причем точность измерения быстроизменяющейся температуры существенно повышается введением новых узлов и связей. Погрешность инерционности при измерении температуры может быть уменьшена на порядок и более.

Предлагаемый частотный измерительный преобразователь может найти широкое применение в разработках перспективных телеметрических систем высокого быстродействия, предназначенных для одновременного измерения параметров давления и температуры в одной точке.

Формула изобретения

Частотный измерительный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик, первый и второй автогенераторы, входы которых соединены с выходом двухпараметрового частотного датчика, а выходы подключены к первым входам первого и второго смесителей, два преобразователя частоты, входы которых подключены к выходам первого и второго автогенераторов, а выходы — соответственно к вторым входам первого и второго смесителей, делитель частоты, соединенный с выходом первого смесителя, и соединенные последовательно опорный генератор и третий смеситель. отличаюи1ийся тем, что, с целью повышения точности при измерении быстрых изменений температуры, в измеритель введены соединенные последовательно линия задержки, фазовый детектор, дифференциатор и сумматор, причем выход делителя подключен к линии задержки, к второму входу фазового детектора и к второму входу сумматора, выход которого соединен с вторым входом третьего смесителя.

972263

Составитель Н. Горшкова

Редактор Н. Кешеля Техред И. Верес Корректор Н. Король

Заказ 7880/28 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 777482, кл. G 01 К 7/32, 1978.

2. Авторское свидетельства по заявке № 2843216/18-10, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3224607/18-10, кл. G 01 К 7/32, 1980 (прототип) .

F,(af

Ду . f