Измерительный функциональный преобразователь

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 12.03. 81 (21) 3258731/18-21 с прнсоелннением заявки № (23 }0риоритет (5! )М. Кл.

G 06 F 7/38

Ркударстееиый квинтет

СССР ао делан изабретенкй и открытий

Опубликовано 23. 12. 82. Бюллетень № 47 (53) УДК 621 ° 317..7(088.8) Дата опубликования описания 23. 12. 82

Т. Г. Галамай, В. Б. Дудыкевич и 3. И. Стрилецкий (72) Авторы изобретения

Львовский ордена Ленина политехнический институт . им. Ленинского комсомола (73) Заявитель (54} ИЗИЕРИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для линеаризации характеристик первичных измерительных преобразователей с частотным выходом, например характеристик температурных датчиков, датчиков давления, датчиков расхода жидкостей и газов и др.

Известно устройство для воспроизведения многочлена, состоящее из прог о раммного счетчика и (и+1) последовательно соединенных интеграторов (1).

Устройство сложно и имеет узкиефункциональные возможности.

Наиболее близким к изобретению по технической 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 и элемент И Р 2J.

Однако устройство не пригодно для воспроизведения многочленов и сумм степенных функций и поэтому имеет узкие функциональные возможности и,как следствие, пониженную точность воспроизведения функций.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности воспроизведения функций.

Поставленная цель достигается тем, что в 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 вы3 98370 ходов счетчика, вторая группа 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, введены шесть блоков умножения, блок суммирования и вычитания, блок управления и дополмационные 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,, l5 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 входу счетчика, разрядные выходы которого соединены с первой группой входов

25 блока управления, вторая группа входов которого соединена с пусковой шиной преобразователя, пятая группы выходов блока управления подключена к управляющим входам блока суммирования и вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами третьего, четвертого, пятого и шестого блоков умножения, причем вход третьего блока умножения подключен

35 к первому входу сумматора-вычитателя и к выходу второго блока умножения, 4 вход которого подключен к первому блоку элементов И. с элементом ИЛИ на выходе, вход четвертого блока умножения подключен к выходу сумма тора-вычитателя, второй вход которо-. го 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 бло50 ка умножения соединен с входом счетчика и входной шиной преобразователя, информационный выход реверсивного счетчика подключен к второй выходной шине преобразователя.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2-4варианты выполнения сумматора-вычитанительный реверсивный счетчик, инфор- >в

4 4 теля, причем на фиг.2 — комбинированный блок сложения-вычитания; на фиг. 3 - блок сложения; на фиг.4блок вычитания.

Преобразователь содержит счетчик

1, реверсивные счетчики 2, первый и второй блоки 3 и 4 элементов И с элементом ИЛИ на выходе, сумматор-.вычитатель 5, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки 6-11 умножения, блок 12 управления, блок

13 суммирования и вычитания, дополнительный реверсивный счетчик 14, вход- ную шину 15, пусковую шину 16, первую и вторую выходные шины 17 и 18 преобразователя, 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.

I

Связи счетчика 1 с первым блоком

3 образованы так: первый (младший) разряд счетчика 1 соединен с импульсным входом первого элемента И первого блока 3, второй разряд счетчика 1 соединен с импульсным входом второго элемента И первого блока 3 и т.д., n-й (старший) разряд счетчика 1 соединен с импульсным входом и-го элемента И первого блока 3. Двоичный умножитель, образованный счетчиком 1 и первым блоком 3, управляется реверсивным счетчиком 2.

Разрядные выходы реверсивного счетчика 2 соединены с элементами И первого блока 3 следующим образом: и-й (старший) разряд реверсивного счетчика 2 соединен с входом первого элемента И первого блока 3, (и-1) -й разряд реверсивного счетчика 2 соединен с входом второго элемента И первого блока 3 и т.д., первый разряд реверсивного счетчика 2 соединен с выходом п-го элемента И первого блока 3. Реверсивный счетчик 2 и второй блок 4 (фиг.1) также образуют двоичный умножитель. Связи разрядных выходов реверсивного счетчика 2 с weментами И второго блока 4 организованы аналогично рассмотренному умножителю. Управление двоичным умножите5 98 лем, образованным реверсивным счетчиком 2 и вторым блоком 4, осущест-. вляется счетчиком 1.

В качестве блоков умножения могут использоваться упоминавшиеся выше двоичные умножители частоты. Они обеспечивают умножение на коэффициент, меньший единицы. Коэффициент, больший единицы, получают при охвате двоичного умножителя обратной связью.

Преобразователь работает следующим образом.

В начале, при поступлении сигнала на пусковую шину 16, блоком 12 управления все блоки преобразователя устанавливаются в исходное состояние, устанавливаются режимы работы реверсивного счетчика 2 и дополнительного реверсивного счетчика l4, записываются начальные числа, соответственно и и е,, в эти счетчики, а в счетчик 1- "1", устанавливаются режимы работы сумматора-вычитателя 5, блока l3 суммирования и вычитания, первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков 6-11 умножения, а также устанавливаются коэффициенты умножения К.1, К, К, К, l(>, К6 этих блоков. На вход счетчика 1 в виде импульсной последовательности поступают приращения dx входного числа х. При достижении числом х, которое формируется в счетчике 1, значений, соответствующих узлам аппрок- . симации, блоком 12 управления устанавливаются ойределенные значения коэффициентов умножения первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого блоков 6-1l.óèíîwåíèÿ, режим работы блока 13 суммирования и ,вычитания, а также режимы работы реверсивного счетчика 2, дополнительного реверсивного счетчика 14. или, что то же саиое

7.=К, Д2,1-К, fd2<+K JdZy+К JNy,(3) В дальнейшем, чтобы не загромождать выводов, значение каждого инго теграла, входящего в Формулу (3),будем определять отдельно, Приращения dx числа х, поступающие в виде импульсной последовательности на вход счетчика 1, после установки числа п в реверсивном счет25 чике 2, вызывают на выходе первого блока 3 появление приращений dy

à3 д1а Х (4. ) 40

На вход дополнительного реверсивного счетчика 14(фиг. 1) в виде импульсной последовательности с выхода блока 13 суммирования и вычита,ния поступают приращения dz числа z а»=К à» +К аЕ К+аЕ +К а», (<)

5 6 .1. где dz, dz, dz,dz< -приращения, поступающие на входы четвертого, пятого, третьего и шестого блоков 9, 10,8 и 11 умножения, соответственно;

3704 6

К,К, К,К - коэффициенты умножения шестого, третьего, четвертого, пятого блоков 11, 8, 9, 10 умножения соответ.-: ственно.

Выражение (l) представляет собой алгебраическую сумму приращений числа z.

В дополнительном реверсивном счетчике 14 формируется число

Z.=I {,К5йГ„+ К Ю +aqa i, +К;д 2- ) (М

Э0 где z - текущее значение числа в

1 реверсивном счетчике 2;

m - коэффициент пересчета счетчика 1 и реверсивного счетчика 2.

Приращения dy поступают на вход второго блока 7 умножения, на выходе которого появляется импульсная последовательность ! с3; ., = с31„() .де К вЂ” коэффициент умножения второго блока 7.

Импульсная последовательность с выхода второго блока 7 умножения по45- ступает на вход сумматора-вычитате ля 5 и с его выхода на вход реверсивного счетчика 2, что вызывает появление импульсной последовательнос ти на выходе второго блока 4, котоS0 рая описывается уравнением ач = ) а»1 „(6) где x - текущее значение числа в счетчике 1;

dz - приращения числа г,, поступающие в виде импульсной последовательности на вход, реверсивного счетчика 2.

7 983704

Приращения д „ поступают на вход первого блока 6 умножения. Импульсная последовательность íà его выходе описывается уравнением д =K 21, (7) (17) откуда

;7 =И Х Ка/Кл (4В) I

И, следовательно, первое слагаемое в формуле (3) имеет вид ! z „=);,z,=ê,è,Õ-к ) " ()8) dz.4= aх, (8) 15 где К - коэффициент умножения шесЪ того блока 11.

Рассмотрим работу преобразователя в случае выполнения комбинирован о ной схемы сумматора-вычитателя 5 (фиг.3). Запишем уравнение, описывающее работу блока 21, dz Bz. + Йх,, Я)

25 где dz — приращения на выходе бло-

$ ка 19, работа которого описывается уравнением

d7 =QZ й;7Z. (

Из уравнений (9) и (10), a =а . («)

1 .Учитывая выражения (4), (5) (6), 2„- 1 35

К (с(Х - К X @Z„(12) (Откуда (32.Д =- — *— аХ (13)

К(X t

Число 7 . в счетчике 2 изменяется от величины пщ до установившегося значения z в соответствии с выражением

К2 2.5Д („

Но

Здесь знак "+" . при работе реверсивного счетчика 2 в режиме сло.жения, "-" - a режиме вычитания.

:Дифференцируя это уравнение и разделяя переменнйе, получаем д2 (Кg. BX (15)

21 К„

Интегрируя уравнение (15) с уче- 55 том пределов изменения переменных ()б) г1=- f х.

4о где К - коэффициент умножения первого блока 6.

Приращения dx входной импульсной последовательности х поступают так.же на шестой блок ll умножения, на выходе которого образуется импульсная последовательность получаем

Ь =+ +— ВиХ ио К" о

Определим теперь значение второго слагаемого; Учитывая, что приращения dz>, поступающие с выхода перво= го блока 6, умножаются пятым блоком 10 на коэффициент К, а также учитывая (6) и (7), имеем

C12g. = К (32= К К р ° (10)

xdz<

С учетом (13) и (18) получим

КгисИо КХХ)к,+ дгг= и, х (2a) !

Откуда проинтегрировав это выражение, получаем („КоК6 - Кг Ио XKglKg+4 (22) (+- Кя." «)

Определяем значение третьего слагаемого, входящего в формулу(3).

Так как, согласно (11) dz dz,òî г. (КЮ 4 К ) И О -"К2!К (+" (+К К„)v <2>)

В соответствии с (В), определяет значение четвертого слагаемого, входящего в формулу(3)

=т у „, (4) о

Решение этого уравнения дает

7 = К Х. (25) Подставив в формулу (3 ) значения (19),(22),(23) и 25, получим значение числа, зафиксированного в дополнительном реверсивном счетчике 14

+-Юк К7К<К ио +К7ук 1 г=к и,х + — —,„—;„-) х +(гб)

+i)

Если в счетчике 14, записать начальное число е и обозначить . К как,ии

Киии=а (бк +к )и,--а; (гу)

КЯК4 КЛИО

=8 (б Кд4-К И1 .К с(1с ) „=у, . то выражение, определяющее число, фик= сируемое дополнительным реверсивным счетчиком 14 в режиме сложения, при983704

Формула изобретения

9 мет вид (для произвольного участка приближения) 1

+=a+ "+Ü5+ "+ñõ" éк+е .(8}

Следовательно, устройство, наряду с воспроизведением функции вида

+ . (29)

2=0К -"- способно воспроизводить алгебраические суммы степенных функций (28 ), причем показатели степеней могут при" нимать как целочисленные, так и дробные значения, что в известном уст ройстве не предусмотрено.

В общем случае закон изменения числа в дополнительном реверсивном счетчике 14 описывается уравнением и .Х (Е„.+а, Х+С„- Х®+Ь„. Р+"+С1. P "" }. выражение в скобках представляет собой алгебраическую сумму слагаемых.

С помощью блока 12 управления на каждом участке аппроксимации можно задавать требуемые значения коэффициентов а, Ъ, с, d, е и показателя степени .

Кроме рассмотренного варианта сумматор-вычитатель 5 может выпол-. няться в виде блока сложения (фиг.3) или вычитания (фиг.4) импульсных последовательностей. В первом случае управление двоичным умножителем, образованным реверсивным счетчиком 2 и

З5 вторым 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 промежутке1 а,Ъ) функция т (х) может быть приближена многочленом

9 („} - g (31)

1=0 j как угодно точно.

Следовательно, многочленами (28) и(30) заданные нелинейные функциональные зависимости можно приближать .50 с большей точностью, чем выражением (29), а значит устройство действительно обеспечивает повышение точности воспроизведения функций.

Таким образом, включение в состав

55 устройства указанных выше узлов и изменение связей позволили существенно расширить функциональные возможности и повысить точность преобразователя

Технико-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, вторая группа 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 юшийся 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, 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 @epsom группой входов блока управления, вторая группа входов которого соединена с пусковой шиной 1в .преобразователя, пятая группа выходов блока управления подключена к управляющим входам блока суммирования и вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами is 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 четверто04 12 го 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 экспертизе

1. Данчеев В. 0 Цйфро-частотные вычислительные устройства. М., "Энергия", 1976, с. 42-43.

2. Авторское свидетельство СССР и 674008, кл. G 06 F 1/02, 1979. 983704

Редактор А. Шишкина

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Каплин

ТехредМ.Гергель Корректор Г.Решетник

Заказ 9924/58 . Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, И-35, Раушская -наб., д. 4/5