Устройство для линеаризации статических характеристик датчиков

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования входной информации, поступающей от датчиков, имеющих нелинейную характеристику монотонно-возрастающего вогнутого вида в заданном динамическом диапазоне. Цель изобретения - снижение временных затрат при подготовке к работе устройства для линеаризации в случае замены вышедшего из строя датчика. Цель достигается оперативной перенастройкой устройства путем изменения величины предварительно рассчитанных коэффициентов функции преобразования. Принцип работы устройства заключается в том, что в качестве параметра генератора экспоненциального напряжения выступает выходное напряжение от датчика, которое изменяется в зависимости от измеряемой величины по логарифмическому закону. Тем самым достигается линейная зависимость между измеряемой величиной и выходным напряжением. За счет изменения коэффициентов логарифмической функции удается описать с ее помощью реальные выходные монотонно-возрастающие вогнутого вида характеристики датчиков.

союз советских. соцИмистичесних

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU „„ 1597882 (g))5 С 06 F 15/353

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СОИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4617918/24-10 l (22) 09. 12.88 (46) 07. 10.90. Бюл. № 37 (71) Московский институт электронной техники (72) А.ИЛебедев и Г,В.Щирый (53) 681.325.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 900290, кл. G 06 F 15/353, 1982.

Авторское свидетельство СССР

¹ 596978, кл . G 06 3 3/00, 1978.

Linearization of -thermistor thermometr. Khan A.À. — Int. J. Elektron, 1985, 59, № 2, 129-139. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИНЕАРИЗАЦИИ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования входной информации, поступающей от датчиков, имеющих нелинейную характеристику монотонно-возрастающего вогнутого вида

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для линеаризации статической нелинейной характеристики измерительных преобразователей.

Целью изобретения является снижение временных затрат при подготовке устройства к работе при замене одного датчика другим.

При замене вышедшего из строя датчика настройка устройства для линеаризации будет заключаться только в задании с помощью специального блока

2 в заданном динамическом диапазоне.

Цель изобретения — снижение временных затрат при подготовке к работе устройства для линеаризации в случае замены вышедшего из строя датчика.

Цель достигается оперативной перенастройкой устройства путем изменения величины предварительно рассчитанных коэффициентов функции преобразования. Принцип работы устройства заключается в том, что в качестве параметра генератора экспоненциального напряжения выступает выходное. напряжение от датчика, которое изменяется в зависимости от измеряемой величины по.логарифмическому закону.

Тем самым достигается линейная зависимость между измеряемой величиной и выходным напряжением. За счет изменения коэффициентов логарифмической функции удается описать с ее помощью реальные выходные монотонновозрастающие вогнутого вида характеристики датчиков. 3 ил. предварительно рассчитанных коэффициентов, что требует меньших затрат времени, чем при настройке эмпирическими методами. Исходными данными для расчета являются таблично заданные значения нелинейной характеристики конкретного датчика.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для линеаризации статических характеристик датчиков; на фиг. 2 — зависимости, поясняющие принцип работы устройства; на

1597882

U = А-1n — — —, B н В-Х (1) 55 где А и В - коэффициенты;

Х вЂ” входной параметр. фиг. 3 — реализация отдельных блоков устройства.

На фиг. 3 даны следующие обозначения: а - генератор линейного сигнала; б — логический переключатель; в—

5 блок регистрации результата; r - -блок задания коэффициентов; д - генератор экспоненциального напряжения.

В состав. устройства для линеаризации статических характеристик датчиков входят генератор 1 линейного сигнала, компаратор 2, логический переключатель 3, реверсивный счетчик

4, генератор 5 тактовых импульсов, блок 6 задания коэффициентов, генератор 7 экспоненциального напряжения, блок 8 регистрации.

На фиг. 2 позициями. обозначены:

9 - нелинейная входная характеристи20, ка П„„з ада иная в диана з оне 3 О, Х,„3;

10 — выходной сигнал генератора 1 линейного сигнала; 11 — выходной сигнал генератора 7 экспоненциального напряжения; 12 — выходная характерис- 25 тика устройства для линеаризации.

Генератор 1 линейного сигнала может быть выполнен в виде интегратора ,на основе операционного усилителя

13, переменного резистора 14 и конденсатора 15 (фиг. За). Логический переключатель 3 может быть получен комбинацией логических элементов И

16 и 17 и НЕ 18 (фиг. Зб). Блок 8 регистрации результата может быть выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразо.вателя (АЦП) 19 и регистра 20 (фиг. Зв). Блок 6 задания коэффициентов может быть выполнен в виде пос40 ледовательно соединенных источника

22 регулируемого напряжения (ИРН) и переменного резистора 21 (фиг. Зг).

Генератор 7 экспоненциального напряжения (фиг. Зд) может быть выполнен

45 в виде параллельно соединенных электронного ключа 23 и конденсатора 24.

Работа устройства основана на следующих теоретических выкладках. Нелинейную характеристику датчика моноР 50 тонно возрастающего вогнутого вида в заданном динамическом диапазоне (фиг. 2, кривая 9) можно идентифицировать уравнением вида

Таким образом, функция (1) для выбранного класса нелинейностей может быть выбрана в качестве структуры для идентификации. Так как коэффициенты в (1) конкретно не указаны, то функцией (1) можно идентифицировать характеристику любого датчика, имеющую монотонно возрастающий вогнутый вид.

Линеаризовать характеристику датчика, описываемую функцией (1), можно, применяя для этого функциональный генератор с функцией преобразования вида: н

V=P (1-е ); (2) где Р и Q — коэффициенты.

Произведя подстановку (1) и (2), получим линейную зависимость V от измеряемого параметра Х:

Д 8

-- е.

V=Р (1 еЯ 6") =KX (3) -На

Неыхт= P (1 — е ), (4) где P u Q — коэффициенты; — времявходной параметр.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы с помощью блока 6 задания коэффициентов задаются параметры генератора 7 экспоненциального напряжения; максимальное значение выходного напряжения и скорость его нарастания, предваритель но рассчитанные в виде коэффициентов

P и, а также угол наклона характеристики генератора 1 линейного сигнала с помощью резистора 14. При этом необходимо учитывать, что в заданном динамическом диапазоне (О, Хм)U <„ „„ =

"ьа х макеч= П ььос макс Пусть на входе устройства установилось напряжение соответствующее измеряемому параметру X (фиг. 2, кривая 9). После запуска устройства с выхода генератора 1 линейного сигнала на второй вход

< при условии А = ч.

Так как коэффициенты P u Q не заданы в (2) конкретно, то с помощью структуры (2) можно линеаризовать xal рактеристику любого датчика, описываемую (1) .

Для реализации функции (2) в устройстве для линеаризации был создан генератор 7 экспоненциального напряжения с функцией преобразования вида

1597882 компаратора подается напряжение, линейно изменяющееся от времени (фиг. 2, линия 10), а реверсивный счетчик 4 начинает считать импульсы, поступающие с выхода генератора 5 тактовых импуль- ) сов через логический переключатель 3 на суммирующий вход счетчика 4. Выходной сигнал генератора 1 линейного сигнала достигает уровня входного

10 напряжения Цн! за время t!,= tg.N, где t — калиброванная длительность импульса генератора 5 тактовых импульсов; N — количество импульсов, подсчитанных счетчиком 4, т.е. время t будет подсчитано и записано в счетчике 4. При равенстве UH„ произойдет переключение выходного сигнала компаратора 2 с высокого уровня на низкий. Вследствие этого выход генератора 5 тактовых импульсов с помощью логического переключателя 3 подключится к вычитающему входу реверсивного счетчика 4 и запустится генератор 7 экспонен- 25 циального напряжения. При этом реверсивный счетчик 4 начинает обратный отсчет времени, т.е. от t до О. 3а время от t, до О выходное напряжение генератора 7 экспоненциального напря- о жения (фиг. 2, кривая 11) возрастет до уровня 0и! а

U з«х a = Р-(1 — е ).

Величина напряжения U «равна

35 значению линейного сигнала, соответствующего параметру X„ (фиг. 2, линия 12). Напряжение преобразуется в цифровую форму и фиксируется в блоке 8 регистрации по сигналу Окон- 40 чание счета, поступающему с выхода

6 реверсивного счетчика 4. С приходом этого сигнала также осуществляется

"Сброс" генератора 1 линейного сигнала и генератора 7 экспоненциального напряжения. Цикл измерения закончен..

Формула изобретения

Устройство для линеаризации ста" тических характеристик датчиков, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор экспоненциального напряжения, компаратор, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью снижения временных затрат при подготовке устройства к работе, в него введены блок задания коэффициентов, реверсивный счетчик, логический переключатель, блок регистрации и генератор линейного сигнала, вход которого подключен к потенциальному выходу блока задания коэффициентов, а выход — к первому входу компаратора, второй вход которого является входом устройства, а выход подключен к управляющему входу логического переключателя и управляющему входу генератора экспоненциального напряжения, информационный вход которого подключен к выходу блока задания коэффициентов, а выход подключен к первому входу блока регистрации, выход которого является выходом устройства, а управляющий вход подключен к выходу реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам логического переключателя, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

159 7882

f4

1$

13

Фог3

Составитель В.Гурецкий

Техред Л.Олийнык

Редактор Л. Гратилло

Корректор ". ерни.Заказ 3056 Тираж 567 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101