ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
DIFFERENTIAL MEASURING TRANSDUCER

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов.
Известен измерительный преобразователь (см. патент №2432671, опубликованный в БИ №30 27.10.2011 г.), содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты. Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому взято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является невозможность диагностики отказа частотозадающих элементов из состава дифференциального измерительного преобразователя на всем этапе его использования.
Решаемой технической задачей является расширение функциональных возможностей заявляемого измерительного преобразователя в части диагностики работоспособности частотозадающих элементов.
Достигаемым техническим результатом заявляемого измерительного преобразователя является использование дополнительного блока для диагностики частотозадающих элементов, по анализу уровня сигнала с его выхода проводится оценка правильности работы частотозадающих элементов, образующих дифференциальную пару.
Для достижения технического результата в дифференциальном измерительном преобразователе, содержащем два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, новым является то. что дополнительно введен формирователь сигналов суммарной частоты, входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов, при этом выходы формирователей сигналов разностной и суммарной частот являются выходами устройства.
Применение в составе измерительного преобразователя формирователя сигналов суммарной частоты позволяет по значению суммарной частоты проводить проверку состояния частотозадающих элементов на основе пьезорезонансных силочувствительных датчиков и задать критерий работоспособности или отказа всего измерительного преобразователя.
На фигуре изображена функциональная схема заявляемого дифференциального измерительного преобразователя.
Устройство содержит два генератора частотных сигналов 1 и 2 с частотозадающими элементами 3 и 4, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты 5, формирователь сигналов суммарной частоты 6, входы которого соединены с выходами генераторов частотных сигналов 1 и 2, при этом выходы формирователей сигналов разностной 5 и суммарной 6 частот являются выходами устройства.
Устройство работает следующим образом. С выходов генераторов частотных сигналов 1, 2 (см. фигуру) на входы формирователей 5, 6 сигналов разностной и суммарной частоты подаются периодические сигналы прямоугольной формы.
ВЫХ1
Выходной величиной дифференциального измерительного преобразователя по выходу F с формирователя 5 сигналов разностной частоты, аналогично прототипу, является разность частот, которая определяется по формуле
где х - измеряемый параметр на входе частотозадающих элементов 3, 4, на основе пьезорезонансных первичных преобразователей;
0
1
2
ƒ - начальная разность частот ƒ - ƒ при х = 0.
Значения частот на выходах генераторов 1, 2 определяются выражениями
01
02
где ƒ,ƒ - начальные частоты частотозадающих элементов 3, 4;
1
2
k k - коэффициенты преобразования частотозадающих элементов 3, 4 на основе пьезорезонансных первичных преобразователей.
Выражения (2), (3) приведены без учета нелинейностей характеристик преобразования частотозадающих элементов 3,4.
ВЫХ2
Выходной величиной дифференциального измерительного преобразователя по выходу F с формирователя 6 сигналов суммарной частоты 6, является сумма частот, которая определяется по формуле
л
г
С учетом равенства коэффициентов преобразования к=кчастотозадающих элементов 3, 4
ВЫХ2
Таким образом, при действии измеряемого параметра х и равенстве коэффициентов преобразования суммарная частота на выходе F постоянна и не зависит от величины измеряемого параметра.
1
2
На практике иногда возникает трудность в обеспечении равенства коэффициентов преобразования k= k первичных преобразователей 3, 4. вследствие их технологического разброса при изготовлении. С учетом этого, выражение (5) можно записать в виде
х
и
2
где Δk() - коэффициент, определяющий неравенство коэффициентов преобразования к к, зависящий от измеряемого параметра х.
ВЫХ2
Критерием работоспособности частотозадающих элементов 3, 4 и всего измерительного преобразователя в целом можно считать нахождение суммарной частоты на выходе F формирователя 6 сигналов суммарной частоты в диапазоне, определяемом по формуле (6) при действии измеряемого параметра.
Преимуществом данного измерительного преобразователя является возможность проверки частотозадающих элементов 3, 4 на основе пьезорезонансных силочувствительных датчиков в процессе эксплуатации, т.е. в момент действия измеряемого параметра.
ВЫХ2
1
2
ВЫХ1
При выходе из строя одного или обоих частотозадающих элементов 3, 4, образующих дифференциальную пару, значение суммарной частоты на выходе формирователя 6 сигналов суммарной частоты изменится и выйдет за пределы, установленные по формуле (6), а при этом на выходе F будет формироваться ложный сигнал, не соответствующий (не пропорциональный) величине измеряемого параметра по формуле (1). Например, при отказе одного из частотозадающих элементов 3 или 4 произошло изменение коэффициента преобразования k или k и на выходе F формирователя 5 сигналов разностной частоты будет присутствовать сигнал, частота которого не будет соответствовать значению величины измеряемого параметра х.
ВЫХ1
ВЫХ2
Таким образом, по первому (измерительному) выходу F измерительный преобразователь выдает значение частоты, которая меняется в зависимости от значения измеряемого параметра, в соответствии с формулой (1), а по второму (контрольному) выходу F значение частоты, которое свидетельствует о правильной работе частотозадающих элементов 3,4.
ВЫХ2
ВЫХ1
ВЫХ1
Такой метод проверки (оценки) работоспособности можно применять для построения отказоустойчивых измерительных систем с резервированием, в составе которых имеется несколько идентичных заявляемых измерительных преобразователей. Устройство-потребитель, контролируя частоту с выходов F измерительных преобразователей, выбирает из них работоспособный и считывает частоту с соответствующего выхода F. При отказе одного из измерительных преобразователей в процессе эксплуатации устройство-потребитель производит переключение на выход F другого работоспособного измерительного преобразователя.
Работоспособность предлагаемого технического решения экспериментально проверена и подтверждена испытаниями действующих макетов дифференциального измерительного преобразователя.