ВИБРАЦИОННЫЕ ПЛОТНОМЕРЫ

С частотным термо компенсирующим каналом

Структурная схема промежуточного измерительного преобразова­теля приведенной плотности жидкости показана на рис. 4.5. К схеме подключаются преобразователь плотности ПП с резонатором одного из рассмотренных ранее типов и частотный преобразователь* темпера­туры ПТ, выполненный, например, по схеме, показанной на рис. 3.1. Частотные сигналы обоих преобразователей через делители частоты Д1 и ДЗ поступают на входы преобразователей периодов этих сигналов в коды ППК1 и ППК2. На другие входы этих преобразователей подает­ся сигнал с опорного генератора ОГ после делителя частоты Д2. Все частотные делители выполнены на микросхемах 155ИЕ6. Значения коэффициентов деления делителей Д1 и Д2, как и в предыдущей схе­ме (рис. 4.4), определяются по формулам (4.17) и (4.19) и округля­ются до ближайшего целого числа. Преобразователь ППК1 преобразу­ет в двоичный код лишь информативную часть выходного сигнала пре­образователя плотности ПП, а его неинформативная часть устраняет­ся многократным заполнением и обнулением 12-разрядного счетчика импульсов, выполненного на микросхемах 155ИЕ7. Число таких за­полнений определяется соотношением п = Тн (вМин)/Д7макс’ в к°-

(0МИН) — период выходного сигнала преобразователя плот­ности при начальном значении контролируемой плотности и минималь­но возможной температуре среды; ДГмакс — информативная часть выходного сигнала, выражаемая формулой (4.18). Поскольку полу­ченное значение п может отличаться от целого числа, в счетчик импуль­сов перед каждым циклом измерения вписывается код, соответствую­щий числу No, определяемому по формуле (4.20). Следует иметь в виду, что часть 7V@ емкости счетчика преобразователя ППК1 заполня­ется импульсами, число которых соответствует температурной состав­ляющей выходного сигнала плотномера

«8° *°Т0ðà К,<«*

2 V I + «о РСр' Л2

+ (аЕ ~ а/)] (©макс - ©мин), ао

где Т0 и а о — начальный период колебаний и постоянная резонатора преобразователя плотности; Кді и Кд2 — коэффициенты деления де­лителей частоты Д1 и Д2.

Эта часть выходного сигнала плотномера, обусловливающая темпе­ратурную погрешность измерения, может быть скомпенсирована та­ким же числом импульсов 7V@, накопленных счетчиком преобразова­теля ППК2 в температурном канале промежуточного преобразователя:

> _ то for КДЗ, , »w~ ~ Л

(аЕ ~ а/)(©макс ©мин)>

2 КД2

где То — период колебаний резонатора термометра ПТ при начальной температуре 0О контролируемой среды; а'Е и аI — коэффициенты тер­моупругости и теплового линейного расширения материала резонатора термометра.

Коэффициент деления делителя частоты ДЗ определяется из условия равенства правых частей двух последних выражений

-г то [доРСр («£+ 2а/ - av)+ (аЕ-а/)]

КДЗ~КД1 ; ; •

Как и в преобразователе ППК1, преобразующем в код лишь полез­ную составляющую периода колебаний резонатора, в термокомпенси­рующем канале также преобразуется в код лишь полезная девиация частотного сигнала термометра. Для устранения неинформативной час­ти сигнала термометра производят многократное заполнение и обнуле­ние счетчика импульсов в преобразователе ППК2. Число заполнений определится формулой п = КдзТ’ (®мин)|KдJ ДГмакс, в которой Д^макс ~ информативная часть периода колебаний резонатора преобhазователя плотности ПП, выражаемая формулой (4.18);

Естественно, что найденное значение п может не быть равным це­лому числу, поэтому в счетчик импульсов преобразователя ППК2 перед началом каждого цикла измерения вписывается код, соответствую­щий числу N0, определяемому формулой (4.20).

С преобразователей ППК1 и ППК2 коды, несущие в себе информа­цию о плотности и температуре контролируемой среды, подаются на сумматор С1У выполненный на трех микросхемах 155ИМЗ. На выходе 12-разрядного сумматора образуется разностный двоичный код, про­порциональный лишь плотности жидкости, который подается на пре­образователь код—напряжение ПКН (микросхема К572ПА2А) и пре­образуется в аналоговый сигнал, подаваемый на сумматор С2. На вто­рой вход сумматора подается сигнал с корректора нуля КН для плав­ной установки нуля на выходе преобразователя напряжение—ток ПНТ (микросхема 140УД6Б).

Для оценки результирующей погрешности промежуточного измери­тельного преобразователя воспользуемся соотношением, аналогичным формуле (4.21):

Апр - (ДЛЯК7 + ^ППК2 + АПКН)°’5-

В приведенную формулу не входит составляющая погрешности, обусловленная нестабильностью блока коррекции нуля, поскольку для правильно настроенной схемы коррекции нуля выходного сигна­ла практически не требуется. Наличие же блока коррекции нуля КН в схеме объясняется возможными различиями расчетных и действитель­ных значений коэффициентов деления делителей частоты Д1 иДЗ, воз­никающими при округлении коэффициентов до целых чисел. Значение первого слагаемого правой части выражения (4.24) было определено ранее при рассмотрении схемы на рис. 4.4, а значение абсолютной по­грешности преобразователя период—код ППК1 может быть найдено по формуле (4.22). Погрешность преобразователя периода колебаний резонатора частотного термометра в код ППК2 определяется интер­валом возможных температур контролируемой среды (@макс - 0МИН) и относительной погрешностью 5 /7/7/С2» которая в основном зависит лишь от емкости счетчика

Погрешность блока преобразования разностного двоичного кода после сумматора С1 (см. рис. 4.5) в напряжение ПКН следует опреде­лять по формуле (4.23) без учета температурной составляющей вход­ного сигнала &пкн~^ * Ю~3 (Рк_Рн)-

Для практической оценки значение результирующей абсолютной по­грешности промежуточного измерительного преобрзователя воспользу­емся параметрами примерного образца плотномера, указанными в § 4.4. Будем считать, что резонатор частотного преобразователя изго­товлен из того же материала, что и основной резонатор плотномера, кро­ме того, положим равными начальные периоды колебаний обоих резона­торов. Тогда, рассчитав отдельные составляющие погрешности по при­веденным выше формулам, получим следующее значение результирую­щей погрешности:

Дпр = (0,03* + 0,022 + 0,52)0,5 *= 0,5 кг/м3.

Общим недостатком рассмотренных схем промежуточных измери­тельных преобразователей является необходимость индивидуальной настройки на заранее выбранный диапазон преобразования плотности, что ограничивает их универсальность. Эти схемы могут быть эффектив­ны лишь при их использовании в узком диапазоне шкалы (примерно 25—100 кг/м3), поскольку расширение диапазона приводит к росту погрешности линеаризации градуировочной характеристики плотноме­ра. Переход от одного участка контролируемых плотностей к друго­му требует проведения новых расчетов значений настроечных парамет­ров отдельных блоков и их согласования.

Наиболее перспективными, обеспечивающими высокую точность и универсальность, являются схемы промежуточных измерительных преобразователей, основанные на использовании элементов програм­мируемой логики (микропроцессоров). Одна из таких схем, показан­ная на рис. 4.6, предназначена для работы с двухрезонаторным пер­вичным преобразователем (см. рис. 3.3) и обеспечивает преобразова­ние сигналов в соответствии с равенствами (3.7) и (3.8). На вход схе­мы поступают сигналы Т и Г' от преобразователей плотности ПП (ос­

Структурная схема промежуточ­ного измерительного преобразователя на основе микропроцессора.

которые поочередно преобразуются в коды преобразователем ППК, работающим в мультиплексорном режиме. Через устройство ввода - вывода УВВ кодовые сигналы поступают в арифметическое логичес­кое устройство АЛУ, где производится усреднение каждого из 16 кодо­вых значений. Далее коды подаются в оперативное запоминающее уст­ройство ОЗУ, куда также заносятся промежуточные и окончательные результаты вычислений. Кроме того, результаты вычислений в виде двоично-десятичного кода подаются на дисплей. Все вычислительные операции производятся в АЛУ в соответствии с алгоритмом, структур­ная схема которого представлена на рис. 4.7. На порт входа в преобра­зователь поочередно поступают временные интервалы, равные длитель­ности периодов колебаний резонаторов Т и Т' для их преобразований в соответствующие коды N и N*. Далее коды заносятся в регистр Rn, причем для ускорения обращения к памяти в устройстве использует­ся стековая адресация. С этой целькгОЗУ содержит 16 четырехбайтных регистров Rn, куда поочередно записываются данные. При заполнении всех ячеек цикл повторяется, т. е. стирается содержимое первой ячей­ки и заносится результат 17-го такта измерения и т. д. Для увеличения помехоустойчивости результат каждого измерения периода колеба­ний сравнивается со средним значением 16 предыдущих измерений. В случае превышения заданной разности этих значений дальнейшие вы­числения не проводятся и выполняется очередной такт измерения. Очевидно, что при включении прибора информация о плотности может появиться только тогда, когда все ячейки ОЗУ будут заполнены. Даль­нейшая последовательность вычислительных операций определяется формулами (3.7) и (3.8), а константы, входящие в расчетные форму­лы, хранятся в программируемом постоянном запоминающем устрой­стве ППЗУ в виде целых чисел