Устройство для телеизмерения

 

Класс 74b, 8os № 104143

СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И. И. Михайлов

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕДЕИЗМЕРЕНИЯ

Заявлено 18 а вгусга 1953 г. за 3% 7645/453156 .в Министерство электростанций

СССР с присоединением заявки М 7647

U,. =р — mA, Изобретение относится к устройствам для телеизмерения, содержащим на передающем пункте автоколебательную систему, преобразующую измсряемое напряжение в напряжение переменной частоты, и на приемном пункте — конденсаторный приемн;i;.

В отличие от известных устройств этого типа, в которых срабатывание автоколебательной системы на передающем пункте происходит в резу;и— тате изменения ее параметров, вызываемого работой датчика — индукционного или емкостного преобразователя, в,предлагаемом устройстве автоколебательная система срабатывает 3 результате сравнения преобразуемого напряжения и напряжения ча конденсаторе, входящем в автоколебательную систему. Этим обеспе1пвается повышение точности и стабильности работы устройства. Для осуществления сравнения указанный ко,.денсатор включается в цепь заряда, питаемую от источника постоянного напряжения и переключаемую электронным переключателем, срабатывающим по достижении напряжением на конденсаторе значения, равного измеряемому напряжению.

Электронный преобразователь на передающем пункте имеет линейную зависимость между периодом автоколеоаиий и величиной преобразуемого напряжения. Следовательно, зависимость между величиной преобразуемого напряжения и частотой является нелинейной и определяется из соотношения:

К

U„. где: f — частота; U,. — преобразуемое напряжение; К вЂ” постоянный коэффициент.

Зависимость между частотой f u измеряемой зеличинои А определяется, если в выражение для f подставить значение напряжения U которое может быть связано с А разными соотношениями и, в частности, сосгноше ием: где р — постоянное напряжение, из которого вычитается напряжение rn!1, прогорциональное измеряемой величине. При этом меньшему значени.о измеряемой величины А соответс".вуст большее значение напряжения

U и í-оборот. Вследствие чего с у сличением А частота f увеличивается, а уменьшением А — уменьшается.

После подстановки получаем:

f=

p — п1 r1."ю 104143

Напряжение частоты t, получешгое от преобразователя на передающем пункте, может быть передано на расстояние на при»мный пункт, где требуется воспроизвести измеряемую ве:Ië÷èíó А.

Нелинейность характеристики j ==y(U,.) не позволяет использовать какую-либо из известных схем измеpineлей частоты для воспроизвед»ния значения U,, а следовательно, и .".:ià÷åïèë измеряемой величины А, TH« как это исключает всзможност -. осуществления суммирования на п р и ем н ой стор о не.

Задача решается преобразованием напряжения переменной частоты м»тодом, обратным методу преобразования измеряемого напряжения на передающей стороне.

Преобразователь приемного пунк та в предлагаемом устройстве для тел»измерения представляет собсй конденсаторный приемник. состоящий нз измерительного конденсатора, включенного в цепь заряда, питаемую от источника постоянного напряжения через электронный переключатель, переключающий указанную цепь с частотой приходящих импульсов, н ссединенного через выпрямитель с дифференциальным ламповым вольгметром, измеряющим максимальные значения напряжения на конденсатопе.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя на передающем пункте устройства для тел»измерения; на фиг. 2 — эквивалентная схема части этого преобразс вателя; на фиг. 3 — эквивалентная схема части преобразователя на приемном пункте, на фиг. 4 — принципиальная схема этого преобразовагеля.

Элементы передающей части устройства, представляющей собсй преобразователь измеряемого напряжения в напряжение переменной частоты, выполняют функции сравнения двух напряжений, фиксации результата сравнения и переключения цепи заряда конденсатора в момент равенства напряжений для осуществления автоколебательного процесса, Задача сравнения двух напряжений и фиксации результата в преобразователе решается с помощью амплитуднсго «омпаратора, состоящего из триггерной лампы J7i и пусковой лампы Л.

Переключение цепи заряда конденсатора осуществляется с помощью переключательной лампы 7;„ работающей от триггерпой лампы, i ..

Преобразуемое напряжение U,.„ получаемое ст индукционного преобразователя, подает-.я на первичную осмстку 1_#_i входного трансформатюра. Напряжение с вторичных обмоток

Ч" и 11 этого трансформатора после выпрямления (с помощью вентилей

В) и сглаживания (с помощью конденсаторов С) подается на сеточные цепи лампы Л2.

Конденсатор Ci, включенный м»жду сетками лампы Л, заряжается через сопротивл»ния Ri от источьппса анодногс напряжения U .

Цепь заряда конденсатора С> пере ключается с помощью лампы Лз.

Сетки и катод лампы Лз соединены с сетками и катодом триггерной лампы Л таким образом, что при открывании одной (например левой) половины лампы Л открывается соответствующая (левая) половина лампы

Лз, а при открывании другой (например правой) половины лампы

Л открывается соответствующая (правая) половина лампы Лз.

Приведенная схема образует автсколебательную систему, частота колебаний которой определяется величиной напряжения и скоростью пер»заряда конденсатора С> через сопротивление Ri от источника анодногс напряжения U .

На фиг. 2 приведена эквивалентная схема включения ламп Л и Л„-. дающая наглядную картину работы преобразователя. В этой схеме лампа Лз заменена тройниковым контактом П, а опорные напряжения услов— но показаны в виде батарей с напряжением U„. Внутреннее сопротивление лампы Лз постоянному току представлено в виде сопротивления

R„.

Нормально обе половины лампы

Л, заперты напряжением U . При показанном на схеме положении тройникового контакта П между катодом и сеткой левой половины лампы включена батарея, а между катодом и сеткой правой половины лампы № 104143 — батарея и конденсатср Сь При этом левая половина лампь, заперта отрицательным напряжением U,, а правая половина лампы находится под воздействием разности напряжения U и напряжения на конденсаторе Сь

Конденсатор С> заряжается через правое сопротивление Rj и напряжение между его обкладками растет по экспоненциальному закону. Когда величина напряжения на конденсаторе Ci приблизится к величине напряжения U» разность напряжений между катодом и сеткой правой половины лампы станет близкой к нулю, лампа откроется и вызовет переброс триггера в новое устойчивое состояние, в результате чего тройниковый контакт П перейдет в правое положение.

После переключения тройникового контакта начинается перезаряд конденсатора С в обратном направлении через левое сопротивление Rj.

При возрастании напряжения на конденсаторе до строго определенной величины, близкой к U,,происходит новое переключение и т. д, В схеме возникают автоколебания с периодом, определяемым временем перезаряда конденсатора Cj через сопротивление Rj от напряжения + U„po напряжения — U .

Время перезаряда конденсатора С может быть определено из следующего выражения:

2U„=(U +U„) 1 — е откуда после преобразований получаем:

t=R,с,ln(). (lj

Из формулы для t непосредственно следует, что период автоколебаний не зависит от колебаний напряжения

U и напряжения U,, если эти напряжения,изменяются в одинаковой степени.

Это очень важная особенность предлагаемого электронного преобразователя, которая обеспечивает возможность точного преобразования угла поворота рамок индукционных преобразователей в напряжение переменной частоты при наличии значительных колебаний питающего напряжения.

Примененный в преобразовател . амплитудный компаратор, состоящий из триггерной и пусковой ламп, ооеспечиvàåò высокую точность и большую скорость реагирования ш определсн»ую величину разности на пряже»и.й.

Изменение напряжения на конденсаторе С происходит на участке максимальной кр тнзны экспоненциальной кривой. Положительное влиян»е указаншых факто(ов сказывается в высокой точности и высокой стабильности работы преобразователя.

Для того чтобы характеристика преобразсвателя имела малую нелинейность, величину напряжен»я

U» надо брать незначительной по сравнению с величиной напряжения

U„.

Нелинейность характеристики можно свести к нулю, если в общий провод к сопротивлениям Rj включить небольшое напряжение от специальной обмотки входного трансформатора (не показанной на схеме) в противофазе с напряжением U „.

Напряжегние от индукционных преобразсзателей подается в сеточные цепи пусковой лампы. Требуемая величина напряжения UÄ »е превыша. ет 10 в. Поэтому потребление мощности от индукционных преобразователей является весьма незначительным и»х раоота происходит при оптимальных условиях.

Описываемый электронный преобразователь позволяет получить частоты от небольших долей герца до гескольких килогерц, чем обеспечивается перекрытие всего требуемого для дальних телеизмерений диапазона частот.

Вариации частоты определяются вариациями измеряемого напряжения U . и могут быть, выбраны в любых нужных пределах.

При точном расчете периода колебаний преобразователя Беобходимс учитывать падение напвяжения на сопротивлении лампы Л и то обстоятельство, что переброс триггера происходит не при нулевом, а при некотором неоольшом отрицательном напряжении между сеткой и катодом лампы Л .

Принцип устройства преобразователя на приемном пункте поясняется № 104143 эквивалентной схемой, показанной на фиг. 3.

При показанном на этой схеме положении тройникового контакта П конденсатор С, заряжается через правое сопротивление R; от источника тока с напряжением Е, причем правая обкладка заряжается положительно, а левая — отрицательно.

При,переходе тройникового контакта П в правое положение конденсатор С, начинает перезаряжаться з обратном направлении — через легое сопротивление Л,.

При непрерывном переключении тройникового контакта П с некоторой частотой конденсатор С> непре.рывно перезаряжается от напряжения + U до напряжения — U и наоборот.

Это напряжение может составлять только небольшую часть от напряжения Е источника питания. Величина напряжения U определяется временем замыкания контакта П, величиной напряжения Е и постоянной времени цепи заряда конденсатора т=

= C1 R1.

Эти величины связаны между собой следующим соотношением:

2U=(E —, U 1 — е откуда после преобразования по..,чаем:

Это выражение идентично выражению (1) для полупериода колебаний на выходе преобразователя измеряемого напряжения в напряжение переменной частоты, установленного на передающем пункте.

Приравнивая выражения для (и г, принимая R1CI —— R; С;, после преобразований получаем: а+ х Е+ U

U — U, Š— U а F

Обозначая — =К1 и — = К2

U,, U и подставляя,в равенство (3) значения К1 и К2, получаем:

К) + 1 2+ (4)

К, — 1 К, — 1

Это равенство справедливо только при условии, если К =К .

v. r..

Отсюда следует, что — = =, и

U, U следовательно, U-= U, а (5) Таким образом, напряжение Г, при равенстве постоянных времени

RI ° С, =R; C, линейно зависит от напряжения U,- на передающей стороне и, следовательно, представлен ная схема на фиг. 3 может быть применена для воспроизведения значения измеряемой величины на приемном пункте.

В схеме по фиг. 4 для переключения измерительного конденсатора

С;, заряжаемого через со противления RI, используется вместо трой:-икового контакта:двоенная трехэлект. родная лампа . 74, обе половины которой нормально заперты не показанным на схеме отрицательным напряжением.

Импульсы с выхода электронного преобразователя измеряемого напряжения IB напряжение, переменной I;1стоты на передающей стороне, чере» канал связи и входной усилительограничитель с триггерной лампой на выходе, на приемной стороне пост„пают на вход преобразователя приемника. При этом каждая .половина лампы Л4 попеременно открывается и запирается на время, равное полупериоду колебаний, в результате чего конденсатор С, непрерывно переза ряжается с частотой приходящих импульсо.в, Напряжение с конденсатора CI через конденсатор С2 поступает на выпрямительную схему, собранную по схеме удвоения и состоящую из вентилей В и конденсаторов Со.

Сопроти вление R, шунтирующее выход выпрямительной схемы, выбирается достаточно большой величины. Это необходимо для того, чтооы постоянное напряжение на этом сопротивлении по величине соответствовало амплитудному значению напряжения U, снимаемого с конденсатора С1 . При соблюдении этого условия напряжение на сопротивлении

Rq будет строго пропорционально на№ 104143 пряжению U,. на передающей стороне и, следовательно, будет служить мерой этого напряжения.

Для воспроизведения значения измеряемой величины необходимо решить задачу измерения постоянного напряжения на сопротивлении Rq без потребления тока. Эта задача может быть решена разными путями и, в частности, путем использования дифференциальной схемы катодного повторителя, приведенной на фиг. 4.

В,повторителе применена сдвоенная т(ехэлектродная лампа Ль с сопротивлениями R:, и RI; в цепях катодов.

Указывающий прибор 1 включен между катодами лампы Л„через балластное сопротивление Р4.

Напряжение с сопротивления R подается на сетку левой половины лампы Л . На сетку правой половины этой лампы подается напряжение от делителя анодного на пряженпя, COCTBB;ICiiHOI о HB CCiipOTIIB ICHI4É Ry H

Rs.

Это дает возможность установить баланс токов в схеме при любом значении частоты и,.в частности, при минимальном ес значении. В последнем случае, минимальной частоте будет сGQTBBTcTIBGBBTb нулевое значение тока через прибор 1, а максимальной частоте — максимальное значение тока.

Легко показать, что при соблюдении определенных условий величина тока 1 через указывающий прибор i строго пропорциональна измеряемой величине А.

Предмет изобретения

1. Устройство для телеизмерения, содержащее на передающем пункте автоколебательную систему, преобразующую измеряемое напряжение в.напряжение переменной частоты, а на приемном пункте — конденсато1ный . приемник, о тл н ч а ю ще е с я тем, что. с целью повышения точности и стабильности работы ycTpoI4ciва, конденсатор, входящий в автоколебательную систему, включен в цепь заряда, питаемую от источника по. стоянного напряжения и переключаемую электронным переключателем, срабатывающим по достижении напряжением на конденсаторе значения, рагного измеряемому напряжению.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что измерительный конденсатор на .приемном пункте включен в цепь заряда, питаемую от источника постоянного напряжения через электронный переключатель, переключающий указанную цепь с частотсй приходящих импульсов, и соединен через выпрямитель с дифференциальным ламповым вольтметром, измеряющим максимальные значения напряжения на конде с 1торс.

Приоритет по п. 2 от 19 октября

1953 г.

Фиг. 2

Фиг. 3

Я /

5 + а

Фиг. 4

2 („, - ь ) (-i- д -

) !

P5+

¹o 104143 — — — +E

1 — Rg+ 1