Аналоговый измеритель малой относительной разности скоростей

 

АНАЛОГОВЫП ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАЗНОСТИ СКОРОСТЕЙ содержащий два преобразователя скорости в частоту, соединенные через блок формирования импульсов входных частот с входами блока вычитания, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования импульсов тока разностной частоты, включающего в себя два управляемых ключа, соединенных информационными входами соответственно с разнополярными источниками постоянного тока, а выходами - с выходом блока формирования импульсов тока разностной частоты, выход которого соединен с входом фильтра, блок формирования временных интервалов, выход которого ;соединен с входами управления ключей , информационный вход первого ключа соединен с выходом фильтра, а его выход и информационный вход второго ключа соединены с входом операционного усилителя с параллельной RC-цепочкой в цепи его обратной связи, резистор которой включен, между выходами второго ключа и операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности измерения и расширения его эксплуатационных возможностей, в него введены триггер, два элемента И-НЕ, в блок формирования иг-тульсов тока разностной частоты введены две дифференцирующие, цепочки, два элемента И и два RS-триггера, S-входы которых являются первш и вторым входами блока формирования импульо S сов тока разностной частоты,.а их единичные выходы через элементы И (Л подключены к управляющим входам управляемых ключей, управляющий вход блока формирования иг-шульсов тока разностной частоты соединен с вторыми входами элементов И непосредственно , и с R-входами триггеров через дифференцируиедие цепочки и подключен к выходу блока формирования временных интервалов, П1,и этом выходы блока вычитания роединены с входами триггера, выходы которого о: соединены с первыми входами элемен-ч1 тов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами блока форкшрования входных частот, выходы элементов И-НЕ соединены с входом блока формирования временных интервалов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(51) G 01 R 23 09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3381197/18-21 (22 ) 07. 01. 82 (46) 07.10.83. Бюл. Р 37 (72 ) В. Ф. Барков, О. Н. Мель ников, В. Е. Гайдуков и ll. Д. Козлова (71 ) Опытное производственно-техническое предприятие "Уралчерметавтоматика" (53 ) 621. 317 (088. 8 ) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

9 765740, кл. G 01 R 23/09, 1980, 2. Авторское свидетельство СССР

9 662879 кл. G 01 R 23/00, 1979. (54 ) (57 ) АНАЛОГОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАЗНОСТИ СКОРОСТЕЙ содержащий два преобразователя скорости в частоту, соединенные через блок формирования импульсов входных частот с входами блока вычитания, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования импульсов тока разностной частоты, включающего в себя два управляемых ключа, соединенных информационными входами соответственно с разнополярными источниками постоянного тока, а выходами — с выходом блока формирования импульсов тока разностной частоты; выход которого соединен с входом фильтра, блок формирования временных интервалов, выход которого соединен с входами управления клюеЕ чей, информационный вход первого клю. ча соединен с выходом фильтра, а его выход и информационный вход второго

„„SU„„046700 А ключа соединены с входом операционного усилителя с параллельной RC -цепочкой в цепи его обратной связи, резистор которой включен. между выходами второго ключа и операционного усилителя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения его эксплуатационных возможностей, в него введены триггер, два элемента И-НЕ, в блок формирования импульсов тока равнастной частоты введены две дифференцирующие цепочки, два элемента И и два RS-триггера, 5-входы которых являются первым и вторым входами блока формирования импульсов тока разностной частоты,,а их единичные выходы через элементы И подключены к управляющим входам управляемых ключей, управляющий вход блока формирования импульсов тока разностной частоты соединен с вторыми входами элементов И непосредственно, и с R-входами триггеров через дифференцирующие цепочки и подключен к выходу блока формирования временных интервалов, п и этом выходы блока вычитания соединены с входами триггера, выходы которого соединены с первыми входами элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами блока формирования входных частот, выходы элементов И-НЕ соединены с входом блока формирования временных интервалов.

1046 700

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение, например, в высокоточных,измерителях малой относительной разности скоростей при из леренъи

Вытяжки, растяжения или обжатия поло . сы в прокатном производстве.

Известен аналоговый преобразова,тель относительной разности частот, .содержащий формирователь импульсов разностной частоты, управляющий ключом на входе интегратора, выход которого соединен с первым входом сум: матора напряжений, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения и,с информационным входом ключа С13

Известное устройство имеет недостаточную точность при измерении ма лой относительной разности частот из-за смещения нуля интегратора и фазовой погрешности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения малой относительной разности скоростей, которое содержит, преобразователи скорости в частоту, i связанные через блок формирования входных частот с входами блока вычитания, подключенный к его выходам блок формирования импульсов тока разностной частоты, включенный на его выходе RC-фильтр, блок формирования временных интервалов, выходной операционный усилитель с RC-цепочкой в цепи его обратной связи и два управляемых ключа. Информационный выход первого клича и информационный вход второго ключа соединены с входом операционного усилителя, информационный вход первого и выход второго ключей соединены с резисторами фильтра и операционного усилителя соответственно (2 j.

Сфера применения известного устройства ограничена механизмами с постоянным направлением движения.

Для измерения относительной разности скоростей механизмов, меняющих награвление движения (например, для измерения обжатий на реверсивных прокатных станах), его требуется дополнительно снабжать блоком формирования сигнала направления вращения механизмов и устройством переключения входа запуска блока формирования временных интервалов.

Цель изобретения — повышение точности измерения при упрощении устройства и расширение его эксплуатационных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговый измеритель, содержащий два преобразователя скоросги в частоту, соединенные через блок формирования импульсов входных частот с входами блока вы50

60 б5 разности скоростей; на фиг. 2 — временные диаграммы.

Устройство содержит преобразователи 1 и 2 скорости в частоту, блок

3 формирования импульсов входных частот, блок 4 вычитания, блок 5 формирования временных интервалов, триггер 6, зле ленты И-НЕ 7 и 8, блок

9 формирования импульсов тока разностной частоты, фильтр 10, кличи

11 и 12, операционный усилитель 13 с резистором 14 и конденсатором 15 обратной связи.

Блок 9 содержит две дифференцирующие цепочки 16 и 17, RS-триггеры 18 и 19, элементы И 20 и 21, источники 22 и 23 тока (положительной читания, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования импульсов тока разностной частоты, включающего в себя два управляемых ключа, соединенных информационными входами соответственно с разнополярными источниками постоянного тока, а выходами — с выходом блока формирования импульсов

10 тока разностной частоты, выход котоI рого соединен с входом фильтра, блок формирования временных интервалов, выход которого соединен с входами управления ключей, информационный вход первого ключа соединен с выходом фильтра, а его выход и информационный вход второго ключа соединены с входом операционного усилителя с параллельной К -цепочкой в цепи его

® обратной связи, резистор которой включен между выходами второго ключа и операционного усилителя, введены триггер, два элемента И-НЕ, в блок формирования импульсов тока разност25 ной частоты введены две дифференцирующие цепочки, два элемента И и два RS-триггера, S-входы которых являются .первым и вторым входами блока формирования импульсов тока

З0 разностной частоты, а их единичные выходы через элементы И подключены к управляющим входам управляемых ключей, управляющий вход блока формирования импульсов тока разностной частоты соединен с вторыми входами элементов И непосредственно, и с

R-входами триггеров через дифференцирующие цепочки и подключен к выходу блока формирования временных интервалов, при этом выходы блока

40 вычитания соединены с входами триггера, выходы которого соединены с первыми входами элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами блока формирова45 ния входных частот, выходы элементов И-HE соединены с входом блока формирования временных интервалов.

На фиг. 1 показана структурная схема измерителя малой относительной

1046700 вх О О (2 -1

65 и отрицательной полярностей ) и клк чи 24 и 25. Фльтр 10 состоит и.-. резистора 26 и конденсатора 27.

При измерении относительной разности скоростей по отношению к меньшей. скорости вторые входы элементов

И НЕ 7 и 8 с выходами блока 3 соединяются так, как показано на чертеже, а при измерении по отношению н большей скорости выходы блока 3 соединяются так: первый с вторым входом элемента 7, второй - с вторым входом элемента 8, Устройство работает следующим образом.

Если разность скоростей отсутствует соответственно отсутствуют и импульсы разностной частоты на обоих выходах блока 4. При этом на вторые входы элементов И-HE 7 и 8 с выходов блока 3 поступают импульсы с одинаковой частотой fp, пропорциональ— ной скорости V контролируемых объо ектов. При отсутствии импульсов разностной частоты на входы R u S триггера б поступают сигналы высокого уровня (сигналы "1" ) и триггер 6 находится в неопределенном состоянии.

На вход запуска блока 5 поступают импульсы текущей частоты f которые вызывают формирование на выходе блока 5 импульсов с уровнем "1" длительностью tp и частотой

Эти импульсы, поступая через дифференцирующие цепочки 16 и 17 на

R-входы триггеров 18 и 19, устанавли. вают их в такое состояние, при котором на выходах триггеров, соединенных с первыми входами элементов

И 20 и 21, обеспечивается состояние "0".

Одновременно выходные импульсы блока 5 поступают на вторые входы элементов И 20 и 21 и на управляющие входы ключей 11 и 12.

На выходах элементов И 20 и 21 из-за наличия на первых входах сигналов "0" постоянно устанавливается сигнал "0", который, поступая на управляющие входы ключей

24 и 25, обеспечивает разрыв их информационных цепей. При этом ток от источников 22 и 23 тока на выход управляемого блока 9 и соответственно на вход RC-фильтра 10 и вход операционного усилителя 13 не поступает.

Сигналы "1" длительностью tp, следующие с частотой fp и поступающие на управляющие входй ключей 11 и

12, вызывают периодическое замыкание их информационных цепей.

Поскольку ток на выходе усилителя 13 от"сутствует, выходной сигнал усилителя равен нулю.

При наличии разности скоростей (фиг. 2) и соответственно разности

45 выходных частот f< и f> преобразователей 1 и 2 (Г v f„) на вхрд S-триг: гера б с выхода блока 4 будут поступать импульсы "0", благодаря которым на выходе триггера б, соединенном с входом элемента H-HЕ 1, установится состояние "0" °

При этом на вход запуска блока 5 с выхода элемента И-НЕ 8 будут поступать импульсы меньшей частоты Ф

При появлении каждого импульса разностной частоты f „,=(f2-1 ) триг.1 гер 19 переключается по айходу в состояние "1", в то время как триггер 18 по выходу постоянно находится в состоянии "0".

Поскольку импульсы разностной частоты являются повторными имнульсами большей частоты в периОде меньшей частоты, то в момент переключения триггера 19 выходной сигнал блока 5 соответствует сигналу "0".. при последующем запуске блока 5 импульсом меньшей частоты на выходе блока 5 формируется на время t curl l I l о нал 1, который, поступая на второй .вход элемента И 21, вызывает на его выходе (на это время) сигнал

"1", обеспечивающий замыкание аналоговогo ключа 25. По окончании выходного импульса блока 5 аналоговый ключ 25 размыкается.

Задний фронт выходного импульса блока 5 через дифференцирующую цепочку 17 переключает триггер 19 в исходное состояние, при котором на

его выходе устанавливается сигнал "0"

За время tp от источника 23 тока на вход IC-фильтра 10 и далее на вход операционного усилителя 13 поступит заряд q, равный q =i i tp где о — ток йсточника тока отрицательной полярности.

При разностной частоте f ц = (f 2- f) на вход усилителя 13 будет йостуйать средний ток i „., равный

Выходное напряжение Ue,„óñèëèòåëÿ 13 с учетом работы аналогового ключа „12 равно

ВХ М 1 о(2 1) "Ц выл sx obp ce tp.т.е. выходное напряжение усилителя, а также устройства в целом, пропорционально относительной разности частот по отношению к меньшей часто" те, или относительной разности скорости по отношению к меньшей скорости.

При Г i 12 импульсы разностной частоты fp„ (f„ -fz ), поступая на вход R триггера б, переключат его в состояние "0" по выходу, соединенному с входом элемента И-ЙЕ 8, бла-годаря чему на вход запуска блока 5

1046700

; Юо, .Л, а Р"/7 Уг

j9/А . ЯУ

Ж х ЯсоедсРИ) 7

ВНИИПИ Заказ 7724/45 Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïpîåêòíàÿ,4 будут и оступать импульсы ч а ст оты

Г (т. е. по-прежнему меньшей частоты) с выхода элемента И-ЙЕ 7 °

Каждый импульс разностной частоты будет переключать по выходу триггер 18 в состояние "1" и при поступлении последующего иМпульса меньшей частоты — частоты f2 на вход операционного усилителя 13 от источника 22 тока через аналоговый ключ

24 будет поступать в течение времени и ток i, a на выходе усилителя

13 будет напряжение, равное

А/х У/ а 8х 7 /г

Юых ///а ЮхЮ

Вых. 4 на 8i. МГВТ фг дыха ма 8х. 18ЯВхИ р 4/х i, j

Юих Б //а Як 7

Л/хБ //а /ха дых. 16(1 ноЬЯ(В

ЬЬ, Ж/х Ял/а 8х Я

Рб/х М /3юа Ю. Ю /рг

A/x Pf //а ЮхЯ,/ар

Таким образом, измерение относительной разности частот выполняется по отношению к меньшей частоте.

Ошибка измерения в схеме предлагаемого устройства определяется толь ко минимальными погрешностями параметров, т.е. в отличие от прототипа не зависит от точности задания временных интервалов, например о

Следователь но, предлагаемое реше10 ние позволяет достигнуть и при более простой реализации устройства того же уровня точности (0, 05-0, 2% ), который в прототипе может быть обеспечен только путем применения слож 5 ных и дорогостоящих прецизионных

ПЧН. При этом быстродействие устройства сохраняется.