Устройство для измерения и контроля технологических параметров

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащее первый датчик контролируемого параметра, последовательно соединенные усилитель постоянного тока, первый ключ, интегратор и нуль-орган, последовательно соединенные генератор опорной частоты, второй ключ и первый счетчик импульсов , третий ключ, выход которого подключен к входу интегратора, и источник опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контролируемого параметра и надежности устройства , в него введены второй датчик контролируемого параметра, блок распределения импульсов управления,содержащий первый триггер, распределитель импульсов управления, первый и второй элементы И и первый элемент НЕ, компаратор, регистр памяти,второй и третий счетчики импульсов, блок контроля, содержащий третий и четвертый элементы И, второй элемент НЕ, второй и третий триггеры, пятый и шестой элементы И и первый элемент ИЛИ, регулируемый источник опорного напряжения, блок автоподстройки, содержащий седьмой элемент И, четвертый и пятый триггеры, восьмой и девятый элементы И и второй элемент ИЛИ, десятый элемент И, первый и второй элементы задержки и комму .татор; к измерительным входам которого подключены первый и второй датчики контролируемого параметра и источник опорного напряжения, а выход коммутатора подключен к входу усилителя постоянного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа, выход нуль-орган соединен с вторым входом интегратора, счетным входом четвертого триггера, входом первого элемента НЕ, первыми входами пятого и шестого элементов И, компаратора и десятого элемента И, первый выход первого счетчика импульсов СО подключен к информационному входу регистра,памяти, второму входу компаратора и первым входам третьего, четве ого и седьмого элементов И, а второй выход - к счетному входу первого, триггера, неинвертирующий выход которого подключен к входу распределителя импульсов и второму со 9 входу первого ключа, а инвертирующий выход - к первым входам первого и второго элементов. И, а также к вторым входам нуль-органа и седьмого элемента И, выход которого подключен к счетному входу пятого триг3d гера, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым управляющим входом коммутатора, второй выход с первыми входами второго и третьего счетчиков импульсов, установочными входами четвертого и пятого тpиггeJ oв и вторым управляющим входом коммутатора, третий вы|Ход - с третьим управляющим вхо-, дом коммутатора и вторым входом

СОКИ СОВЕТСКИХ

ХЦ Ц

РЕСПУБЛИК (1Þ (П) 4 (51)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ! с (21) 3641474/24-24 (22) 14.09.83 ! (46) 23. 01. 85. Бюл. Р 3 (72) С.И.Животченко и В.Г.Гузий (53) 621.396(088.8) (56) Анферов В.П., Михальков В.М.

Цифровой термометр с электронным регулятором. — Приборы и техника эксперимента,1980, Р 2, с.215.

2.Буй Ван Шанг, Зорий В.И., Ковальчук Н.Г. Цифровой .термометр.— Прибаоостроение, 1978, 9 2, с.109-110 (прототип). (54)(57) уСТРОйСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ И

КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащее первый датчик контролируемого параметра, последовательно соединенные усилитель постоянного тока, первый ключ, интегратор и нуль-орган, последовательно соединенные генератор опорной частоты, второй ключ и первый счетчик импульсов, третий ключ, выход которого подключен к входу интегратора, и источник опорного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контролируемого параметра и надеежности устройства, в него введены второй датчик контролируемого параметра, блок распределения импульсов управления,содержащий первый триггер, распределитель импульсов управления, первый и второй элементы И и первый элемент

НЕ, компаратор, регистр памяти,второй и третий счетчики импульсов, блок контроля, содержащий третий и четвертый элементы И, второй элемент

НЕ, второй и третий триггеры, пятый и шестой элементы И и первый элемент

ИЛИ, регулируемый источник опорного напряжения, блок автоподстройки, содержащий седьмой элемент И, четвертый и пятый триггеры, восьмой и девятый элементы И и второй элемент

ИЛИ, десятый элемент И, первый и второй элементы задержки и коммутатор, к измерительным входам которо— го подключены первый и второй датчики контролируемого параметра и источник опорного напряжения, а выход коммутатора подключен к входу усилителя постоянного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа, выход нуль- орган соединен с вторым входом интегратора, счетным входом четвертого триггера, входом первого элемента НЕ, первыми входами пятого и шестого элементов И, компаратора и десятого элемента И, первый вы- Q ход первого счетчика импульсов подключен к информационному входу регистра памяти, второму входу компаратора и первым входам третьего, четвертого и седьмого элементов И, а второй выход — к счетному входу первого триггера, неинвертирующий выход которого подключен к входу распределителя импульсов и второму входу первого ключа, а инвертирующий выход — к первым входам первого и второго элементов. И, а также к вторым входам нуль-органа и седьмого элемента И, выход которого подключен к счетному входу пятого триггера, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым управляющим входом коммутатора, второй выходс первыми входами второго и третьего счетчиков импульсов, установочными входами четвертого и пятого триггеров и вторым управляющим входом коммутатора, третий вы ход — с третьим управляющим входом коммутатора и вторым входом.113б11б десятого элемента И, выход второго элемента И подключен к входу, второго элемента НЕ и вторым входам пято

ro и"шестого элементов И, выход десятого элемента И подключен к входу первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго ключа и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к установочному входу регистра памяти, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам второго и третьего триггеров, а выход второго элемента НЕ соединен с установочными входами третьего и четвертого триггеров, неинвертирующий выход второго триггера подключен к третьему входу пятого элемента И, инвертирующий выход третьего триггера — к третьему входу шестого элемента И, выхщ г пятого и шестого элементов И соединены соответственно ключ, счетчик импульсов и цифровое отсчетное устройство, генератор опорной частоты, выход которого подключен к второму входу второго ключа, 5 последовательно соединенные источник опорного напряжения и третий ключ, выход которого подключен к входу интегратора, устройство управления

$2) .

1Q Недостатками известного устройства являются .необходимость периодических калибровок, уменьшение точности измерений в процессе эксплуатации, после калибровки, из-за нестабильности характеристик усилителя постоянного тока и интегратора, наличие температурной составляющей погрешности измерения в момент включения устройства и при работе его в широком диапазоне температур окружающей среды, отсутствие контроля градуировочной характеристики датчика и, следовательно, низкая функциональная надежность.

Цель изобретения - повышение точности измерения контролируемого параметра и надежности устройства.Поставленная цель. достигается тем что в устройство для измерения и контроля технологических параметров, содержащее первый датчик контролируемого параметра, последовательно соединенные усилитель постоянного

- тоха, первый ключ, интегратор и нуль-орган, последовательно соеди35 ненные генератор опорной частоты, Изобретение относится к автомати-. ке и может использоваться для построения систем сигнализации и управления.

Известно устройство, осуществляющее цифровое преобразование контролируемого параметра, сравнение его с заданным значением и выдающее команду в схему управления, состоящее из задатчика, дифференциального усилителя,генератора пилообразного напряжения, двух компараторов, генератора импульсов, счетчика, цифроаналогового устройства и декадного переключателя P) .

Недостатками такого устройства являются необходимость периодических калибровок, уменьшение точности измерения и регулирования температуры в процессе эксплуатации, после калибровки, из-за нестабильности характеристик дифференциального усилителя и генератора пилообразного напряжения,. слабая помехозащищенность от импульсных и периодических помех, поскольку дифференциальный усилитель и компараторы не обесчивают эффективное .подавление помех, отсутствие контроля градуировочной характеристики датчика и, следов ельно, низкая функциональная надежность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой термометр, содержащий пос ледовательно соединенные датчик, усилитель постоянного тока, первый ключ, интегратор, нуль-орган, второй с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, первый выход компаратора подключен к второму входу второго счетчика, а второй выход компаратора — к второму входу третьего счетчика, выкод второго счетчика соединен с четвертым входом пятого элемента И, а выходы третьего счетчика - c четвертым входом шестого элемента И, неинвертирующий выход четвер ого триггера подключен к первому входу восьмого элемента И, а инвертирующий — к первому входу девятого элемента Я, неинвертирующий выход пятого триггера соединен с вторым входом девятого триггера, а инвертирующий выход — с вторым входом восьмого элемента И, инвертирующий выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, а вйход девятого элемента И вЂ” к второму входу второго элемента

ИЛИ. второй ключ и первый счетчик импульсов, третий ключ, выход которого под.

1136116 ключен к входу интегратора, и источник опорного напряжения, введены второй датчик контролируемого параметра, блок распределения импульсов управления, содержащий первый триггер, распределитель импульсов управления, первый и второй элементы И и первый элемент НЕ, компаратор, регистр памяти, второй и третий счетчики импульсов, блок контроля, со-. держащий третий и четвертый элементы И, второй элемент НЕ, второй и третий триггеры, пятый и шестой элементы И и первый элемент ИЛИ,регулируемый источник опорного напряжения, блок автоподстройки,ссдер- 15 жащий седьмой элемент И,четвертый и пятый триггеры, восьмой и девятый элементы И и второй элемент ИЛИ, десятый элемент И, первый и второй элементы задержки и коммутатор, к измерительным входам которого подключены первый и второй датчики конт ролируемого параметра и источник опорного напряжения, а выход коммутатора подключен к входу усилителя 75 постоянного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа, выход нуль-органа соединен с вторым входом интегратора, счетным входом четвертого триггера, входом первого элемента НЕ, первыми входами пятого и шестого элементов И, компаратора и десятого элемента И, первый выход первого счетчика импульсов подключен к информационному входу регистра памяти, второму входу компаратора и первым входам третьего, четвертого и седьмого элементов И, а второй 40 выход — к счетному входу первого триггера, неинвертирующий выход кото;. рого подключен к входу распределителя импульсов и второму входу первого ключа, а инвертирующий выход — 41 к первым входам первого и второго элементов И, а также к вторым входам нуль-органа и седьмого элемента

И, выход которого подключен к счет-: ному входу пятого триггера, выход nepg0 вого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым управляющим входом коммутатора, второй выход — с первыми входами второго.и третьего счетчиков импульсов, . установочными входами четвертого и пятого триггеров и вторым управляю- 60 щим входом коммутатора, третий выход — с третьим управляющим входом коммутатора и .вторым входом десятого элемента И, выход второго элемента

И подключен к входу второго злемента HE и вторым входам пятого и шестого элементов И, выход десятого элемента И подключен к входу первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго ключа и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к установочному входу регистра памяти, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам второго и третьего триггеров, а выход второго элемента

HP. соединен с установочными входами третьего и четвертого триггеров, неинвертирующий выход второго триггера подключен к третьему входу пятого элемента И, инвертирующий выход третьего триггера — к третьему входу шестого элемента И, выходы пятого и шестого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, первый выход компаратора подключен к второму входу второго счетчика, а второй выход компаратора — к второму входу третьего счетчика, выход второго счетчика соединен с четвертым входом пятого элемента И, а выход третьего счетчика — с четвертым входом шестсгс элемента И, неинвертирующий выход четвертого триггера подключен к первому входу восьмого элемента И, а инвертирующий — к первому входу девятого элемента И, неинвертирующий выход пятого триггера соединен с вторым входом девятого триггера, а инвертирующий выход — с вторым входом восьмого элемента И, инвертирующий выход кото" рого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, а выхсд девятого элемента И вЂ” к второму входу второго элемента ИЛИ.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — временная диаграмма его работы; на фиг.3-5 — структурные схемы соответственно блока распределения импульсов, блока контроля и блока автоподстройки. устройство (фиг,1) содерит коммутатор 1, усилитель 2 постоянного тока, первый ключ 3, интегратор 4, нуль-орган 5, генератор.6 опорной частоты, второй ключ 7, первый счетчик 8 импульсов, блок 9 распределения импульсов, десятый элемент И 10, компаратор 11, регистр 12, второй счетчик 13 импульсоЪ, третий счетчик 14 импульсов, блок 15 контроля, третий ключ 16, регулируемый источник 17 опорного напряжения, блок

18 автоподстройки, источник 19 опор ного напряжения, первый датчик 20 контролируемого параметра, второй датчик 21 контролируемого параметра.

Блок 9 распределения импульсов (фиг.3) содержит первый триггер 22, 1136116 распределитель 23 импульсов, первый элемент И 24, второй элемент И 25, и первый элемент НЕ 26.

Блок 15 контроля (фиг.4) содержит третий элемечт И 27, четвертый элемент И 28, второй триггер 29, 5 третий триггер 30, второй элемент HE

31, пятый и шестой 33 элементы И и первый элемент ИЛИ 34.

Устройстно (фиг ° 1) также содержит первый 35 и второй 36 элементы задерж 10 ки.

Блок 18 автоподстройки (фиг. 5) содержит седьмой .элемент И 37, четвертый 38 и пятый 39 триггеры, восьмой 4Q и девятый 41 элементы И и второй элемент ИЛИ 42.

Устройство работает автоматически с непрерывным повторением одинаковых циклов работы. Цикл работы состоит из трех тактов: автопод- 20 стройки, измерения сигнала U перного датчика 20 контролируемого параметра, измерения сигнала U2 второго датчика 21 контролируемого параметра. 25

Формирование циклов работы обеспечивается блоком 9 распределения импульсов (фиг.3). Сигналы с выходов триггера 22 управляют первым 3 и третьим 16 ключами, а сигналы с выходов распределителя 23 импульсов формируют такты работы. Элемент

И 25 предназначен для получения сигнала в промежутке времени

B момент времени (, (фиг.2) напряжение 0, соответствующее заданному значению контролируемого параметра (уровня сигнализации или регулирования), с выхода источника 19 опорного напряжения через коммутатор 1, усилитель 2 постоянного тока и первый 40 ключ 3 подается на вход интегратора

4. В результате выходное напряжение интегратора начинает линейно увеличиваться. Через интервал временй Т, определяемый временем заполнения пер.-45 ного счетчика 8 импульсов, имеющего емкость И, импульсами от генератора

6 опорной частоты, на втором выходе первого счетчика импульсов появляется сигнал, взводящий триг- 50 гер 22 блока 9 распределения импульсов. Сигналы с выходов триггера 22 размыкают первый ключ 3 и замыкают третий ключ 16. На вход интегратора

4 от регулируемого источника 17 опорного напряжения подается напряжение 0, имеющее полярность, обратную полярность 05. Напряжение на выходе интегратора 4 линейно уменьшается. В момен г времени достижения выходным напРяжением интег- 60 ратора 4 нулевого уровня на выходе нуль-органа 5 появляется сигнал,который устанавливает интегратор 4 в исходное состояние и через первые элементы НЕ 26 и И 24 размыкает треч 65

Т о

Т вЂ” интервал времени, соответствующий нап ряжению 0,.

Т вЂ” интервал времени, определяемый временем заполнения первого счетчика 8 импульсон Р4

0о — выходное напряжение регулируемого источника 17 опорного напряжения;

0 — выходное напряжение источ. ника 19 опорного напряжения.

В то же время где

Нь о (2) где N — количество импульсов заЭ полнения первого счетчика

8 импульсов, соответствующее напряжению 0 частота генератора 6 опорной частоты.

В промежутках времени 11-4, и 1 - 6 куль-орган 5 сигналом с выхода блока 9 распределения импульсов устанавливается в исходное состояние. тий ключ 16. Одновременно сигнал с выхода нуль-органа 5 поступает в блок 18 автоподстройки (фиг.5}, который работает только в промежутке времени (., — и взводит четвертый триггер 38. В этот же промежуток времени в блок 18 автоподстройки поступает сигнал с первого счетчика

8 импульсов. В момент заполнения первого счетчика 8 импульсов количеством импульсов N1 соответствующим напряжению ° U, на выходе седьмого элемента И 37 появляется сигнал, который возводит пятый триггер 39 (фиг.5) . Если четвертый триггер 38 срабатывает раньше пятого триггера

39, то на выходе восьмого элемента

И 40 появляется импульс отрицательной полярности, в противном случае на выходе девятого элемента И 41 появляется импульс положительной поляр" ности с длительностью, равной промежутку времени между срабатыванием четвертого 38 и пятого 39 триггеров.

Указанные импульсы изменяют напряжение регулируемого источника 17 опорного напряжения так, что срабатывание четвертого 38 и пятого 39 триггеров происходит одновременно, т.е. осуществляется подстройка интервала времени То до величины, соответствующей измеряемому напряжению

О) .Поскольку U> -copgt то для рассматриваемого процесса заряда интегратора 4 справедливо равенство

1136116

N

1 (4) где получаем

Первый счетчик 8 импульсов, в который непрерывно в течение всего цикла поступают импульсы с генератора б опорной частоты, автоматически устанавливается в нулевое состОяние в моменты времени, В эти моменты на его втором выходе появляется сигнал, вызывающий срабатывание первого триггера 22. В момент времени к входу интегратора 4 подключается напряжение (), и начинается такт измерения сигнала первого датчика

20 контролируемого параметра. В момент срабатывания нуль-органа 5 справедливо равенство

Т

= — U о (3) о где Т, — интервал времени, соответствующий напряжению U<

†. напряжение с первого датчика 30 контролируемого параметра.

Преобразуя выражение (3), используя равенства (1) и (2) и зависимость

N — число импульсов, накопленное счетчиком 8 импульсов в момент срабатывания нуль-органа 5 и соответствующее напряжению 0, И = — ° U

0 (5)

Из формулы (5) видно, что коэффициент преобразования напряжения в. число импульсов не зависит от параметров усилителя 2 постоянного тока, интегратора 4, генератора 6 опорной частоты. Это позволяет повысить точность измерения контролируемого параметра.

Сигнал с выхода нуль-органа 5 вызывает срабатывание первого 35 и второго 36 элементов задержки, при этом выходной сигнал с первого элемента 35 задержки в течение промежутка времени — 17 запрещает про5 хождение импульсов с выхода генератора б опорной частоты через второй ключ 7 на вход первого счетчика 8 импульсов, а сигнал с выхода второго элемента 36 задержки в момент времени разрешает запись кода числа импульсов И, в регистр 12 памяти, так как в прОмежутке времени (-18 разрешается прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через десятый элемент И 10. Информация с выхода регистра 12 памяти подается на внешнее устройство..

В момент времени 8 начинается такт измерения сигнала второго Дат5

65 чика 21 контролируемого параметра, протекающий аналогично второму такту, но при этом не происходит сраба. тывание первого 35 и второго 36 эле. ментов задержки.

Во втором и третьем такте в . момент срабатывания нуль-органа 5 компаратор 11 проверяет соотношение между К и й,, N, где число импульсов, соответствующее напряжению U, и соответственно выдает счетный импульс во второй 13 или третий счетчик 14 импульсов.

Если ), и )(больше или меньше М, то на выходе соответственно второго 13 или третьего 14 счетчика импульсов в течение промежутка времени ю — 1< будет сигнал о превышении или понижении величины измеренного параметра от заданного.

В течение промежутка времени 1 -, второй 13 и третий 14 счетчики им- пульсов установлены в исходное со стояние сигналом с выхода блока

9 распределения импульсов.

В течение промежутка времени

1ю - о на выходе блока 15 контроля будет сигнал Неисправнос"b датчиков, если гри N > Н t Ng или М с hl>- Н3 будет соответствеино выполняться условие й„(N или

Й, > N, где Ng — число, соответствующее величине допустимого отклонения сигналов датчиков 20 и

21 контролйруемоФо параметра один от другого. Схема блока 15 контроля (фиг.4), обеспечивающая описанный алгоритм, работает следующим образом. Сигнал с выхода блока 9 распределения импульсов в течение промежутка времени -1 разрешает срабатывание второго 29 и третьего

30 триггеров по счетным входам ст сигналов соответственно с выходов третьего 27 и четвертого 28 элементов И и прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через пятый

32 и шестой 33 элементы И.

Сигнал на выходе третьего элемента И 27 появляться тогда когда в первом счетчике 8 импульсов накоплено число импульсов а при накоплении счетчиком 8 импульсов числа импульсов N> — M сигнал будет на выходе чвхвертого элемента И 28. Исходное состояние второго

29 и третьего 30 триггеров таково, что сигнал с выхода второго триггера 29 разрешает, а с третьего триггера 30 запрещает соответственно прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через пятый 32 и meстой 33 элементы И. На выходе первого элемента HJIH 34 появляется сит .= нал Неисправность датчиков, если при Й и Н или И > И1< 8g на выходах соответственно второго

113611б

1О

13 или третьего 14 счетчика импульсов не будет сигнала, запрещающего прохождение сигнала с выхода нульоргана 5 через пятый 32 и шестой 33 элементы И.

Таким образом, преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известным являются повышенная точность, воэможность длительной работы без калибровки при значительных нэменениях температуры окружающей среды, высокое быстродействие эа счет исключения времени прогрева, повышенная надежность.

1136116

УТ

Составитель N.Áåëèíêoâà

Редактор С,Саенко Техред Т.Фанта Корректор М.Максимишинец ,Заказ 10284/34 Тираж 863 Подписное

ВНИИЛИ ГосударственногО комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4