Аналоговый измеритель скорости

 

Изобретение относится к технике электрических измерений.и может быть использовано при построении систем измерения мгновенных значений скорости . Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит формирователь 1, одновибраторы 2 и 6, измерительное устройство 13, Ю1ЮЧ 16 заряда, источник 17 опорлого напряжения, первое устройство 19 выборки - хранения уровня, интегрирующий конденсатор 20, входную шину 21, шину 22 установки исходного состояния, а также введенные элементы И 3, НЕ.5, И-НЕ 7, D- триггер 4, генератор 8 опорной частоты , первый ключ 9 разряда, цифроаналоговый преобразователь 10, второе устройство I1 выборки - хранения уровня, устройство 12 коьшенсации ошибки, генератор 14 тока, второй ключ 15 разряда, компаратор 18. Введенные элементы позволяют повысить точность измерения путем осуществления нониусного релшма работы и позволяет измерять скорость случайных или непериодических процессов. I сл

,.SU„„1283666 А 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 R 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3933605/24-2! (22) 24.07.85 (46) 15.01.87. Вюл. Р 2 (72) Е. Н. Шолков (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1004909, кл. G 01 R 23/00, 1983, Авторское свидетельство СССР

9 930145, кл. G 01 В 23/02, 1982. (54) АНАЛОГОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ (57) Изобретение относится к технике электрических измерений.и может быть использовано при построении систем измерения мгновенных значений скорости. Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных воэможностей.

Устройство содержит формирователь 1, одновибраторы 2 и 6, измерительное устройство 13", ключ 16 заряда, источник !7 опорного напряжения, первое устройство 19 выборки — хранения уровня, интегрирующий конденсатор 20, входную шину 21, шину 22 установки исходного состояния, а также введенные элементы И 3, НЕ,5, И-НЕ 7, Dтриггер 4, генератор 8 опорной частоты, первый ключ 9 разряда, цифроаналоговый преобразователь 10, второе устройство !1 выборки — хранения уровня, устройство 12 компенсации ошибки, генератор 14 тока, второй ключ 15 разряда, компаратор 18, Введенные элементы позволяют повысить точность измерения путем осуществления нониусного режима работы и позволяет измерять скорость случайных или непериодических процессов.

283666 2

45 ются в каждом цикле;измерений собственными элементами схемы, Устройство работает следующим образом.

В момент времени t приходит оче50 редной импульс от датчика скорости (эпюра а.) на вход формирователя 1.

Импульс с выхода формирователя 1, нормированный по амплитуде и длительности, запускает одновибраторы 2 и 6, 55 на выходе которых формируются импульсы (соответственно эпюры < и b- ) . .Сигнал с выхода второго одновибратора 6 используется в качестве сигнала гаf 1

Изобретение относится к технике электрических измерений и может быть использовано при построении систем измерения (в том числе и автоматизированных) мгновенных значений скорости случайных или периодических процессов, Цель изобретения — повышение точности преобразования и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлена функцио-. нальная схема устройства; на фиг. 2эпюры напряжений на выходе основных блоков; на фиг, 3 — принцип аппроксимации зависимости V„=f(T).

Аналоговый измеритель содержит формирователь 1, первый одновибратор 2, элемент И 3, D-триггер 4, элемент НЕ 5, второй одновибратор 6, элемент И-HE 7, генератор 8 опорной частоты, первый ключ 9 разряда, циф роаналоговый преобразователь (ЦАП)

10, второе устройство 11 выборки— хранения уровня (УВХ), усилитель 12 компенсации ошибки, измерительное устройство 13, генератор 14 тока, второй ключ 15 разряда, ключ 16 заряда, источник 17 опорного напряжения, компаратор 18, первое УВХ 19, интегрирующий конденсатор 20, .входную шину 21 и шину 22 установки в исходное состояние.

Выход формирователя 1 соединен с входами первого 2 и второго 3 одновибраторов, а вход — с входной шиной 21, первое УВХ 19 информационным входом соединено с первым входом интегрирующего конденсатора 20 и выходом ключа 16 заряда, Выход генератора 8 опорной частотй псщключен к входу первого ключа 9 разряда, управляющий вход которого подключен к выходу элемента И 3 и С-входу D-триггера 4, а выход — к управляющему .входу генератора 14.тока, вход генератора

14 тока соединен с входом второго ключа 15 разряда, выходом ключа 16 заряда, первым входом компаратора 18 и первым выводом интегрирующего конденсатора 20, второй вывод которого подключен к выходу генератора 14 тока, выходу второго ключа 15 разряда и D-входу D-триггера 4, инверсный выход D-триггера 4 соединен с управляющим входом второго ключа 15 разряда и входом элемента НЕ 5, выход которого подключен к входу D-триггера

4 и установочному входу цифроанало5

40 гового преобразователя 10 выход которого с информационным входом второго УВХ ll а информационный вход " с выходом компаратора 18, управляющим входом ключа 16 заряда и третьим входом элемента И-HE 7, первый вход которого подключен к йервому входу элемента И 3 и выходу первого одновибратора 2, второй вход — к второму входу элемента И 3, к выходу второго одновибратора 6 и к входам гашения первого 19 и второго 11 УВХ, выход первого

УВХ 19 подключен к неинвертирующему входу усилителя 12 компенсации ошибки выход которого подключен к второму входу измерительного устройства 13, а второе УВХ 11 выходом подключено к первому входу измерительного устройства 13 и к инвертирующему входу усилителя 12 компенсации ошибки, источник 17 опорного напряжения первым выходом подключен к входу ключа заряда 16 и вторым выходом к второму входу компаратора 18, третий вход элемента И 3 подключен к шине 22 установки исходного состояния преобразователя, выход элемента И-НЕ 7 сое" динен с управляющими входами первого

l9 и второго 11 УВХ.

Устройство обеспечивает режим пре", образования временного интервала между импульсами от датчика в скорость как для одиночных, так и для повторя-: ющихся процессов. В первом случае по шине 22 установки исходного состояния с помощью элемента И 3, триггера 4 и элемента НЕ 5 (фиг. 1) формируются сигналы установки исходного состояния ЦАП 10 и обнуления интегрирующего конденсатора 20 через второй ключ 15 разряда. Устройство готово к регистрации однократных процессов. В случае повторяющихся процессов указанные выше операции выполня83666

20

30

45

3 12 ш ения информации, хранимой с пр едыдущего цикла в УВХ Il и 19, На гашение информации отводится интервал

С -1 . С момента времени 1, элементом И 3 и элементом И-HF, 7 начинается формирование сигналов выборки новой информации (эпюра Z, — напряжение на выходе элемента И-НЕ 7) и одновременного прекращения режима измерения (эпюра q — напряжение на выходе элемента И 3). В течение интервала выборки t, -t в УВХ 11 и !9 устанавливаются уровни напряжений (эпюры и и 8 ), равные остаточному напряжению на интегрирующем конденсаторе

20 в момент времени t< (эпюра И ) и на выходе ЦАП 10 (эпюра h ) . В момент времени t прекращаются формирование сигнала на выходе первого одновибратора 2 (эпюра8 ) и режим выборки информации (эпюра 1 ) .

Фронтом сигнала с выхода элемента И 4. с помощью D-триггера 4 и элемента НЕ 5 формируется короткий импульс (эпюра e ) положительной. полярности, отпирающий второй ключ 15 разряда,: что приводит к обнулению интегрирующего конденсатора 20. Этот же импульс, инвертированный элементом НЕ 5, служит для установки ЦАП

10 в исходное состояние — напряжение

U, (зпюра ь ) . В момент обнуления интегрирующего конденсатора 20 на выходе компаратора 18 формируется сигнал (эпюра К ) на открытие ключа 16 заряда, который в течение короткого интервала от источника 17 опорного . напряжения заряжает интегрирующий конденсатор 20 до напряжения U «„, (эпюра и ). С момента времени t на выходе элемента И 3 формируется разрешающий сигнал для первого ключа 9 разряда (эпюра g ). .В результате им- пульсы опорной частоты (эпюра ж ) с генератора 8 опорных импульсов поступают через ключ 9 разряда на управляющий вход генератора 14 тока, кото.рый формирует ступенчато-падающее напряжение (эпюра и ) на интегрирующем конденсаторе 20 от уровня U до уровня U«z . В момент времени С напряжение на интегрирующем конденсаторе 20 достигает уровня U ö . На первом и втором входах компаратора 10 происходит сравнение напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 (текущее значение) и напряжения на втором выходе источника 17 опорного напряжения. По достижении пилообразным напряжением уровня Б„„„ на выходе компаратора 18 формируется импульс (момент времени t, эпюра к ), что приводит к переэаряду интегрирующего конденсатора 20 до уровня U»« и перехо ду ВП !О в новое состояние 11 (эпюра 1 ). Далее процессы циклически повторяются. Стабильность периода пилообразного напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 обеспечивается в результате использования генератора 14 тока, управляемого импульсами опорной частоты генератора 8 опорной частоты, а также источника 17 опорного напряжения и компаратора 18, которые устанавлИвают фиксированные уровни пилообразного напряжения Ц,,„

Ц ий °

B момент времени t, приходит следующий импульс от датчика скорости.

Снова происходит запуск первого и второго одновибраторов 2 и 6. В интервале времени t -1 происходит гашение информации (эпюры м,М ) в УВХ.II и 19 предыдущего цикла измерения, а процесс измерения текущего цикла продолжается до момента 1 . В интервале времени 1 -t начинается очерецной режим выборки информации. Из рассмотрения эпюры а. видно, что в устройстве .обеспечивается интервал времени измерения Ъ -t» равный интервалу времени — t, между импульсами, поступающими с датчика скорости. Таким образом, каждый цикл измерений начинается с задержкой на интервал времени t, -t,, обеспечивающий гашение информации предшествующего цикла, В момент времени t на генератор 14 тока прекращается подача импульсов опорной частоты и на интегрирующем конденсаторе 20 фиксируется напряжение U соответствующее точному отсчету скорости в интервале времени — Грубому отсчету скорости соответствует напряжение на выходе

ЦАП 10 — U . Иэ эпюры о. следует, что формирование напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 начинается с задержкой Относительно измерительного интервала на время выборки информации — интервал .времени t -t (эпюра Ь). Постоянная задержка на время

С -t режимом выборки приводит к систематической ошибке по напряжению

AU<, завышая показания U íà эту величину. Постоянная ошибка по напряжению точного отсчета вызывает переменную ошибку по скорости в зависи1283666

35

50 мости от интервала аппроксимации (фиг. 3). Для устранения систематической ошибки аП„ введен усилитель 12 компенсации ошибки в канале точного отсчета ° В качестве корректирующего напряжения используется сигнал с выхода ЦАП 10, поступающий на инвертирующий вход усилителя 12 с соответствующим масштабным коэффициентом, Таким образом, усилитель компенсации ошибки работает в режиме сумматора.

Поскольку ошибка по напряжению Ux приводит к увеличению ошибки по скорости к началу интервала измерений, напряжение коррекции должно возрастать к началу этого интервала. Этим требованиям и отвечает выходное напряжение ЦАП 10.

Отличительной особенностью формирования напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 являются моменты времени tp tg 1. tg ... когда в напряжении формируется обратный ход, Считая, что длительность обратного хода достаточно мала и не влияет на точность показаний, следует отметить наличие двузначности напряжения U за время обратного хода, С целью устранения двузначности определения величины U„ a схеме устройства„предусмотрена задержка режима выборки на время обратного хода, Эта задача решается путем подачи сигналов с выхода компаратора 18 (эпюра K ) на третий вход. элемента И-НЕ 7. Если длительнбсть интервала измерений кратна периоду пилообразного напряжения (эпюра и ), т,е. момент времени ty может совпасть с полюсами аппроксимации (точки t t,g tq, ), начало режима выборки задерживается на время обратного хода указанного напряжения, Это способствует устранению режима неоднозначности отсчета напряжения U

Полученные значения напряжений с выхода первого УВХ 19 (после компенсации усилителем 12 компенсации ошиб ки) и с выхода второго УВХ 11 поступают соответственно на вход точного отсчета и вход грубого отсчета измерительного устройства 13 в виде составляющих точного отсчета U <(эпюра И ) и грубого отсчета 1, (эпюра и ) .

В измерительном устройстве 13 в соответствие полученным значениям напряжений ставятся соответствующие значения скоростей точного и грубого отсчета, т, е, Ux =U +U °

Значения скоростей грубого отсчета могут быть заданы в измерительном устройстве 13 в виде соответствий

U„ -U®ù= Т„, а точный отсчет скорости в пределах интервала аппроксимации (фиг, 3) определяется иэ соотношения

U о ь71 Umo33 где Ы1 — интервал скоростей в i-м интервале аппроксимации;

U, — нормированное значение напряжения канала точного отсчета.

Таким образом, величина искомой скорости определяется измерительным устройством 13 как V„ =U o +ÜV; Оп,о.

На фиг. 3 показан пример определения скорости в точке а. зависимости

V =L/T аппроксимируемой ступенчато по грубому отсчету и линейно-кусочно по точному отсчету, Как видно из фиг. 3, значение скорости в точкеа ! определяется как V =V +6Vq, где истинное значение скорости V, отличается от,найденного на величину погрешности аппроксимации — 4Ч, т.е, V =Ч, — hV.

Минимальная величина погрешности аппроксимации не является принципиальным недостатком предложенного устройства, так как может быть заранее выбрана заданием соответствующего периода повторения пилообразного напряжения, формула изобретения

Аналоговый измеритель скорости, содержащий формирователь, выход которого соединен с входами первого и второго одновибраторов, измерительное устройство, источник опорного напряжения, соединенный с входом ключа заряда, интегрирующий конденсатор, первым выводом соединенный с выходом ключа заряда, первое устройство выборки-хранения уровня, информационным входом соединенное с пер-, вым.выводом интегрирующего конденсатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения мгновенных значений скорости и расширения функциональных возможностей, в него введены дополнительно г енер атор опорной частоты, генер атор тока, цифроаналоговый преобразователь, компаратор, второе устройство выборки — хранения уровня, усилитель компенсации ошибки, два клю1283666 ча разряда, элемент И-НЕ, элемент И, элемент НЕ и D-триггер, при этом выход генератора опорной частоты подключен к входу первого ключа разряда, управляющим входом подключенного к выходу элемента И и С-входу D-триггера, а выходом — к управляющему входу генератора тока, вход которого соединен с входом второго ключа разряда, выходом ключа заряда, первым входом 10 компаратора, второй вывод интегрирующего конденсатора подключен к общей шине,.выходу генератора тока, выходу второго ключа разряда и D-входу Dтриггера, инверсный выход которого соединен с управляющим входом второго ключа разряда и входом элемента

НЕ, выходом включенного к S-входу

D-триггера и установочному входу цифроаналогового преобразователя, выход 20 которого соединен с информационным входом второго устройства выборкихранения уровня, а информационный вход — с выходом компаратора, управляющим входом ключа заряда и третьим входом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к первому входу элемента И и выходу первого одновибратора, второй вход — к второму входу элемента И, к выходу второго одновибратора,и к входам гашения первого и второго устройств выборки — хранения уровня, а выход — к управляющим выходам первого и второго устройств выборки — xpg.нения уровня, второе из которых выходом подключено к первому входу измерительного устройства и к инвертирующему входу усилителя компенсации ошибки, а первое — к неинвертирующему входу усилителя компенсации ошибки, выход которого подключен к второму входу измерительного устройства, причем источник опорного напряжения вторым выходом подключен к второму входу компаратора, а третий вход элемента И подключен к шине установки исходного состояния измери— теля.

1283666

Составитель E. Минкин

Техред М. Ходанич

Корректор Т. Колб

Редактор М. Дылын

Заказ 7433/43 Тйраж 730 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4