Устройство для измерения частоты импульсов

 

Класс 21 е, 36

N 5436S

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ВЫДАННОМУ НАРОДНЫМ КОМИССАРИАТОМ ОБОРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Зарегислгрировано в Бюро последующей регггстрации изобрепгений Госп.гана при CHh СССР

ОВ.

М. И. Парецкий.

Устройство для измерения частоты и

Заявлено 26 января 1937 года за X 710

Опубликовано Bl марта 1939 года.

При телеметрии по частотно-импульсному методу на приемной стороне требуется преобразовывать поступающие импульсы в показания прибора, пропорциональные частоте импульсов. Удобнее всего преобразовывать импульсы в пропорциональный их частоте постоянный ток и измерять этот ток магнитоэлектриским прибором. Преобразование импульсов в постоянный ток осуществляется обычно одним из трех методов: конденсаторным, импульснотахометрическим или импульснокомпенсационным (cM. W. Stablein, Die Technik der Fernwirkanlagen, стр, 50, Электричество, 1935 г. Кв 23, стр. 17 и Известия Электропромышленности слабого тока, 1936 r. Мю 10, стр. 60). По принципу действия наиболее совершенным методом преобразования является последний, так как он, основан на автоматической компенсации, все больше внедряющейся в технику автоматики и телемеханики и нашедшей разностороннее приложение и в телеметрии (см. Электричество, 1933 г. Мв 13,. стр. 9).

Однако конструкция приемников, основанных на импульсно-компен1

1;. сационном принципе (см. Stablein стр. 50 и 250, фиг. 125 и Известия

Электропромышленности слабого тока, 1936 г. % 10, стр. 60), обладает рядом существенных недостатков, значительно снижающих ее достоинства. Недостатки эти заключаются в следующем:

1. Поступающие импульсы при помощи импульсного двигателя перемещают щетку по коллектору. Для этого приемное реле своим контактом попеременно возбуждает обмотки импульсного двигателя. Обмотки эти потребляют ток, в несколько раз превышающий ток самого измерительного двигателя, что приводит к излишним толчкам тока от источника питания и к быстрому износу контакта приемного реле.

2. Якорь импульсного двигателя обладает очень большой инерцией, так как через его зубцы должен пройти магнитный поток, достаточный для создания необходимого вращающего момента. Характер изменения вращающего момента в зависимости от взаимного расположения зубцов якоря и полюсных наконеч! ников электромагнитов таков, что при совпадении их магнитных осей вращающий момент равен нулю (как, например, в синхронной машине); таким образом при совершении шага якорь, достигнув положения совпадения магнитных осей и развив к этому моменту большую скорость, в этом положении не останавливается, а па инерции идет дальше, возвращается обратно и совершает несколько таких колебаний при каждом шаге. Так как это ведет к неправильному регулированию тока в указанной цепи, то для успокоения хода якоря применяется масляный успокоитель в виде укрепленного на оси импульсного двигателя плоского бака, внутри которого, окруженный маслом, лежит металлический диск (см. Stablein, стр. 250, фиг. 125), но и с этим успокоителем максимальная частота, при которой двигатель, устойчиво работает, достигает лишь 2,5 импульсов в секунду. Такая малая частота неприемлема для указательного прибора, который тем труднее успокоить, чем реже колебания. Кроме этих принципиальных недостатков, самая конструкция получается дорогой; в случае течи в масляном баке, находящемся в самой верхней части прибора, весь прибор оказывается залитым маслом.

3. Регу.лируемое ступенчатое сопротивление должно вращаться, что ведет к сильной загрузке измерительного двигателя и к сложной его конструкции.

4. Вращающийся многопластинчатый коллектор (соответствепно числу ступеней тока) должен быть изготовлен с большой точностью, и ось щетки и ось коллектора должны находиться строго на одной прямой линии.

Если эти условия не выполнены, то в показаниях указательного прибора появляются колебания с большим периодом, которые трудно сгладить.

Предлагаемое устройство, отли. чаясь простотой конструкции, свободно от упомянутых недостатков и поэтому в полной мере позволяет использовать преимущества компенсационного принципа. Устранение недостатков и упрощение конструкции достигнуто благодаря применению коммутационного метода, изложенного в авторском свидетельстве № 48810.

На фиг. 1 предлагаемого чертежа, представлена схема предлагаемого устройства с применением реле,, включенных по циклической схеме, на фиг. 2 — упрощенный вариант с одним лишь приемным реле и на фиг. 3 — вариант с увеличенным числом ступеней регулирования.

Устройство по фиг. 1 состоит из магнитоэлектрического двигателя 10 коммутатора 20, сопротивлений 80, 81 и включенных по циклической схеме реле 40 и 50. Когда через линию связи в приемное реле 100 поступают импульсы тока, реле пульсирует и периодически переключает свой контакт 101 вниз и вверх. При первом импульсе контакт 101 переключается вниз, возбуждая при этом через замкнутое (спокойное) поло жение контакта 58 реле 50 обмот ку 41 двухобмоточного реле 40.

j Последнее возбуждается и замыкает свой контакт 48. По окончании первого импульса реле 100 обесточивается и контакт 101 переключается в верхнее положение. Через замкнутый контакт 43 продолжает оставаться возбужденным реле 40 (через свою вторую катушку 42) и кроме того возбуждается также катушка 51 двухобмоточного реле 50. Последнее переключает свой контакт 58 из левого положения в правое. При сле; дующем импульсе в реле 100 кон-! такт 101 переключается вниз; при этом обе обмотки 41 и 42 реле 40 оказываются обесточенными, реле 40 отпадает и размыкает свой кон такт 48. По окончании второго импульса контакт 101 вновь отпадает.

После этого обе обмотки 51 и 52 реле 50 оказываются обесточенными и реле 50 отпадает. В дальнейшем цикл повторяется.

Реле 40 управляет также контактом 44, а реле 50 — контактами 54 и 55. Контакты 44, 54 и 55 совершают при работе реле 40 и 50 последовательно присоединение линий 1, 2, 8 и 4 к плюсу батареи.

Работа реле, включенных. по циклической схеме, видна из нижеследую— 3 ное состояние реле или спокойное (изображенное на фиг. 1) состояние контактов обозначено знаком мин ус.

:-цей таблицы, охватывающей два цикла. Возбужденное состояние реле или рабочее состояние контакта обозначено знаком плюс. Обесточен-,i!

Реле 40

Кон гакты

К плюсу присоединена линия № ....

Контакт

Реле 50

101

+ через . 3, 41 т

|

1 I !

+ через 43, 42 через 43, 51 +

1 через 44 раб.,5 спок.

2 через 44 раб. 55 раб.

I — I!

+ 3 через 44 спок. 54 раб. — через 53, 52 — 4 через 44 спок. 54 спок.

1 через 44 раб. 55 спок.

+ — через 53, 4!

1 через 43, 42 + через 43, 51 +, — 2 через 44 раб. 5б раб.

- - через 53. 52 —; + 3 через 44 спок. 54 раб !

4 через 44 спок. 54 спок.

Как видно из таблицы, плюс бата- контактов 44 — 54, провод 4, пластиреи циклически переключается по, н1 24, щетку 28 присоединен к пропроводам 1, 2, 3 и 4, как будто они воду 8, и сила тока в якоре двигаприсоединяются к плюсу через вра- теля 10 достигла максимума, то при щающийся переключатель. Прово- вращении коммутатора пластина 24, да 1, 2, 3 и 4 присоединены через присоединенная к плюсу, будет пекотактные кольца к пластинам 21, реводить этот плюс последовательно

22, 23, 24 коммутатора 20 (на фиг. 1 на щетки 27, 23. 25, т. е. на провопоказано жесткое соединение) и да 7, б, 5, постепенно уменьшая тав изображенном положении комму- . ким путем силу тока в цепи якоря. татора 20, через щетки 25, 23, 27, При одновременнзй работе цикли28, — к проводам 5, 6, 7 и 8 ческой схемы и коммутатора напраПри циклической работе реле 40 вленне и скорость перемещ ния и 50 плюс батареи перемещается по I пляса батареи по сопротивлениям 30 проводам 1, 2, 3 и 4 и, следователь- и 31, т. е. скорость изменения силы но, по проводам 5, б, 7, 8. При этом тока в якоре двигателя 10 будет величина сопротивления, включен- равна разности скоростей цикличеного в цепь якоря двигателя 10, ского переключения реле и вращеуменьшается и сила тока в якоре ния коммутатора. Реле и коммутатор увеличивается. При вращении двига-, будут работать, как автоматический теля 10 он вращает коммутатор 20 регулятор скорости вращ.ния двигав направлении, показанном стрелкой.: теля, причем среднее положение

Если предположить, что цикличе- плюса на пров здах 5, 6. 7, 8 устаская схема остановилась в изобра- навливается таким, чтобы скорость женном положении, т. е. когда плюс: двигателя была равна скорости батареи через спокойное положение циклических перек1ючений реле и была, следовательно, пропорцио. нальна частоте поступающих импульсов. Пропорциональность между силой тока и скорослью вращения присуща магнитоэлектрическому двигателю. Измерительный прибор может быть включен последовательно в цепь якоря, или же, если это удобнее, как вольтметр (показано пунктиром).

В некоторых случаях, при соответствующих соотношениях вращающего мсмента и момента инерции магнитоэлектрического двигателя 10, нет необходимости в циклическом переключении плюса батареи; достаточно простое двухпроводное переключение, как это показано на фиг. 2.

В изображенном положении контакта 101 приемного реле 100 плюс батареи подан через пластину 21 и щетку 2б на провод б; цепь прервана. При поступлении импульса на реле 100 контакт 101 переключается влево и присоединяет плюс батареи через провод 3, пластину 28 и щетку 27 к проводу 7. Двигатель 10 начинает вращаться, поворачивая при этом коммутатор 20 в указанном стрелкой направлении. Присоединенная к плюсу батареи пластина 23 переходит со щетки 27 на щетку 26, переводя плюс батареи с провода 7 на провод 6, и уменьшая, таким образом, ток в цепи двигателя. Если импульс к этому времени окончился, контакт 101 опять переключается вправо, подключая плюс батареи к пластике 21, которая к этому моменту находится под щеткой 28 и подает плюс батареи на провод 8, BHopb усилHFBH ток в цепи двигателя 10.

Для правильной рабол ы преобразователя по фиг. 1 и 2 должно быть выполнено следующее условие. Переключение ступен.атых сспротивлеыий --0 и 31 под действием поступающих импульссв должно происходить в сторону усиления тока, а при вращении коммутатора 20 — в сторону ослабления тока. Если же, например, при положении плюса на провод 8 поступит новый импульс, то „ плюс переключится на одну из предыдущих ступеней, что ведет

:.,к ослаблению тока, в разрез с приведенным выше условием. В выпол, нении преобразователя r;o фиг. 1 переключения плюса по ступенчатому сопротивлению 80, Л при поступлении импульсов происходят каж, дый раз на один шаг (одну ступень);. поэтому положение плюса к моменту поступления следующего переключения должно быть не дальше ступе, ни 7. B выполнении по фиг. 2 переключение при поступлении импульса происходит на два шага (две ступени); поэтому к моменту поступления нового импульса плюс должен нахо, диться не дальше ступени 6. В остальном работа устройства по фиг. 1 и 2 в принципе одинакова.

Для измерения мало или медленно меняющейся частоты устройство по фиг. 1 и 2 вполне удовлетворительно.

В других случаях небольшое число ступеней не обеспечивает достаточно быстрого и плавного следования, скорости двигателя 10 за изменением частоты поступающих импульсов.

В этих случаях удобно устройство по фиг. 3, имеющее большее число, ступеней регулирования. Как видно из фиг. 3, место омических сопротивлении О, 81 занимают сопротивления 61, 71 обмоток двухобмоточных реле 60, 70. Вторая обмотка 62 реле 60 выполнена с числом витков, одинаковым с 61. Число витков оомотки 72 равно числу витков обмотки 71. Когда плюс батареи присоединен к проводу 6, обмотки 61 и 62 обтекаются одним и тем же током, но в противоположном направлении: то же с обмотками 71 и 72. Поэтому реле 60 и 70 не срабатывают. Когда плюс переключается на провод 7, ток в обмотке 62 несколько увеличивается, сохраняя свсе первоначаль ное направление, а через обмотку 61 (и сопротивление 200) ток течет в направлении, обратном первоначальному и совпадающему с током в обмотке 62. Ампервитки обмо, ток 61 и 62 складываются, реле 60 срабатывает и переключает свой кон( такт 63 в нижнее положение. Вследствие этого, когда импульс поступит при нахождении плюса на проводе 7 и переключит его на два шага вперед (по схеме фиг. 2), то плюс, переместившись при этом с провода 7 на провод 5, окажется { присоединенным через контакт бЗ к проводу 9, что поведет к усилению тока в цепи двигателя, в соот-, ветствии с формулированным выше условием работы преобразователя.

С каждым дополнительным реле (80,!

90) количество рабочих ступеней пре- l образователя увеличивается и прак-! тически всегда может быть доведено до необходимого числа. При прекращении поступления импульсов или уменьшении их частоты плюс постепенно перемещается по убывающим, номерам ступеней сопротивления и при этом реле 90, 80, 70, б0 последовательно отпадают.

Форма выполнения по фиг. 3 может удовлетворять самым высоким требованиям в отношении плавности изменения показаний и т. п.

Как видно из сказанного, предлагаемое устройство, используя пре- i имущества компенсационного прин- ципа, не обладает конструктивными недостатками устройства AEG (Stab-

1e1I1,стр. 50): во-первых, в нем отсутствует имиу чьсный двигатель — дорогое, громоздкое и неудовлетворительно работающее устройство. Вместе с ним отпадают и толчки тока источника питания и усиленный износ контактов приемного реле.

В устройстве по фиг. 1 мотор заменяется двумя обычными телефонными реле, по фиг. 2 отсутствуют какие-либо заменяющие его устройства, во-вторых, ступенчатое регулируемое сопротивление укреплено неподвижно, что позволяет выбирать для него целесообразную, с точки зрения охлаждения и пр. конструкцию и не нагружать доно.чнительно магнитоэлектрический двигатель, что повышает точность работы преобразователя.

Наконец, коммутатор делается четырехпластинчатым, что черезвычайно упрощаеч его изготовление и уменьшает его вес, а следовательно, трение и вызываемые им погрешности.

В случае необходимости большего числа ступеней это достигается введением простых телефонных реле, но число пластин коммутатора остается

h "èçìåHíûì.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения частоты импульсов, основанное на уравнении скорости вращения двигателяя, регулируемой изменением сопротивления, отдельные участки которого включены между пластинами надетого на вал двигателя коммутатора, со скоростью вращения, зависящей от измеряемой частоты, причем мерой последней служит сила тока в цепи якоря двигателя или напряжение на его зажимах, отличающееся тем, что сопротивление выполнено неподвижным и со. единение отдельных его точек с пластинами коммутатора осуществляется через наложенные на последний щетки, причем пластины, кроме того, соединены с контактами реле, управляемых импульсами измеряемой частоты, с той целью, чтобы происходило поочередное циклическое включение пластин в цепь двигателя и вызывало такое изменение сопротивления, чтобы скорость двигателя регулировалась в сторону совпадения со скоростью иерея.лючения пластин коммутатора.

2. В устройстве по и. 1 использование, с це.лью поочередного циклического включения пластин коммутатора в цепь двигателя. устройства для сумм и рования импульсов по авторскому свидетельству № 48810.

3. Форма выполнения устройства ио и. 1, отличающаяся тем, что для включения пластин коммутатора применено одно двухпозицнонное реле, под действием импульсов поочередно включающее в цепь двигателя две диаметрально противоположные пластины коммутатора.

4. Форма выполнения устройства по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что, с целью увеличения числа ступеней регулирования тока, примечены двухобмоточные реле ио числу пластин коммутатора, включенные в цепь регулируемого сопротивления таким образом, чтобы при вык,чючении отдельных ступеней сопротивчения они поочередно срабатывали, ереключая и при повторном включении коммупровода от щеток коммутатора на татором первых проводов процесс несколько ступеней в сторону даль- нарастания тока продолжался. нейше о уменьшения сопротивления, } эо