Автоматизированный стенд контроля круговых потенциометров Российский патент 2020 года по МПК G01R17/20 G01R31/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля функциональной характеристики круговых потенциометров, подбора с допустимым разбросом хода их функциональных характеристик от угла поворота токосъемника для возможности сборки в блок различных функциональных узлов контрольно-измерительных устройств.

Известно автоматизированное устройство контроля потенциометров согласно а.с. СССР SU №1320774, G01R 31/00, опубл. 30.06.1987 г., бюллетень №24, содержащее привод токосъемника, источник напряжения, клеммы, потенциометр, компараторы, регистратор, преобразователь угла, блок установки начала отсчета, элементы ИЛИ, элемент И, аналого-цифровой преобразователь, счетчик импульсов, сигнализатор неконтактирования, блок управления и блок запуска.

Автоматизированное средство контроля потенциометров согласно а.с. СССР №1506366, G01R 17/20, опубл. 07.09.1989 г., бюллетень №33 содержит контролируемый потенциометр, резистивный элемент, токосъемник, ось, привод токосъемника, колодку, источник напряжения, клеммы, компараторы, регистратор, преобразователь угла, блок установки начала отсчета, элементы ИЛИ, элемент И, аналого-цифровой преобразователь, регулирующий элемент, счетчики импульсов, сигнализатор неконтактирования, блок управления, блок запуска измерения, блок задержки сигнала.

К недостаткам этих устройств следует отнести недостаточную точность измерения значения сопротивления потенциометра в точке измерения за счет наличия динамического неконтактирования токосъемника с резистивным элементом контролируемого потенциометра, наличие в них блоков: преобразователь угла и сервопривод (привод токосъемника), у которых высокая стоимость и большое энергопотребление, механизмов задания угла за счет непрерывного с высокой скоростью вращения редуктора и механических элементов привода токосъемника, которые интенсивно изнашиваются.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению, взятым за прототип, является устройство для контроля потенциометров согласно патенту на изобретение №1638667, G01R 17/20, опубл. 30.03.1991 г., бюллетень №12, который содержит привод токосъемника, источник напряжения, первую и вторую клеммы для подключения контролируемого потенциометра, первый и второй компараторы, преобразователь угла, блок установки начала отсчета, первый и второй элементы ИЛИ, элемент И, аналого-цифровой преобразователь, счетчик импульсов, регистратор, сигнализатор неконтактирования, блок управления и блок запуска, выход которого соединен с первым входом блока управления и первым входом сигнализатора неконтактирования, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом преобразователя угла, а выход - со счетным входом счетчика импульсов, установочный вход которого соединен с выходом блока установки начала отсчета, вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с входом привода токосъемника, второй вход - с первым входом первого элемента ИЛИ, выходом второго элемента ИЛИ и первым входом регистратора, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и тактовым выходом счетчика импульсов, первый информационный вход регистратора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первых вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход - с первым входом первого компаратора, первой клеммой для подключения контролируемого потенциометра и первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен с второй клеммой для подключения контролируемого потенциометра и первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом первого компаратора и средним выводом контролируемого потенциометра от токосъемника, выход - с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом сигнализатора неконтактирования, а выходной вал привода токосъемника сочлен с входным валом преобразователя угла, блок выборки и хранения, ждущий мультивибратор и регистр памяти, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом регистратора, информационный вход - с информационным выходом счетчика импульсов, тактовый выход которого соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющими входами регистра памяти и блока выборки и хранения, информационный вход которого соединен с вторым входом второго компаратора, а выход - с третьим входом аналого-цифрового преобразователя.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточную точность измерения за счет непрерывного вращения редуктора в приводе токосъемника (сервопривода), увеличенного трения в опорах выходного вала, невысокую износоустойчивость привода и его высокую стоимость, недостаточную точность измерения за счет наличия динамического неконтактирования токосъемника с резистивным элементом потенциометра, сложность схемы задания пошаговой фиксации угла поворота токосъемника потенциометра в процессе контроля, недостаточные динамические характеристики процесса контроля, возникающие за счет инерционности движения сервопривода.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эффективности работы стенда: увеличение точности измерения путем введения в него шагового привода, который обеспечивает точность задания угла и фиксацию значения сопротивления в момент его остановки на соответствующем шаге, исключая погрешность динамического неконтактирования по сравнению с сервоприводом, увеличение производительности путем улучшения динамических характеристик процесса контроля.

Технический результат достигается тем, что в автоматизированном стенде контроля круговых потенциометров, содержащем источник напряжения, первую и вторую клеммы для подключения контролируемого потенциометра, первый и второй компараторы, блок установки начала отсчета, первый и второй элементы ИЛИ, элемент И, аналого-цифровой преобразователь, счетчик импульсов, регистратор, сигнализатор неконтактирования, блок управления и блок запуска, выход которого соединен с первым входом блока управления и первым входом сигнализатора неконтактирования, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора и первым входом элемента И, а выход - со счетным входом счетчика импульсов, установочный вход которого соединен с выходом блока установки начала отсчета, вход которого соединен с выходом блока управления, второй вход - с первым входом первого элемента ИЛИ, выходом второго элемента ИЛИ, вторым входом блока управления и первым входом регистратора, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, входом ждущего мультивибратора и тактовым выходом счетчика импульсов, первый информационный вход регистратора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход - с первым входом первого компаратора, первой клеммой для подключения контролируемого потенциометра и первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен с второй клеммой для подключения контролируемого потенциометра и первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом первого компаратора, информационным входом блока выборки и хранения и средним выводом контролируемого потенциометра от токосъемника, выход - с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом сигнализатора неконтактирования, регистр памяти, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом регистратора, информационный вход - с информационным выходом счетчика импульсов, тактовый выход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющими входами регистра памяти и блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с вторым входом второго компаратора, а выход - с первым входом аналого-цифрового преобразователя, а выходной вал привода токосъемника сочлен с осью привода токосъемника новым является то, что привод токосъемника включает генератор тактовых импульсов, вход которого подключен к второму выходу блока запуска измерения, а выход подсоединен к второму входу элемента И и запускающему входу регистратора, шаговый двигатель и модуль управления шаговым двигателем, цифровой код управления которым связан выходной шиной управления регистратора, а выходная шина модуля управления шаговым двигателем с входной шиной шагового двигателя. Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где приведена структурно-функциональная схема автоматизированного стенда контроля круговых потенциометров. Здесь:

1 - потенциометр;

2 - резистивный элемент;

3 - токосъемник;

4 - входной вал;

5 - ось привода токосъемника;

6 - колодка; 7, 8 - клеммы;

9 - генератор тактовых импульсов;

10 - источник напряжения;

11 - первый компаратор; 12- второй компаратор;

13 - элемент И;

14 - блок запуска измерения;

15 - блок управления;

16 - блок установки начала отсчета;

17 - счетчик импульсов;

18 - первый элемент ИЛИ;

19 - второй элемент ИЛИ;

20 - блок выборки и хранения;

21 - ждущий мультивибратор;

22 - аналого-цифровой преобразователь;

23 - регистратор;

24 - регистратор памяти;

25 -сигнализатор неконтактирования.

26 - модуль управления шаговым двигателем.

27 - шаговый двигатель.

Автоматизированный стенд контроля круговых потенциометров, содержит источник напряжения 10, первую 8 и вторую 7 клеммы для подключения контролируемого потенциометра 1, первый 11 и второй 12 компараторы, блок 16 установки начала отсчета, первый 18 и второй 19 элементы ИЛИ, элемент 13 И, аналого-цифровой преобразователь 22, счетчик импульсов 17, регистратор 23, сигнализатор 25 неконтактирования, блок 15 управления и блок 14 запуска, выход которого соединен с первым входом блока 15 управления и первым входом сигнализатора 25 неконтактирования, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора 11 и первым входом элемента 13 И, а выход - со счетным входом счетчика 17 импульсов, установочный вход которого соединен с выходом блока 16 установки начала отсчета, вход которого соединен с выходом блока 15 управления, второй вход - с первым входом первого элемента 18 ИЛИ, выходом второго элемента 19 ИЛИ, вторым входом блока 15 управления и первым входом регистратора 23, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента 18 ИЛИ, входом ждущего мультивибратора 21 и тактовым выходом счетчика 17 импульсов, первый информационный вход регистратора 23 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 22, первый вход которого соединен с выходом первого элемента 18 ИЛИ, второй вход - с первым входом первого компаратора 11, первой клеммой 7 для подключения контролируемого потенциометра 1 и первым выводом источника напряжения 10, второй вывод которого соединен с второй клеммой 8 для подключения контролируемого потенциометра 1 и первым входом второго компаратора 12, второй вход которого соединен с вторым входом первого компаратора 11, информационным входом блока 20 выборки и хранения и средним выводом контролируемого потенциометра 1 от токосъемника 3, выход - с первым входом второго элемента 19 ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом сигнализатора 25 неконтактирования, регистр памяти 24, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом регистратора 23, информационный вход - с информационным выходом счетчика 17 импульсов, тактовый выход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора 21, выход которого соединен с управляющими входами регистра 24 памяти и блока 20 выборки и хранения, второй вход которого соединен с вторым входом второго компаратора 12, а выход - с первым входом аналого-цифрового преобразователя 22, а выходной вал 5 привода токосъемника сочлен с осью 4 привода токосъемника 3, генератор 9 тактовых импульсов, вход которого подключен к второму выходу блока 14 запуска измерения, а выход подсоединен к второму входу элемента 13 И и запускающему входу регистратора 23, шаговый двигатель 27 и модуль управления шаговым двигателем 26, цифровой код управления которым связан выходной шиной управления регистратора 23, а выходная шина модуля управления шаговым двигателем 27 с входной шиной шагового двигателя 27.

Автоматизированный стенд контроля круговых потенциометров работает следующим образом. Перед началом контроля параметров контролируемого потенциометра 1 его подключают к колодке 6 через клеммы 7 и 8 и устанавливают токосъемник 3 за пределами рабочего угла, т.е. в сектор, где отсутствует резистивный элемент 2. После этого включают блок 14 запуска измерения, который через первый выход вырабатывает импульс запуска, приводящий через первый вход сигнализатор 25 неконтактирования (который может быть выполнен на основе триггера с отдельными входами) в исходное состояние и включающий через первый вход блок 15 управления так, что его первый выходной сигнал через блок 16 установки начала отсчета приводит счетчик 17 импульсов в исходное нуловое состояние, Второй выходной сигнал блока 14 запуска измерения запускает генератор тактовых импульсов 9, который вырабатывает импульсы в регистратор 23 и начинается движение шагового двигателя и на второй вход элемента И 13, а импульсы будут проходить через нее при срабатывании первого компаратора 11 в момент достижения токосъемником начала обмотки 2 потенциометра 1, выход которого соединен с входом счетчиком 17 импульсов. При дальнейшем вращении выходного вала 4 привода 5 вместе с токосъемником 3 и работой генератора 9 тактовых импульсов, растет величина угла и происходит накопление тактовых импульсов в счетчике 17 импульсов, пропорциональное цифровому значению угла и, следовательно, напряжения пропорционального значению контролируемого сопротивления. По мере накопления тактовых импульсов в счетчике 17 с выхода одного из триггеров делителя счетчика 17 импульсов периодически, в зависимости от необходимости числа контролируемых точек потенциометра 1, т.е. дискретности контроля по углу, поступают импульсы на вход ждущего мультивибратора 21, выходной сигнал которого через управляющий вход фиксирует в регистре 24 памяти контролируемого цифровое значение угла поворота токосъемника, а через управляющий вход 1 блока 20 выборки и хранения сохраняет аналоговое реальное значение сопротивления контролируемого потенциометра 1, а в момент прихода импульса к на информационном выходе блока 20 выборки и хранения и на третьем входе аналого-цифрового преобразователя 22. Поэтому изменение информации на выходе счетчика 17 и на информационном входе блока 20 выборки и хранения не влияет на результат измерения. По сигналу с тактового выхода счетчика 17 импульсов и одновременно через второй вход первого элемента ИЛИ 18 проходит импульс запуска на первый вход аналого-цифрового преобразователя 22, которому нужно время для преобразования информации, для преобразования фиксированного значения напряжения, пропорционального значению сопротивления в данной точке измерения на его третьем входе с выхода блока 20 выборки и хранения и через второй вход запускает регистратор 23 для съема информации от регистра 24 памяти, а по окончании преобразования и с выхода аналого-цифрового преобразователя 22 по импульсу конца измерения. Регистратор 23 формирует ячейки памяти с номером потенциометра и его характеристикой, которым может быть электронно-вычислительная машина с блоком связи с периферийными устройствами или микропроцессор, периодически воспринимает текущую информацию по дискретным точкам по первому и второму информационным входам для всей контролируемой партии потенциометров,, обрабатывает по заданной программе и выдает в удобной форме для потребления. После достижения токосъемником 3 конечного витка потенциометра 1 срабатывает второй компаратор 12. Его выходной сигнал через первый вход второго элемента ИЛИ 19 выключает по второму входу блок 15 управления и, следовательно, останавливает шаговый двигатель 27 и токосъемник 3, включает через первый вход первого элемента ИЛИ 18 аналого-цифровой преобразователь 22 и через первый вход регистратор 23. В этот момент регистратор 2 воспринимает номинальное значение сопротивления контролируемого потенциометра.

Если в процессе контроля возникает неконтактирование между резистивным элементом 2 и токосъемником 3, свидетельствующее о браке, то на выходе первого компаратора 11 появляется скачок напряжения, обратный по знаку скачку, открывающему элемент И 13, и сигнализатор 25 неконтактирования переходит в другое устойчивое состояние, а его выходное напряжение через второй вход второго элемента ИЛИ 19 выключает блок 15 управления и, следовательно, шаговый двигатель 27, включает регистратор 23 и через элемент ИЛИ 18 - аналого-цифровой преобразователь 22. В этом случае регистратором 23 фиксируется значение угла неконтактирования и контроль прекращается.

По результатам набора в регистраторе 23 информации о необходимой выборке контролируемых потенциометров включается программа регистратора на обработку и отбор контролируемых потенциометров в блок с заданной точностью подбора в блок.

Все блоки и модули в измерителе реализуются на известных аналоговых и цифровых интегральных микросхемах и электромеханических элементах.

Таким образом, заявляемый автоматизированный стенд контроля круговых потенциометров позволяет повысить эффективность работы стенда путем увеличения точности измерения за счет введения в него шагового привода, который обеспечивает точность задания угла и фиксацию значения сопротивления в момент его остановки на соответствующем шаге, исключая погрешность динамического неконтактирования.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля функциональной характеристики круговых потенциометров, подбора с допустимым разбросом хода их функциональных характеристик от угла поворота токосъемника для возможности сборки в блок различных функциональных узлов контрольно-измерительных устройств. Автоматизированный стенд контроля круговых потенциометров, содержит контролируемый потенциометр 1, который имеет резистивный элемент 2, токосъемник 3 на оси 4, привод 5 токосъемника, который сочлен с шаговым двигателем 27, колодку 6 с первой 7 и второй 8 клеммами для подключения потенциометра, генератор таковых импульсов 9, выход которого соединен со вторым входом элемента И 13, источник напряжения 10, первый выход которого соединен с первой клеммой 7, первым входом первого компаратора 11 и вторым входом аналого-цифрового преобразователя 22, первый 11 и второй 12 компараторы, элемент И 13, выход которого соединен со счетчиком импульсов 17 и регистратором 23, блок 14 запуска, первый выход которого соединен с сигнализатором неконтактирования 25 и блоком управления 15, а второй выход с генератором тактовых импульсов 9, блок 15 управления, выход которого соединен с блоком установки начала отсчета 16, который соединен с первым входом счетчика импульсов 17, счетчик импульсов 17, цифровой выход которого соединен с регистром памяти 24, первый 18 и второй 19 элементы ИЛИ, блок выборки и хранения 20, ждущий мультивибратор 21, аналого-цифровой преобразователь 22, регистратор 23, регистр памяти 24, сигнализатор неконтактирования 25, модуль управления шаговым двигателем 26, выход которого соединен с шаговым двигателем 27, шаговый двигатель 27, задающий угол токосъемнику 3 контролируемого потенциометра 1. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает повышение эффективности работы стенда путем увеличения точности измерения через введение в него шагового привода, который обеспечивает точность задания угла и фиксацию значения сопротивления в момент его остановки на соответствующем шаге, исключая погрешность динамического неконтактирования. 1 ил.

Автоматизированный стенд контроля круговых потенциометров, содержащий источник напряжения, первую и вторую клеммы для подключения контролируемого потенциометра, первый и второй компараторы, блок установки начала отсчета, первый и второй элементы ИЛИ, элемент И, аналого-цифровой преобразователь, счетчик импульсов, регистратор, сигнализатор неконтактирования, блок управления и блок запуска, выход которого соединен с первым входом блока управления и первым входом сигнализатора неконтактирования, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора и первым входом элемента И, а выход - со счетным входом счетчика импульсов, установочный вход которого соединен с выходом блока установки начала отсчета, вход которого соединен с выходом блока управления, второй вход - с первым входом первого элемента ИЛИ, выходом второго элемента ИЛИ, вторым входом блока управления и первым входом регистратора, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, входом ждущего мультивибратора и тактовым выходом счетчика импульсов, первый информационный вход регистратора соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход - с первым входом первого компаратора, первой клеммой для подключения контролируемого потенциометра и первым выводом источника напряжения, второй вывод которого соединен с второй клеммой для подключения контролируемого потенциометра и первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с вторым входом первого компаратора, информационным входом блока выборки и хранения и средним выводом контролируемого потенциометра от токосъемника, выход - с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом сигнализатора неконтактирования, регистр памяти, информационный выход которого соединен с вторым информационным входом регистратора, информационный вход - с информационным выходом счетчика импульсов, тактовый выход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с управляющими входами регистра памяти и блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с вторым входом второго компаратора, а выход - с первым входом аналого-цифрового преобразователя, а выходной вал привода токосъемника сочленен с осью привода токосъемника, отличающийся тем, что привод токосъемника включает генератор тактовых импульсов, вход которого подключен к второму выходу блока запуска измерения, а выход подсоединен к второму входу элемента И и запускающему входу регистратора, шаговый двигатель и модуль управления шаговым двигателем, цифровой код управления которым связан с выходной шиной управления регистратора, а выходная шина модуля управления шаговым двигателем с входной шиной шагового двигателя.