Устройство для измерения скорости вращения Советский патент 1983 года по МПК G01P3/12 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройс вам, преобразующим дискретный частотный сигнал,пропорциональный скорости вращения, в аналоговую величи ну - ток или напряжение. Известно устройство для контроля частоты вращения с частотным датчиком и измерительной схемой, содержащей формирователь импульсов посто янной вольт-секундной площади с осредняющим блоком Недостатком данного устройства является низкое быстродействие в широком диапазоне изменения частоты входного сигнала. Поскольку постоян ная времени фильтра осредняющего блока выбирается по заданной величи не пульсаций выходного сигнала на нижней границе частотного диапазона то эта постоянная времени становится избыточной на верхней границе частотного диапазона, а угловое ( пу тевое) запаздывание увеличивается пропорционально скорости вращения. Это часто является неприемлемым при использовании устройства в быстродействуквцих регуляторах скорости с. широким диапазоном регулирования. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь частоты в напряжение, содержащий формирователь-ограничитель, дозируквдий конденсатор, выпрямительные диоды, которые служат формирователями постоянного положительного заряда, RC-фильтр, сое тоящий из нелинейных сопротивлений с экспоненциальной зависимостью тока от напряжения, например полупров никовые диоды, усилитель постоянного тока. Постояннная времени такого фильтра определяется динамическим сопротивлением резистивного элемента, которое обратно пропорционально току, а ток прямо пропорционален преобразуемой частоте. Постоянная времени изменяется обратно пропорционально частоте, при этом сохраняется постоянное зна чение относительной пульсации и величины углового запаз;й11вания во все диапазоне изменения частоты входног сигнала. При необходимости уменьшения величины пульсаций или величины запаздывания можеу быть использован многозвенный фильтр 21. Недостатком известного устройства является увеличение временного запаздывания на малых скоростях при использовании его в качестве датчика скорости в широкодиапазонны быстродействующих регуляторах скоро ти, что приводит к снижению быстродействия работы регулятор а. При испол зовании таких устройств в качестве реверсивных измерителей скорости в системах регулирования, у которых по сигналу изменения направления вращения изменяется полярность выходного сигнала, в выходнбм сигнале появляется скачок при смене направления вращения, что может привести к недопустимым броскам тока в электродвигателе . Цель изобретения - повышение быстродействия в широком диапазоне скоростей и при смене направления вращения . Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее частотный датчик, подключенный первым выходом к первому входу формирователя постоянного заряда, выход которого соединен с входом кс-фильтра, а выход Rс-фильтра подключен к входу усилителя постоянного тока, введены блок определения направления вращения, второй формирователь постоянного заряда, второй RC-фильтр и формирователь контурного тока, первый выход которого соединен с входом первого RC- фильтра, а второй выход - с входом второго RC-фильтра, первый вход второго формирователя постоянного заряда подключен к первому выходу частотного датчика и к первому входу блока определения направления вращения, второй вход которого соединен с вторым выходом частотного датчика, первый выход - с вторым входом первого формирователя постоянного заряда, а второй выход - с вторым входом второго формирователя постоянного заряда, выход которого через второй RC-фильтр подключен к входу усилителя постоянного тока. На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения .скорости вращения, на фиг. 2 - формирователь постоянного заряда; на фиг. 3 - графическое изображение зависимости выходного сигнала устройства с формирователем контурного тока( р) и без него if ) при торможении от максимальной скорости до нуля с постоянным ускорением, изменением направления вращения с последующим разгоном с тем же ускорением. Устройство для измерения скорости вращения (фиг.4 1 состоит из частотного датчика 1, формирователей 2 и 3 постоянного заряда, блока 4 определения направления вращения, .формирователя 5 контурного тока, RC-фильтров б и 7, усилителя 8 постоянного тока. Первый выход частотного датчика 1 соединен с первыми входами формирователей 2 и 3 постоянного заряда и с первым входом блока 4 определения направления, второй вход которого подключен к второму выходу частотного датчика 1, Первый выход блока 4 определения направления вращения соединен с вто рым входом формирователя 3 постоянного заряда, а второй выход - с вто рым входом формирователя 2 постоянного заряда. Выход формирователя 2 заряда соединен с первым выходом фо мирователя 5 контурного тока и с входом RC-Фильтра 6. Выход формиров теля 3 постоянного заряда соединен с вторым выходом формирователя 5 контурного тока и с входом RС-фильт ра 7. Выход;RO-фильтра 6 соединен с выходом RC-фильтра 7 и с входом усилителя 8 постоянного тока, выход котррого является выходом устройств Частотный датчик 1 может быть выполнен по любой известной схеме, имеющей два частотных выхода, сигна лы с которых сдвинуты по фазе. Формирователя 2 и 3 постоянного заряда могут быть выполнены по pasличным схемам, например, содержащим формирователь-ограничитель импульсов, дозирующий конденсатор и выпря мительные диоды. Кроме того, формир ватели 2 и 3 постоянного заряда могут быть выполнены как формирователи постоянной амперсекундной площади, например, как показано на фиг. 2. Формирователь постоянного заряда 2 (3) содержит генератор 9 тока, выполненный на операционном усилителе, кварцевый генератор 10, счетчик 11, ключ 12 и элементы И 13 15. Входы элемента И 14 являются соответственно первым и вторым входами формирователя постоянного заряда выходом которого является выход клю ча 12. Формирователь импульсов стабильной длительности (кварцевый ген ратор 10 и счетчик 11) управляет работой ключа 12. На .выходе формирователя постоянного заряда получают импульсы тока, амплитуда которого задается генератором 9 тока, а длительность - формирователем импульсов постоянной длительности. Формирователи 2 и 3 постоянного заряда формируют заряды разного знака. Формирователь 5 контурного тока может быть выполнен, например по схеме,приведенной на фиг. 2, и содер жит генератор импульсов стабильной амплитуды и частоты, разделительный конденсатор и выпрямительные диоды. Ток в контуре равен ТГф- U.C-V где и - ёмплитуда импульсов генератора ; - емкость дозирующего конденсатора;f - частота следования импульсов, вырабатываемых генератором. RC-фильтр 6 (7 ) состоит из- п нелинейных сопротивлений с экспоненциальной характеристикой (фиг. 3 тока от напряжения, например полупроводниковых диодов и конденсатора. Устройство работает следующим образом. При вращении датчика 1 с угловой скоростью, изменяющейся во времени, на выходе частотного датчика 1 появляется частотный сигнал, частота которого пропорциональна скорости вращения. Частотный сигнал постуйает на формирователи 2 и 3 постоянного заряда, формирующие заряды разного знака, и блок 4 определения направления вращения, который разрешает работу формирователя 2 постоянного заряда, блокируя при этом работу формирователя 3 постоянного заряда. При смене направления вращения блок 4 дает разрешение на работу формирователя 3, блокируя работу формирователя 2, что приводит к изменению полярности выходного сигнала. Поскольку при смене направления вращения коммутация сигнала скорости происходит до Rс-фильтров, а выходы RC-фильтров объединены, то при переходе скорости через ноль происходит плавное изменение выходного сигнала, так как напряжение на конденсаторах RC-Фильтров 6 и 7 мгновенно измениться не может. Формирователь 5 контурного тока создает ток в контуре (состоящем из двух RC-Фильтров 6 и 7), не втекакздий в цепь усилителя 8 постоянного тока. В результате через диоды RC-фильтров 6 и 7 протекает ток, вызванный входным частотным сигналом, и ток, сформированный формирователем 5 контурного тока. Рассмотрим работу схемы при положительном Направлении вращения, при этом работает формирователь 2, суммарный ток 1 через диоды Rс-Фильтра 6 равен 64 ф где igy - составляющая суммарного тока, обусловленная входным частотным сигналом/ ф - составляющая суммарного тока, обусловленная работой формирователя 5 контурHorcD тока. вчс 4f, i ф а Const, где q - величина заряда, формируемая формирователем 2 постоянного заряда, f - частота входного сигнала. Поскольку постоянная времени Т RC-Фильтров 6 и 7 пропорциональна протекакяцему через диоды току, получимт сг п - - т - .

где Ч-i- - температурный потенциал

диода)

п . - количество диодов; ;С| - емкость конденсатора фильра.

Подставляв значение суммарного тка t, постоянную времени определяют лэ выражения

. T. С

Т - qf . +а

ИЗ которого видно, что при больших скоростях вращения, когда выполняется неравенство , постоянная

времени Т --; г . изменяется обратно пропорционально частоте. При малых скоростях вращения, когда cff«a , постоянная времени фильтра

Т

Const а

и не зависит от частоты входного сигнала.

Соотношение q f и а выбирают из соображений нужного диапазона регулирования скорости при применении устройства в системах автоматического рех улирования скорости.

Из представленной на фиг. 3 зависимости выходного сигнала от времени для устройства с формирователем контурного тока р и без него g видно, что применение формйрователя 5 контурного тока существенно уменьшает временное запаздывание на малых скоростях.

Выходное напряжение устройства не зависит от величины контурного тока, а погрешность измерения скорости определяется только погрешностью формирования постоянного заряда.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность применения его в быстродействукяцих измерителях и регуляторах скорости, а также обеспечивает высокую точность измерений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, содержащее частотный датчик, подключенный первым выходом к первому входу формирователя постоянного заряда, выход которого соединен с входом RC-фильтра, а выход КС-Фильтра подключен к вхо- ду усилителя постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне скоростей и при смене направления вращения, в него .введены блок определения направления вращения, второй формирователь пос-| тоянного заряда,второй RC-фильтр и форМИрователь контурного тока,первый выход которого соединён с входом ttep|Вого RC-фильтра, а,второй выход с входом второго RC-фильтра, первый вход второго формирователя постоянного заряда пЬдключен к первому выходу частотного датчика и к первому входу блока определения направления вращения, втброй вход которого соединен с вторым выходом частотного датчика, первый выход - с вторым щ входом первого формирователя постоя ного заряда, а йторой выход - с вторым входом второгхэ формирователя постоянного заряда, выход которого через втброй RC-Фильтр подключен к входу усилителя постоянного тока.

, --ц,..

(puf.