Устройство для телеизмерения Советский патент 1956 года по МПК G08C19/26 

Изобретение относится к устройствам для телеизмерения, содержащим на передающем пункте автоколебательную систему, преобразующую измеряемое напряжение в напряжение перслтенной частоты, и на приемном пункте - конденсаторный приемнитс.

В отличие от известных устройств этого типа, в которъьх срабатывание автоколебательной системы на передающем пункте происходит в результате изменения ее параметров, вызываемого работой датчика - индукционного или емкостного преобразователя, в предлагаемом устройстве автоколебательная система срабатывает в результате сравнения преобразуемого напряжения и напрял ения на конденсаторе, входящем в автоколебательную систему. Этим обеспечивается повышение точиости и стабильности работы устройства. Д;1Я осуществления сравнения указанный конденсатор включается в цепь заряда, питаемую от источника иостояиного напряжения и переключаемую электронным перек; ючателем, срабатывающим по достижении напряжением на конденсаторе значения, равного измеряемому напряжению.

Электронный преобразователь иа передающем пункте имеет линейную зависимость между периодом автоколебаний и величиной преобразуемого напряжения. Следовательно, зависимость мелуду величиной преобразуемого напряжения и частотой является нелинейной и определяется из соотнощения:

/ -

и..

где: f - частота;

и у. - преобразуеК. - постоянный мое напряжение; коэффициент.

Зависимость между частотой f и измеряемой величиной А определяется, если в выражение для f подставить значение напряжения U. которое может быть связано с Л разными соотношеииями и, в частности, соогношением:

и.,р-тА,

где р - постоянное напряжение, из которого вычитается иапряжение тЛ, пропорциональное измеряемой величиие. При этом меньщему значению измеряемой величииы А соответствует больщее значение напряжения Uy и наоборот. Вследствие чего с увеличением А частота / увеличивается, а уменьшением А - уменьщается. После подстановки получаем:

.

р - тА

Напряжение частоты /, полученное от преобразавателя на пе.редающем пункте, может быть .передано на расстояние на приемный пункт, где требуется воспроизвести измеряемую величину Л.

Нелинейность характеристики / f(U) не позволяет использовать какую-либо из известных схем измерителей частоты для воснроизведения значения U., а следовательно, и значения измеряемой величины А, так как это исключает возможность осуществления суммирования на приемной стороне.

Задача решается преобразо1ванием напряжения переменной частоты методом, обратным методу преобразования измеряемого напряжения на передающей стороне.

Преобразователь приемного пунк та в предлагаемом устройстве для телеизмерения прехдставляет собой конденсаторный приемник, состоящий из измерительного конденсатора, включенного в цепь заряда, питаемую от источника постоянного напряжения через электронный переключатель, переключающий указанную цепь с частотой Приходящих имиульсов, и соединенного через вьшрямитель с дифференциальным ламповым вольтметром, измеряющим максимальные значения напряжения на конденсаторе.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя на передающем пункте устройства для телеизмерения; на фиг. 2 - эквивалентная схема части этого преобразователя; на фиг. 3 - эквивалентная схема части преобразователя на приемном пункте; на фиг. 4 - принципиальная схема этого преобразователя.

Элементы передающей части устройства, представляющей собой преобразователь измеряемого напряжения в напряжение переменной частоты, выполняют функции сравнения двух напряжений, фиксации результата сравнения и переключения цепи заряда конденсатора в момент равенства напряжений для осуществления автоколебательного процесса.

Задача сравнения двух напряжений и фиксации результата в преобразователе рещается с помощью амплитудного компа затора, состоящего из триггерной лампы Л и пусковой лампы Лг.

Переключение цепи заряда КОНденсатора осуществляется с помощью переключательной лампы Л;;, работающей от триггерпой ламПы Л,,. Преобразуемое напряжение f/., получаемое от индукционного преобразователя, подается на первичную обмотку Wi входного трансформатора. Напряжение с вторичных обмоток W2 и W-i, этого т1)ансформатора после выпрямления (с помощью вентилей В) и сглаживания (с помощью конденсаторов С) подается на сеточные цепи лампы JJ-2.

Конденсатор Ci, включенный между сетка.ми лампы Л-2, заряжается через сопротивления jRi от источника анодного напряжения f/.

Цепь заряда конденсатора Ci переключается с помощью лампы Л.

Сетки и катод лампы /7з соединены с сетками и катодом триггерной лампы Л1 таким образом, что при открывании одной (например левой) половины ламны JJi открывается соответствующая (левая) половина лампы Лз, а при открывании другой (например правой) половины лампы JIi открывается соответствующая (правая) половина лампы Л.

Приведенная схема образует автоколебательную систему, частота колебаний которой определяется величиной напряжения -и скоростью перезаряда конденсатора С через сопротивление R от источника анодного напряжения фиг. 2 приведена эквивалентная схема включения ламп Л и Л. дающая наглядную картину работы преобразователя. В этой схеме лампа Лз заменена тройниковым контактом Я, а опорные напряжения услов«о показаны в виде батарей с напряжением f/д;. Внутреннее сопротивление лампы Лл постоянному току представлено в виде сопротивления

.Нормально обе половины лампы Л заперты напряжением U. При показанном на схеме положении тройникового контакта Я между катодом и сеткой левой половины лампы включена батарея, а между катодом и сеткой правой половины лампы - батарея и конденсатор Сь При этом левая половина лампы заперта отрицательным напряжением х правая половина лампы находится под воздействием разности напряжения U . и напряжения на конденсаторе Сь Конденсатор Cj заряжается через правое сопротивление i и напряжение между его обкладками растет по экспоненциальному закону. Когда величина напряжения на конденсаторе Ci приблизится к величине напряжения Ux разность напряжений между катодом и сеткой правой половины ламиы станет близкой к нулю, лампа откроется и вызовет переброс триггера в новое устойчивое состояние, в результате чего тройниковый контакт Я перейдет в правое положение. После переключения тройникового контакта начинается перезаряд конденсатора Ci в обратном направлении через левое сопротивление Ri. При возрастании напряжения на конденсаторе до строго определенной величины, близкой к U, происходит новое переключение и т. д. В схеме возникают автоколебания с периодом, определяемым временем перезаряда конденсатора Cj через сопротивление R: от напряжения -f U. до напряжения - U. Время перезаряда конденсатора Ci может быть определено из следующего выражения: /L 2U(Ua+ , откуда после преобразований полуЦд+и.. t R,C,n( и а - f/л t/л Из формулы для t непосредственно следует, что период автоколебаний не зависит от колебаний напряжения i/u и напряжения Их, если эти напряжения изменяются в одинаковой степени. Это очень важная особенность предлагаемого электронного преобразователя, которая обеспечивает возможность тх чного Преобразования угла поворота индукционных преобразователей в напряжение переменной частоты при наличии значительных колебаний питающего напряжения. Примененный в преобразователе амплитудный компаратор, состоящий из триггерной и пусковой ламп, обеспечивает высокую точность и большую скорость реагирования на определенную величину разности напряжений. Изменение напряжения на конденсаторе Ci происходит на участке максимальной крутизны экспоненциальной кривей. Положительное влияние указанных факторов сказывается iS высокой точности и высокой стабильности работы преобразовататя. Тля того чтобы характеристика преобразователя имела нелинейность, величину напряжения t/j. надо брать незначительной по сравнению с величиной напряжения Пелинейностьхарактеристики можно свести к нулю, если в общий провод к сопротивлениям R включить небольшое напряжение от специальной обмотки /входного трансформатора (не показанной на схеме) в противофазе с иапряжением U .. Напряжение от индукционных преобразователей подается в сеточные цепи пусковой лампы. Требуемая величина напряжения t/. не превышает 100. Поэтому потребление мощности от индукционных преобразователей является весьма незначительным и их работа происходит при оптимальных условиях. Описываемый электронный преобразователь позволяет получить частоты от небольщих долей герца до нескольких килогерц, чем обеспечивается перекрытие всего требуемого для дальних телеизмерений диапазона частот. Вариации частоты определяются вариациями измеряемого напряжения и , и могут быть .выбраны в любых нужных 1пределах. При точном расчете периода колебаний преобразователя необходимо учитывать падение напряжения на сопротивлении лампы Л и то обстоятельство, что переброс триггера происходит не при нулевом, а при некотором небольшом отрицательном напряжении между сеткой и катодом лампы ЛчПринцип устройства преобразователя на приемном пункте поясняется эквивалентной схемой, показанной на фиг. 3. При ноказанном на этой схеме положении тройниковОГо контакта /7 конденсатор С заряжается через правое сонротивление R от источника тока с напряжением Е, причем правая обкладка заряжается положительно, а левая - отрицательно. При переходе тройникового контакта Я в правое положение конденсатор с начинает перезаряжаться з обратном иаправлении - через леisoe сопротивление R. При непрерывном переключении тройникового контакта Я с некоторой частотой конденсатор С/ непрерывно .перезаряжается от напряжения + (7 до напряжения -U и наоборот. Это напряжение может составлять только небольшую часть от напрян ения источника питания. Величина напряжения U определяется временем замыкапия контакта Я , величиной напряжения Е и постоянной времени цепи заряда конденсатора т с;.;. Эти величины связаны между собой следующим соотношением: 2(-f(7Vl - е откуда после преооразования чаем: Е + и f R с; In E-U Это выражение идентично выражению (1) для полупериода колебаний на выходе Преобразователя измеряемого напряжения в напряжение переменной частоты, установленного на передающем пункте. Приравнивая выражения для Ги f, принимая , после преобразований получаем: и подставляя в равенство (3) значения /Ci и , получаем: 1 К + А-, - 1 /fa 1 Это равенство справедливо только при условии, если K l zОтсюда следует, что --- -следовательно, ,Таким Образом, напряжение U, при равенстве постоянных времени . Cj, линейно зависит от напряжения f/д- на передающей стороне и, следовательно, представленная схема на фиг. 3 может быть применена для воспроизведения значения измеряемой величины на прие.мНОМ пункте. В схеме по фиг. 4 для переключения измерительного конденсатора CJ, заряжаемого через сопротивления , используется вместо тройннкового контакта сдвоенная трехэлектродная лампа Л, обе поло1виаы которой нормально заперты не показанным на схеме отрицательным напряжением. Импульсы с выхода электронного преобразователя измеряемого напряжения IB напряжение переменной частоты на передаюшей стороне, через капал связи и входной усилительограничитель с триггерной лампой на выходе, на приемной стороне поступают на вход преобразователя приемника. При этом каждая половина лампы Л4 попеременно открывается и запирается на время, равное полупериоду колебаний, в результате чего конденсатор С непрерывно перезаряжается с частотой приходящих импульсов. Напряжение с конденсатора С/ через конденсатор С поступает на выпрямительную схему, собранную по схеме удвоения и состоящую из вентилей В и конденсаторов Сз. Сопротивление , щунтирующее выход выпрямительной схемы, выбирается достаточно большой величины. Это необходимо для того, чтобы постоянное напряжение на этом сопротивлении по величине соответствовало амплитудному значению напряжения и, снимаемого с конденсаора . При соблюдении этого условия напряжение на сопротивлении 2 будет строго пропорционально иапряжению f/д. на передающей стороне и, следовательно, будет служить мерой этого напряжения.

Для воснроизведения значения измеряемой величины необходимо решить задачу измерения постоянного напряжения на сотфотивлении Rz без потребления тока. Эта задача может быть решена разными нутями и, в частности, путем использования дифференциальной схемы катодного повторителя, приведенной на фиг. 4.

В -повторителе применена сдвоенная трехэлектродная ламла ЛБ с сопротивлениями Ra К RQ ъ цепях катодов.

Указывающий прибор Г включен между катодами лампы Лз через балластное сопротивление Rt.

Напряжение с сопротивления Rz подается на сетку левой половины лампы ЛБ. На сетку правой половины этой лампы подается па-пряжение от делителя анодного напряжения, состав.ченного из со-противлений Rj и -R,.

Это дает возможность установить баланс токов в схеме при любом значении частоты и, 1В частности, при минимальном ее значении. В последнем случае, минимальной частоте будет соответствовать пулевое значение тока через прибор Г, а максимальной частоте - максимальное значение тока.

Легко показать, что при соблюдении определенных условий величина тока / через указывающий прибор Г

строго -пропорциопальна измеряемой величине А.

Предмет изобретения

1.Устройство для телеизмерения, содержащее на передающем пункте автоколебательную систему, преобразующую измеряемое напряжение S мапряжение переменной частоты, а на приемном пункте - конденсаторный . приемник, отличающееся тем, что. с целью повышения точности н стабильности работы устройства, конденсатор, входящий в автоколебательную систему, включен в цепь заряда, питаемую от источника поСТОЯ1П10ГО напряжения и переключаемую электронным переключателем, срабатывающим по достижении наирял ением на конденсаторе значения, равного измеряемому напряжению.

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что измерительный конденсатор на приемном пункте включен в цепь заряда, питаемую от источника постоянного напряжения через э.: ектронный переключатель, переключающий указанную цепь с частотой приходящих им-пульсов, и соединен через выпрямитель с дис))ференциальным ламповым вольтметром, измеряющим максимальные значения напряжения па конденсаторе.

Нриоритет по п. 2 от 19 октября 1953 г.

Фиг. 2

i A;J

/liJEI ЕЙЛ

1 , кзая j

I.pp

ri H.,

Vl

.l. :i- ; Ivl 1 /7

Фиг. 3

-(-f

U r M

-1 I

-JS+I.

№HI

J

1 .«s1