Аналоговый измеритель малой относительной разности скоростей Советский патент 1983 года по МПК G01R23/09 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение, например, в высокоточньЕС,измерителях малой относительной разно,сти скоростей при измере1Ши йытяжки, растяжения или обжатия пол сы в прокатном производстве.

Известен аналоговый преобразова,тепь относительной раадости частот, .содержащий формирователь импульсов разностной частоты, управляющий клю.чрм на входе Интегратора, выход йоторого соединен с первым входом сумматора напряжений, второй вход которого средин-ен с источником опорного напряжения и .с инфорглационным входо ключа С I.

Известное устройство имеет недостаточную точность при измерении малой относительной разности частот из-за смещения нуля интегратора и фазовой погрешности. .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения малой относительной разности скоростей,которое содержит преобразователи скорости в частоту, связанные через блок формирования входных частот с входами блока вычитания, подключенный к его выходам блок формирования импульсов тока разностной частоты, включенный на его выходе RC-фильтр, блок формирования временных интервалов, выходной операционный усилитель с RC-цепочкой в цепи его обратной связи и два управляемых ключа. Информационный выход первого ключа и информационный вход второго ключа соединены с входом операционного усилителя, информационный вход первого и выход второго ключей соединены с резисторами фильтра и опеграционного усилителя соответственно Г2.

Сфера применения известного устройства ограничена механизмами с постоянным направлением движения.

Для измерения относительной разности скоростей механизмов, меняющих направление движения (напг)имер, для измерения обжатий на реверсивных прокатных станах), его требуется дополнительно снабжать блоком формирования сигнала направления вращения механизмов и устройством переключения входа запуска блока формирования временных интервалов.

Цель изобретения - повышение точности измерения при упрощении устройства и расширение его эксплуатационных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в аналоговый измеритель, содержащий два преобразователя скорости в частоту, соединенные через блок формирования импульсов входных частот с входами блока вычитания, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования импульсов тока разностной Частоты, включающего в себя два управляемЕ-1Х ключа, соединенных ин- . формационными входами соответственно с разнополярными источниками постоянного тока, а выходами - с выходом блока формирования импульсов

0 тока разностной частоты, выход Которого соединен с входом фильтра, блок формирования временных интервалов, выход которого соединен с входами управления ключей, информационный

5 вход первого ключа соединен с выходом фильтра, а его выход и информационный вход второго ключа соединены с входом операционного усилителя с параллельной RC-цепочкой в цепи его

0 обратной связи, резистор которой

включен между выходами второго ключа и операционного усилителя, введены триггер, два элемента И-НЕ, в блок формирования импульсов тока разност5 ной частоты введены две дифференцирующие цепочки, два элемента И и два RS-триггера, S-входы которых являются первым и вторым входами блока формирования иглпульсов тока

Q разностной частоты, а их единичные выходы через элементы И подключены к управляющим входаг. управляемых ключей, управляющий вход блока формирования импульсов тока разностной частоты соединен с вторыми входами элементов И непосредственно, и с R-входами триггеров через дифференцирующие цепочки и подключен к выходу блока формирования временных интервалов, при этом выходы блока

0 вычитания соединены с входами триггера, выходы которого соединены с первыми входами элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами блока формирова- .

5 ия входных частот, выходы элементов И-НЕ соединены с входом блока формирования временных интервалов. На фиг. 1 показана (структурная схема измерителя малой относительной

Q разности скоростей; на фиг. 2 - временные диаграмьлы.

Устройство содержит преобразователи 1 и 2 скорости в частоту, блок 3 формирования импульсов входных

е частот, блок 4 вычитания, блок 5 формирования временных интервалов, триггер 6, элементы И-НЕ 7 и 8, блок 9 формирования импульсов тока разностной частоты, фильтр 10, ключи 11 и 12, операционный усилитель 13

с резистором 14 и конденсатором 15 обратной связи.

Блок 9 содержит две дифференцирующие цепочки 16 и 17, RS-триггеры 18 и 19, элементы И 20 и 21, ис5 точники 22 и 23 тока (положительной и отрицательноП полярностеп ) и клк1чи 24 и 25. Фльтр 10 состоит из ре:зистора 26 и конденсатора 27. При измерении относительной разности скоростей по отношению к мень шей, скорости вторые входи элементов И-НЕ 7 и 8 с выхода:4И блока 3 соединяются так, как показано на черте же, а при измерении по отношению к большей скоррсти выходы блока,3 соединяются так: первый с вторым входом элемента 7, второй - с вторы входом элемента 8. Устройство работает следующим образом. Если разность скоростей отсутствует соответственно отсутствуют и импульсы разностной частоты на обои выходах блока 4. При этом на вторые входы элементов И-НЕ 7 и 8 с выходо блока 3 поступают импульсы с единановой частотой f , пропорциональной скорости VQ контролируемых объектов. При отсутствии импульсов раз ностной частоты на входы R и S триг гера б поступают сигналы высокого уровня (сигналы 1) и триггер 6 находится в неопределенном состоянии. На вход запуска блока 5 поступаю импульсы текутей частоты f, которы вызывают формирование на выходе бло ка $ импульсов с уровнем 1 длител ностью t(3 и частотой f О Эти импульсы, поступая через диф ференцирующие цепочки 16 и 17 на R-входы триггеров 18 и 19, устанавл вают их в такое состояние, при кото ром на выходах триггеров, соединенных с первыми входами элементов И 20 и 21, обеспечивается состояние О. Одновременно выходные импульсы блока 5 поступают на вторые входы элементов И 20 и 21 и на управляющие входы ключей 11 и 12. На ВЕЛходах элементов И 20 и 21 из-за наличия на первых входах i сигналов О постоянно устанавливается сигнал О, который, поступая на управляющие входы ключей 24 и 25, обеспечивает разрыв их информационных цепей. При этом ток от источников 22 и 23 тока на выход управляемого блока 9 и соответстве но на вход RC-фильтра 10 и вход оп рационного усилителя IS не поступает. Сигналы 1 длителъноотью tg, сл дующие с частотой fg и поступающие на управляющие входы ключей 11 и 12, вызывают периодическое замыкан их информационных цепей. Поскольку ток на выходе усилите ля 13 О1 сутствует, выходной сигнал усилителя равен нулю. При наличии разности скоростей (фиг. 2) и соответственно разности выходных частот f и f преобразователей 1 и 2 (fg 7f ) На вхрд S-триг гера 6 с выхода блока 4 будут поступать импульсы О, благодаря которым на выходе триггера 6, соединенном с входом элемента И-НЕ 7, установится состояние О. При этом на вход запуска блока 5 с выхода элемента И-НЕ 8 будут поступать импульсы меньшей частоты f. При появлении каждого импульса разностной частоты fpi, ( триггер 19 переключается по клходу в состояние 1, в то время как триггер 1В по выходу постоянно находится в состоянии О. Поскольку импульсы разностной частоты являются повторными штульсами большей частоты в периоде меньшей частоты, то в момент переключения триггера 19 выходной сигнал блока 5 соответствует сигналу О. При последующем запуске 5 импульсом меньшей частоты Hgi выхсщё блока 5 формируется на время t сигнал 1, который, поступая на второй вход элемента И 21, вызывае|т На его выходе (на это время) сигнал 1, обеспечивающий замыкание аналогового ключа 25. По окончании выходного импульса блока 5 аналого-вый ключ 25 размыкается. Задний фронт выходного импульса блока 5 через дифференцирующую цепочку 17 переключает триггер 19 в исходное состояние, при котором на его выходе устанавливается сигнал Q За время tg от источника 23 тока на вход fC-фильтра 10 и далее на , вход операционного усилителя 13 поступит заряд q , равный q ioto , где i о - ток источника тока отрицательной полярности. При разностной частоте fpi, ( на вход усилителя 13 будет поступать средний ток ig., равный „. to ( К Выходное напряжение иц,усилитвля 13 с учетом работы аналогового ключа Д2 равно и 1-0 - 1 . о() вых .ce- tj, f Т т.е. выходное напряжение усилителя, а также устройства в целом, пропорционально относительной разности частот по отношению к меньшей частоте, или относительной разности скорости по отнсшению к меньшей скорости . При f., f2 импульсы разностной частоты f р ( FT f 2 ) f nocTynafi на вход R триггера 6, переключат его в состояние О по выходу, соединенному с входе элемента И-НЕ 8, бла-годаря чему на вход запуска блока 5

будут поступать импульсы частоты fg (т.е. по-прежнему меньшей частоты) с выхода элемента И-te 7.

Каждый импульс разностной частоты будет переключать по выходу триггер 18 в состояние 1 и при поступлении последующего иМпульса меньшей частоты - частоты f, на вход операционного усилителя 13 от источника 22 тока через аналоговый ключ 24 будет поступать в течение времени t ток IQ , а на выходе усилителя 13 будет Напряжение, равное

jo R -14 ( 2. f-1 )

вых

Таким образом, измерение относительной разности частот выполняется по отношению к меньшей частоте.

Ошибка измерения в схеме предлагаемого устройства определяется толь ко минимальными погрешностями параметров, т.е. в отличие от прототипа не зависит от точности задания временных интервалов, например t, .

Следовательно, предлагаемое решение позволяет достигнуть и при более простой реализации устройства того же уровня точности (0,05-0,2%), который в прототипе может быть обеспечен только путем применения сложных и дорогостоящих прецизионных ПЧН. При этом быстродействие устройства сохраняется.

АНАЛОГОВЫП ИЗМЕРИТЕЛЬ МАЛОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАЗНОСТИ СКОРОСТЕЙ содержащий два преобразователя скорости в частоту, соединенные через блок формирования импульсов входных частот с входами блока вычитания, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока формирования импульсов тока разностной частоты, включающего в себя два управляемых ключа, соединенных информационными входами соответственно с разнополярными источниками постоянного тока, а выходами - с выходом блока формирования импульсов тока разностной частоты, выход которого соединен с входом фильтра, блок формирования временных интервалов, выход которого ;соединен с входами управления ключей, информационный вход первого ключа соединен с выходом фильтра, а его выход и информационный вход второго ключа соединены с входом операционного усилителя с параллельной RC-цепочкой в цепи его обратной связи, резистор которой включен, между выходами второго ключа и операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности измерения и расширения его эксплуатационных возможностей, в него введены триггер, два элемента И-НЕ, в блок формирования иг-тульсов тока разностной частоты введены две дифференцирующие, цепочки, два элемента И и два RS-триггера, S-входы которых являются первш и вторым входами блока формирования импульо S сов тока разностной частоты,.а их единичные выходы через элементы И (Л подключены к управляющим входам управляемых ключей, управляющий вход блока формирования иг-шульсов тока разностной частоты соединен с вторыми входами элементов И непосредственно, и с R-входами триггеров через дифференцируиедие цепочки и подключен к выходу блока формирования временных интервалов, П1,и этом выходы блока вычитания роединены с входами триггера, выходы которого о: соединены с первыми входами элемен-ч1 тов И-НЕ, вторые входы которых соединены соответственно с выходами блока форкшрования входных частот, выходы элементов И-НЕ соединены с входом блока формирования временных интервалов.