Устройство для контроля электромагнита Советский патент 1984 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике, предназна чено для контроля в условиях эксплу тации и производства электромагнито постоянного тока, используемых преимущественно в качестве приводов гид ро- и пневмораопределителей, и може аайти применение в горной, нефтегаз БОЙ, станкостроительной и других от раслях промышленности. I Известны устройства, обеспечиваю йще контроль работы электромагнита в процессе его эксплуатации где питание на обмотку подают скачком, содержа1дае блок питания, блок снятия импульса, дифференцирующий усилитель ограничитель, двоичный счетчик, триггеры и индикатор С.11, Однако данные устройства не обеспечивают контроль тока срабатывания электромагнита. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля работы элект ромагнита, содержащее блок питания переключатель, электромагнит, контрольный резистор, дифференцирующий усилитель, усилитель-ограничитель, триггер, аналоговый ключ и амплитудный детектор С23, Однако известный дифференцирующий усилитель снижает достоверность контроля, поскольку импульс отрицательной полярности на его выходе, ам плитуда которого пропорциональна кру тизне спадания тока и не зависит от величины этого спадания, может иметь место как при исправном, так и неисправном электромагните. Действител но, сигнал о наличии движения якоря и величина тока трогания зaпONИнaются соответственно в триггере и амплитудном детекторе в самом начале . движения. Однако в силу целого ряда причин (загрязнение рабочей жидкости, зйдиры) ход якоря может оказаться недостаточным для требуемого по условиям функционирования раскрытия гидравлических каналов золотника, т.е. электрогидррраспределитель фактически своих функций не выполняет. В то же время устройство-прототип идентифицирует данное состояние объекта как исправное. Целью изобретения является повышение достоверности результатов конт роля. Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ключ, соединенный входом с первым выходом источника питающего напряжения, а выходом - с первым выводом обмотки контролируемого электромагнита, зашунтированной диодом, контрольный резистор, соединенный первым выводом с вторым выводом обмотки контролируемого электромагнита, а вторым выводом - с нулевой шиной устройства, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй вхрд к первой шине опорного напряжения, и первый триггер, введены алгебраический сумматор, второй и третий компараторы, элемент И, второй триггер и фильтр нижних частот, вход которого соединен с вторым выводом обмотки контролируемого электромагнита, а выход - с информационным входом амплитудного детектора и инвертируюпим входом сумматора, прямым входом подключенного к выходу амплитудного Детектора, а выходом - к первому ВХОДУ второго компаратора, второй вход которого подключен к второй шине опорного напряжения, а выход - к тактовому входу первого триггера и к первому входу элемента И, к второму входу которого подсоединен В|ыход первого компаратора, выход элемента И подключен к тактовому входу второго триггера, первый вход третьего компаратора соединен с выходом ключа, а второй вход - с третьей шиной опорного напряжения, выход третьего компаратора соединен с входами сброса триггеров и управляюаим входом амплитудного детектора. На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - временные диагрё1ммы. Устройство содержит ключ 1, соединенный входом с выходом источника 2 питающего напряжения, а выходом - с первым выводом обмотки контролируемого электромагнита 3, зашунтирован-с ной диодом 4, контрольный резистор 5, первый вывод которого соединен о вторым выводом обмотки электромагнита, а второй вывод - с нулевой шиной устройства, первый компаратор 6, первый вход которого подключен к выходу амплитудного детектора 7, выполненного, как в протЬтипе, а второй вход - к первой шине опорного напряжения, первый триггер 8, алгебраический сумматор 9, инвертирующий вход которого подключен к входу детектора, а неинвертирующий - к вы5соду этого детектора. Выход сумматора подключен к первому входу второго компаратора 10, второй вход которого со.е|динен с второй тиной опорного напряисения. Вход третьего компаратора 11 соединен с выходом ключа 1, а выход с управляющим входом детектора. Вы-. ход элемента И .12 подключен к тактовому входу второго триггера 13, первый вход элемента И соединен с выхо-. дом второго компаратора и тактовым входом ; первого триггера, второй вход - с выходом первого компаратора. Входы сброса триггеров объединены и подключены к выходу третьего компаратора, а информационные входы триггеров подключены к шине логической . Вход амплитудного детектора подключен к контрольному резистору через фильтр 14 нижних частот, представляющий собой, например, резистор ный делитель напряжения, на выходе которого включен конденсатор. Третий компаратор образован делителем напряжения на резисторах 15 и 16, операционным усилителем 17 и ограничите лем уровня на резисторе 18 и диодах 19 и 20. Величины напряжений на выходах компараторов 6 и 10 соответ.ствуют используемой серии цифровых интегральных микросхем и обеспечиваются ограничителями.уровня, как и в компараторе 11. На фиг. 2 уровень напряжения, соответствующий локальному максимуму переходной характеристики нарастания тока при включении электромагнита с величиной сил сопротивления троганию якоря в пределах нормы и при повышенном сопротивлении, обозначен соответственно УЙ и V , локальному минимуму - Va и Vft , максимальной ве личине тока - время нарастания тока от нуля до величины тока трога ния - t,;, время движения якоря - i время от локального минимума до мак симальной величины тока - t, проме жуток времени максимального искажени сигнала - , время уменьшения сиг нала на выходе фильтра 14 при. отклю чении электромагнита - tg, время н растания тока от нуля до величины тока трогания при повышенном сопротивлении движению - tj. На фиг. 1 обозначены выходы 21 и 22 триггеров 8 и 13 соответственно, операционные усилители 23, диоды 24, ключ 25, конденсатор 26 и резис торы-27. Устройство работает следующим об разом. В триггер 8.и 13 сигналы с обмотки электр1омагнита подаются по двум параллельным каналам. По первому каналу на тактовые входы триггеров через контрольный резистор, фильтр 14 и амплитудный детектор 7 подается сигнал, пропорциональный току в Обмотке; на триггер 8 - через алгебраический сумматор 9 и второй компаратор 10, если амплитуда сигнала порога V , на триггер 13 через первый компаратор 6 и элемент И 12. По каналу на входы сброса триггеров подаётся сигнал, пропорциональный напряжению на обмотке, через третийкомпаратор 11. Помехоустойчивость по второму каналу обеспечивается величиной порога Vj/. Компаратор 11 определяет замкнут или разомкнут ключ 1, а также преобразует уровни напряжекия. Чтобы задержки триггеров на сбросе, разрядного ключа амплитудного детектора на замыкание и отличное от нуля сопротивление замкнутого ключа не вызвали ложной записи в триггеры, в первом канале использована задержкаг вносимая фильтром 14 нижних частот, который повышает точность контроля, подавляя высокочастотную составляющую искажений, проходящих на вход детектора 7 через нелинейную .индуктивность обмотки и емкость смещенного в обратном направлении дщода 4 при дребезге контакта ключа или помехах по питанию. Постоянная времени фильтра выбирается так, чтобы за время задержки сброса триггеров снижение уровня напряжения на его выходе не превысило значения V2 , но чтобы при движении якоря выходное напряжение фильтра успевало следить за входным. Перед включением ключа 1 нулевой потенциал с обмотки обесточенного электромагнита, обуславливающий уровень логической на выходе третьего компаратора 11, удерживает триггеры 8 и 13 в нулевом состоянииу а ключ разряда конденсатора амплитудного детектора - в замкнутом. На выходе 21 триггера 8 присутствует логический О; а на выходе 22 триггера 13.- логическая . На обоих входах, следовательно, и на вырсоде алгебраического сумматора 9, а также на выходе компаратора 10 напряжения равны нулю. Включением ключа 1 (фиг. 2а) подается напряжение с блока питания на вход компаратора 11. Величина порога Vj выбрана такой, чтобы положительное напряжение с выхода делителя на резисторах 15 и 16, находящееся в пределах допустимых сигналов для операционного усилителя 17, превымало ее при существующем уровне пульсаций напряжения источника питающего напряжения, а Колебания напряжения в сети, вызывающие спад тока на величину, равную или большую задаваемой порогом Vj, воспринимались как отключение электромагнита и не идентифицировались как ход якоря. Напряжением логического VO . с выхода :компаратора 11 (фиг. 26) размыкается ключ амплитудного детектора и разрешается запись в триггеры информации. При нарастании тока на отрезке времени t, выходное напряжение .детектора (фиг. 2г) следит за выход;ным (фиг. 2в), и на выходе суммато,ра 11 (фиг. 2д) остается низкий уровень. Если при имеющем место включении электромагнита якорь приходит в движение, то на Отрезке tg (или tg ) времени выходное напряжение сумматора увеличивается от нуля до макси- мальной величины, равной разности Vj, -Vj- (или Vj,-Vg ) и превышает порог Vj , что вызывает положительный импульс на выходе компаратора 10. Перег-- ним фронтом этого импульса записывается i в триггер 8 (фиг. 2е), а вершиной подается уровень логичес кой на первый вход элемента И Вследствие этого результат сравнени величины Vi (или V, ) , заполненной а плитудным детектором (фиг. 2г), с порогом V проходит на выход компар тора 6 и через элемент И при V в триггер 13 записывается i (фиг. 2ж). Величина порога V выбирается по .максимально допустимому току трогания. Ток в обмотке достигает своей максимальной величины, соответствующей уровню V , в промежутке времени t, (фиг. 2в). Устройство запоминает на амплитуд ном детекторе все токи трогания при имеющем место включении электромагнита, но с порогом V, сравнивается лишь величина того из них, который вызывает ход якоря достаточной величины. I При застревании якоря в промежу точном положении сигнал на выходе алгебраического сумматора, н,арастаюЩ11Й с должной крутизной, не успевает достигать порога Mi . В этих случаях факт движения якоря не запомин&ется и сравнение величины трогания с порогом не происходит. Величина по рога Vj определяется по минимально допустимой величине хода якоря, при которой объект, в состав которого входит электромагнит, функционирует ;правильно. Если якорь остается неподвижным, то вплоть до отключения электромагнита отличие от нуля разности в вели чинах выходного и входного напряжений детектора вызывается лишь искаже ниями сигнала с резистора 5. В наибольшей степени этот сигнал подвержен влиянию помех на промежутке t, , когда.ток уже достигает своей lyiaKCH мальной величины, индуктивность обмотки из-за насыщения магнитопровода уменьшается, уровень пульсаций напряжения блока питания возрастает. Поэтому величина порога Vj выбираетс также большей амплитуды помех на выходе алгебраического сумматора при заклиненном якоре. При отключении электромагнита открывается диод 4 и гасит электродвижущую силу самоиндукции в обмотке. Падение напряжения на этом диоде подается на компаратор 11, на выходе которого образуется уровень логической , сбрасывающий триггеры и разряжающий конденсатор амплитудного детектора (интервал tj. Фиг. 2), Исключение дифференцирующего усилителя и использование алгебраического сумматора сигналов с входа и выхода амплитудного детектора, управление детектором через компаратор 11 по состоянию ключа и триггерами лишь при достаточной величине хода якоря повышают достоверность результатов контроля электромагнитов, эксплуатируемых на объекте. Достоинством схемы является и восстанавливаемость: при отключении электромагнита триггеры сбрасываются, ключ разряда конденсатора детектора 7 замыкается единичным уровнем сигнала с выхода компаратора 11 и нет необходимости дополнительно вводить шину сброса и организовы« вать подачу на нее импульсов перед моментом включения электромагнита, как в прототипе. Устройство позволяет оперативно контролировать каждое включение электромагнита, для чего к выходам 21 и 22 достаточно подключить светодиодные индикаторы. Тогда свечение светодиода, подключенного к выходу 21, будет индицировать о достаточном перемещении якоря, а погасание при этом второго светодиода - превышение током трогания, вызвавшим это движение, нормы. При соответствующем выборе величины порога V предлагаемое устрюйство позволяет оценить величину тока трогания для электромагнитов, у которых основным является второе движение якоря при имеющем место включении, что может быть вызвано преодолением последовательно во времени усилий двух пружин.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА, содержащее ключ, соединенный входом с первым выходом источника питающего напряжения, а выходом - с первым выводом обмотки контролируемого электромагнита, зашунтированной диодом, контрольный резистор, соединенный первым выводом с вторым выводом обмотки контролируекюго электромагнита, а вторым вывойом - с нулевой шиной устройства, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй вход - к пер,вой шине опорного напряжения, и первый триггер, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов контроля в уст.ройство введены алгебраический сумматор, второй и третий компарато, элемент И, второй триггер и фильтр . нижних частот, вход которого соединен с вторым выводом обмотки контролируемого электромагнита, а выход с информационным входом амплитудного детектора и инвертирующим входом сумматора, прямым входом подключенного к выходу амплитудного детектора, а выходом - к первому входу второго компаратора, второй вход которого подключен к второй шине опорного напряжения, а выход - к тактовому (Л входу первого триггера и к первомувходу элемента И, к второму входу которого подсоединен выход первого компаратора, выход элемента И подключен к тактовому входу второго тригге-с ра, первый вход третьего компаратора соединен с выходомдлюча, а второй вход - с третьей шиной опорного напряжения, выход третьего компаратора соединен с входами сброса триггеров и управляющим входом амплитудного детектора. со СП