Электронный тахометр Советский патент 1984 года по МПК G01P3/481 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испол зовано для измерения скорости вращения турбины либо числа оборотов в единицу времени вала двигателя и т.п. Известен электронный тахометр, содержащий подключенную к выходу датчика сигналов цепь последовательно соединенных ограничителя ам плитуды, усредняющего устройства и индикатора 01 Однако точность этого электронного тахометра невелика так как наличие в нем ограничителя амплиту ды не обеспечивает устранение по1грешностей скважности импульсов на входе усредняющего устройства, выз ванных искажениями их фронтов. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является эл троннбй тахометр, содержащий одновибратор, индикатор и последовател но соединенные датчик сигналов, ог раничитель и дифференцирующую цепь. Выход дифференцирующей цепи соединен с входом одновибратора, а выход одновибратора подключен к входу индикатора. Указанньй одновибратор содержит RC-цепь, подключенную параллельно его времязадающ цепи через замыкающий контакт реле обмотка которого включена параллел но якорной цепи стартера двигателя Однако в известном тахометре одновибратор в его схеме при работе устройства не исключает срабаты ваний по второй - наиболее интенсивной- из высших гармонических сое тавляющих входного сигнала, а это снижает точность измерений скорости вращения. Особенно существенен этот недос таток при использовании датчика сигналов вибрационного типа, устанавливаемого на картере двигателя либо на корпусе турбогенератора, поскольку интенсивность второй гар монической составляющей выходного сигнала такого датчика высока срав тельно со случаями применения других .датчиков сигналов. Целью изобретения является повы шение точности измерений скорости вращения. Поставленная цель достигается тем, что в электронный тахометр, содержащий одновибратор, индикатор последовательно соединен.ные датчик сигналов, ограничитель и дифференцирующую цепь, введены регулируемый частотный селектор импульсов, дополнительная дифференцирующая цепь и усредняющий фильтр, причем регулируемый частотный селектор импульсов содержит включенный между его входом и выходом второй одновибратор, параллельно к резистору времязадающей цепи которого подключен регулируемый резисторный шунт, при этом дифференцирующая цепь, регулируемый частотный селектор импульсов, дополнительная дифференцирующая цепь, одновибратор, усредняющий фильтр и индикатор соединены последовательно, а вход управления регулируемого резисторного шунта подключен к выходу усредняющего фильтра. При этом в качестве регулируемого резисторного шунта использован резисторный оптрон. Чтобьг исключить срабатывание второго одновибратора от запускающих импульсов, сформированных под воздействием второй гармонической составляющей частоты выходного напряжения датчика.сигналов, необходимо обеспечить соблюдение условия, при котором длительность выходных импульсов второго одновибратора боль-, ше половины периода частоты первой гармонической составляющей этого напряжения, оставаясь при этом меньше длительности целого периода, т.е. необходимо обеспечить соблюдение условия -г где Т - период частоты первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика сигналов; tjj - длительность выходного импульса второго одновибратора. Поскольку t Т, то к моменту поступления на регулируемый частотный селектор импульсов следующего запускающего импульса из их последовательности, частота которых, а значит и период следования соответствуют частоте и периоду Т первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика сигналов, в схеме второго одновибратора уже восстановится исходное состояние. при котором он может быть запущен поступающим на него импульсом. Для этого должно выполняться сле дующее соотношение между требуемой длительностью t выходного импульса второго одновибратора и частотой f первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика сигналовЧ 1,5 f Длительность 1ц выходного импуль са второго одновибратора определяется по формуле t tv 0,7 RC, где R - активное сопротивление вре мязадающей цепи данного одновибратора; С - емкость конденсатора время задающей цепи. Условие, при котором обеспечивается селекция запускающих импульсов н частоте первой гармонической состав ляющей выходного напряжения датчика сигналов R -i. cf По закону обратной пропорциональ ности к напряжению на входе управления (которое в предлагаемом тахометре при работе устройства пропорционально селектируемой частоте) изменяется сопротивление использованного в устройстве резисторног оптрона. На чертеже представлена функцио нальная схема электронного тахомет Электронный тахометр содержит п ледовательно соединенные датчик 1 сигналов, ограничитель 2, дифферен цирующую цепь 3, регулируемый част ный селектор 4 импульсов, дополнительную дифференцирующую цепь 5, одновибратор 6, усредняющий фильтр индикатор 8. При этом регулируемый частотный селектор 4 импульсов содержит вклю ченный между его входом и выходом второй одновибратор 9 и регулируемый резисторньй щунт 10, а второй одновибратор 9 содержит транзисторы 1 1 и 12 с общим резистором 13 в цепях их эмиттеров и включенные между вводом 14 питания и их колле торами ррзисторы 15 и 16. На своем входе второй одновибратор 9 содержит подключенный к вводу 14 питания делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных резисторов 17 и 18, к общей точке сое- . динения которых подключена цепь базы транзистора 11. Второй одновибратор 9 содержит также конденсатор 19 и резистор 20 его времязадающей цепи 21, причем конденсатор 19включен между коллектором транзистора 11 и базой транзистора 12, а резистор 20 подключен между базой транзистора 12 и вводом 14 питания. Регулируемый резисторный шунт 10 подключен параллельно резистору 20 времязадающей цепи 21 второго одновибратора 9, а входом управления регулируемый резисторный щунт 10 подключен к выходу усредняющего фильтра 7. Выходной цепью второго одновибратора 9 является цепь коллектора транзистора 12. В качестве регулируемого резисторного щунта 10 использован резисторный оптрон. В качестве датчика 1 сигналов использован преобразователь вибрационного типа частоты вращения в напряжение пропорциональной ей частоты, закрепленный на корпусе контролируемого объекта, например турбины (не показана). Электронный тахометр работает следующим образом. На устройство подается напряжение от источника питания (не показан). Напряжение прикладьшается через ввод 14 питания и заземленные выводы резисторов 13 и 17 к элементам схемы второго одновибратора 9, на ;которых устанавливаются соответствующие потенциалы, а именно, через общий резистор 13 - к эмиттерам транзисторов 11 и 12, а через резисторы 15 и 16 - к их коллекторам сойтветственно и через делитель напряжения на резисторах 17 и 18 - к базе транзистора 11, через резистор 20времязадающей цепи 21 второго одновибратора 9 и подключенный параллельно к нему регулируемый резисторный шунт 10 - к базе транзистора 12 и к одной обкладке конденсатора 19 времязадающей цепи 21, вторая об-, кладка которого находится под воздействием потенциала коллектора транзистора 11. $ При этом в схеме второго одновиб ратора 9 регулируемого частотного селектора 4 импульсов устанавливается режим покоя, при котором сохраняется состояние, когда транзи тор 11 заперт, транзистор 1.2 открыт а конденсатор 19 времязадагощей цепи 21 находится под воздействием посто ного напряжения. Такое состояние сохраняется до тех пор, пока не будет подан на вход регулируемого, частотного селектора 4 импульс, вьгоодящий схему второго одновибрато ра 9 из режима покоя. В процессе измерения скорости вращения на выходе датчика 1 сигнал формируется полигармоническое напря под воздействием вибрации кор пуса контролируемого объекта (напри мер корпуса турбогенератора при вра щении турбины). Частота его первой гармонической составляющей равна ча тоте вращения контролируемого объек та, а частоты высщих гармонических составляющих, из которых наиболее интенсивной является вторая, кратны ей. Выходное напряжение датчика 1 сигналов подается на ограничитель где ограничивается по амплитуде. В свою очередь, выходное, напряжение ограничителя 2 подается на дифферен цирующую цепь 3. В результате, на выходе дифференцирующей цепи 3 форм руются короткие запускающие импульсы, причем амплитуда запускающих импульсов, сформированных под воздействием ограниченной первой гармо нической составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов, достаточна для запуска второго одновиб ратора 9. Эти запускающие импульсы подаются на вход регулируемого частотного селектора 4 импульсов и вызывают при этом срабатывания второг одновибратора 9, вьтходные импульсы которого с частотой следования, рав ной частоте указанной первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов, подаются с выхода регулируемого частот|ного селектора 4 импульсов на вход дополнительной дифференцирующей цепи 5, выходные импульсы которой запускает с той же частотой одновибратор 6. При этом одновибратор 6 вьфабатывает импульсы постоянной дли2тельности и амплитуды р частотой следования, равной указанной частоте первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов (т.е. равной частоте вращения контролируемого объекта). Скважность их последовательности изменяется обратно пропорционально упомянутой частоте. Указанная последовательность импульсов подается с выхода одновибратора 6 на вход усредняющего фильтра 7, на выходе которого формируется напряжение, обратно пропорциональное их скважности, т.е. прямо пропорциональное упомянутой частоте. Выходное напряжение усредняющего фильтра 7 подается на вход индикатора 8 и на вход управления регулируемого резисторного шунта 10, в качестве которого использован резисторный оптрон. В результате воздействия указанного напряжения на вход управления регулируемого резисторного щунта 10 осуществляется регулирование его проводимости прямо пропорцио- , нально упомянутой частоте. По такому же закону при этом изменяется результирующая проводимость параллельно соединенных резистора 20 времязахающей цепи 21 и регулируемого резисторного шунта 10 во всех с.лучаях, когда проводимость первого из них в указанном параллельном соединении пренебрежимо мала. Соответственно их результирующее сопротивление изменяется по закону обратной пропорциональности к частоте первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов. Таким образом, длительность импульсов, которые формируются вторым одновибратором 9 в регулируемом частотном селекторе 4 импульсов, поддерживается больщей, чем половина периода Т частоты f первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов, то исключает повторные запуски втоого одновибратора 9 от запускающих мпульсов на частоте наиболее интенивной из высших гармоник - второй армонической составляклцей указанноо напряжения. При этом их длительность tu остается меньще длительности целого периоа Т частоты f первой гармонической

составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов, чем обеспечивается восстановление исходного режима в схеме второго одновибратора 9 до прихода на регулируемьй частотный селектор .4 импульсов следующего запускающего импульса с частотой f первой гармонической составляющей указанного напряжения.

Таким образом, при работе устройства обеспечивается селекция запускающих импульсов, которые подаются на вход регулируемого частотного селектора 4 импульсов с выхода дифференцирз,тощей цепи 3 на частоте f первой гармонической составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов (равной -частоте вращения контролируемого объекта) на фоне второй гармонической составляющей указанного напряжения,

С выхода регулируемого частотного селектора 4 импульсов отселектированные импульсы поступают на вход дополнительной дифференцирующей цепи 5 J на входе которой формируются короткие запускающие импульсы для запуска одновибратора 6. Они поступают на его вход и запускают одновибратор 6 с частотой f указанно первой гармонической составляющей

выходного напряжения датчика 1 сигналов, причем срабатьтание одновибратора 6 с частотой второй гармонической составлякицей указанного напряжения исключается.

Так как при этом с выхода одновибратора. 6 на вход усреднякщего фильтра 7 подаются импульсы, отселектированные на частоте f, то в выходном напряжении усредняющего фильтра 7, которое подается на индикатор 8, исключаются искажения, связанные с высоким уровнем второй гармонической составляющей выходного напряжения датчика 1 сигналов и следовательно, точность измерения скорости вращения контролируемо объекта повышается.

Кроме того, поскольку усредняющим фильтром 7 сглаживаются пульсации напряжения, которое подается затем на вход индикатора 8, точность измерений скорости вращения повьшается дополнительно.

Таким образом, введение упомянутых блоков обеспечивает при измерениях скорости вращения контролируемого объекта данным электронным тахометром повышение точности имерений скорости вращения.

1. ЭЛЕКТРОННЫЙ ТАХОМЕТР, содержащий одновибратор, индикатор и последовательно соединенные датчик сигналов, ограничитель и дифференцирующую цепь, о т ли ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения скорости .вращения, в него введены регулируемый частотный селектор импульсов, дополнительная дифференцирующая цепь и усредняющий фильтр, причем регулируемый частотный селектор импульсов содержит включенный между его входом и выходом одновибратор, параллельно резистору времязадающей цепи которого подключен регулируемьш резисторный щунт, при этом . дифференцирующая цепь, регулируемый частотньй селектор импульсов, дополнительная дифференцирующая цепь, одновибратор, усредняющий фильтр и индикатор соединены последовательно, а вход управления регулируемого (Л резисторного щунта подключен к выходу усредняющего фильтра, 2. Тахометр по п. 1, отличающийся тем, что в качестве регулируемого резисторного щунта использован резисторный оптрон.