Устройство для измерения и контроля технологических параметров Советский патент 1985 года по МПК G05B23/02 

десятого элемента и, выход второго элемента и подключен к входу,второго элемента НЕ и вторым входам пято го Ишестого элементов И, выход десятого элемента И подключен к входу первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом . второго ключа и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к установочному входу регистра памяти, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам второго и третьего триггеров, а выход второго элемента НЕ соединен с установочными входами третьего и четвертого триггеров, неинвертирующий выход второго триггера подключе к третьему входу пятого элемента И, инвертирующий выход третьего триггера - к третьему входу шестого-элемента И, выхрдэ пятого и шестого элементов И соединены соответственно

с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, первый выход компаратора подключен к второму входу второго счетчика, а второй выход компаратора - к второму входу третьего счетчика, второго счетчика соединен с, четвертым входом пятого элемента И,, а выходы третьего счетчика - с четвертым входом шестого элемента И, неинвертирующий выход четвертого триггера подключен к первому входу восьмого элемента И, а инвертирующий - к первому входу девятого элемента И, неинвертирующий выход пятого триггера соединен с вторым входом девятого триггера, а инвертирующий выход - с вторым входом восьмого элемента И, инвертирующий выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, а выход девятого элемента И - к второму входу второго элемента ИЛИ.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащее первый датчик контролируемого параметра, последовательно соединенные усилитель постоянного тока, первый ключ, интегратор и нуль-орган, последовательно соединенные генератор опорной частоты, второй ключ и первый счетчик импульсов, третий ключ, выход которого подключен к входу интегратора, и источник опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контролируемого параметра и надежности устройства, в него введены второй датчик контролируемого параметра, блок распределения импульсов управления,содержащий первый триггер, распределитель импульсов управления, первый и второй элементы И и первый элемент НЕ, компаратор, регистр памяти,второй и третий счетчики импульсов, блок контроля, содержащий третий и четвертый элементы И, второй элемент НЕ, второй и третий триггеры, пятый и шестой элементы И и первый элемент ИЛИ, регулируемый источник опорного напряжения, блок автоподстройки, содержащий седьмой элемент И, четвертый и пятый триггеры, восьмой и девятый элементы И и второй элемент ИЛИ, десятый элемент И, первый и второй элементы задержки и комму.татор; к измерительным входам которого подключены первый и второй датчики контролируемого параметра и источник опорного напряжения, а выход коммутатора подключен к входу усилителя постоянного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа, выход нуль-орган соединен с вторым входом интегратора, счетным входом четвертого триггера, входом первого элемента НЕ, первыми входами пятого и шестого элементов И, компаратора и десятого элемента И, первый выход первого счетчика импульсов СО подключен к информационному входу регистра,памяти, второму входу компаратора и первым входам третьего, четве ого и седьмого элементов И, а второй выход - к счетному входу первого, триггера, неинвертирующий выход которого подключен к входу распределителя импульсов и второму со 9 входу первого ключа, а инвертирующий выход - к первым входам первого и второго элементов. И, а также к вторым входам нуль-органа и седьмого элемента И, выход которого подключен к счетному входу пятого триг3d гера, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым управляющим входом коммутатора, второй выход с первыми входами второго и третьего счетчиков импульсов, установочными входами четвертого и пятого тpиггeJ oв и вторым управляющим входом коммутатора, третий вы|Ход - с третьим управляющим вхо-, дом коммутатора и вторым входом

Изобретение относится к автоматит .ке и может использоваться для построения систем сигнализации и управления.

Известно устройство, осуществляющее цифровое преобразование контролируемого параметра, сравнение его с заданным значением и выдающее команду в схему управления, состоящее из задатчика, дифференциального усилителя,генератора пилообразного напряжения, двух компараторов, генератора импульсов, счетчика, цифроаналогового устройства и декадного переключателя 1 .

Недостатками такого устройства являются необходимость периодических калибровок, уменьшение точности измерения и регулирования температуры в процессе эксплуатации, после калибровки, из-за нестабильности характеристик дифференциального усилителя и генер.атора пилообразного напряжения,, слабая помехозащищенность от импульсных и периорических помех, поскольку дифференциальный усилитель и компараторы не обесчивают эффективное подавление помех, отсутствие контроля градуировочной характеристики датчика и, следов ельно, низкая функциональная надежность уртройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой термометр, содержащий посг ледовательно соединенные датчик, усилитель постоянного тока, первый ключ, интегратор, нуль-орган, второй

ключ, счетчик импульсов и цифровое отсчетное устройство, генератор опорной частоты, выход которого подключен к второму входу второго ключа, последовательно соединенные источник опорного напряжения и третий ключ, выход которого подключен к входу интегратора, устройство управления 2.

Недостатками известного устройства являются .необходимость периодических калибровок, уменьшение точности измерений в процессе эксплуатации, после калибровки, из-за нестабильности характеристик усилителя постоянного тока и интегратора, наличие температурной составляющей погрешности измерения в момент включения устройства и при работе его в широком диапазоне температур окружающей среды, отсутствие контроля гра дуировочной характеристики датчика и, следовательно, низкая функциональная надежность.

Цель изобретения - повышение точности измерения контролируемого параметра и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения и контроля технологических параметров, содержащее первый датчик контролируемого параметра, последовательно соединенные усилитель постоянного тока, первый ключ, интегратор и нуль-орган, последовательно соединенные генератор опорной частоты, второй ключ и первый счетчик импульсов, третий ключ, выход которого подключей к входу интегратора, и источ ник опорного напряжения, введены второй датчик контролируемого параметра, блок распределения импульсов управления, содержащий первый триггер,распределитель импульсов управ ления, первый и второй элементы И и первый элемент НЕ, компаратор, ре гистр памяти, второй и третий счетчики импульсов, блок контроля, содержащий третий и четвертый элементы И, второй элемент НЕ, второй и третий триггеры, пятый и шестой эле менты И и первый элемент ИЛИ,регулируемый источник опорного напряжения, блок автоподстройки,содержащий седьмой элемент И,четвертый и пятый триггеры, восьмой и девятый элементы И и второй элемент ИЛИ, де сятый элемент И, первый и второй элементы задержки и коммутатор, к измерительным входам которого подключены первый и второй датчики- кон ролируемого параметра и источник опорного напряжения, а выход коммутатора подключен к входу усилителя постоянного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом регулируемого источника опорного напр жения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа, выход нуль-органа соединен с вторым входом интегратора , счетным входом четвертого триггера, входом первого элемента НЕ, первыми входами пятого и шестого элементов И, компаратора и десятого элемента И, первый выхо первого счетчика импульсов подключе к информационному входу регистра памяти, второму входу компаратора и первым входам третьего, четвертого и седьмого элементов И, а второй выход - к счетному входу первого триггера, неинвертирующий выход кот рого подключен к входу распределителя импульсов и второму входу первого ключа, а инвертирующий выход к первым входам первого и второго элементов И, а также к вторым входам нуль-органа и седьмого элемента И, выход которого подключен к счетному входу пятого триггера, выход п вого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, первый выход распре делителя импульсов соединен с вторы входом второго элемента И и первым управляющим входом коммутатора, вто рой выход - с первыми входами второ го, и третьего-счетчиков импульсов, .установочными входами четвертого и пятого триггеров и вторым управляющим входом коммутатора, третий выход - с третьим управляющимВХОДОМ коммутатора и.вторым входом десятог элемента И, выход второго элемента И подключен к входу второго элемента НЕ и вторым входам пятог и шестого элементов И, выход десятого элемента И подключен к вxoд) первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго ключа и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к установочному входу регистра памяти, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к .счетным входам второго и третьего триггеров, а выход второго элемента НЕ соединен с установочными входами третьего и четвертого триггеров, неинвертирующий выход второго триггера подключен к третьему входу пятого элемента И, инвертирующий выход третьего триггера - к третьему входу шестого элемента И, выходы пятого и шестого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, первый выход компаратора подключен к второму входу второго счетчика, а - второй выход компаратора - к второму входу третьего счетчика, выход второго счетчика соединен с четвертым входом пятого элемента И, а выход третьего счетчика - с четвертым входом шестого элемента И, неинвертирующий выход четвертого триггера подключен к первому входу .восьмого элемента И, а инвертирующий - к первому входу девятого элемента И, неинвертирующий выход пятого триггера соединен с вторым входом девятого триггера, а инвертирующий выход - с вторым входом восьмого элемента И, инвертирующий выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, а выход девятого элемента И - к второму входу второго элемента ИЛИ. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временная диаграмма его работы; на фиг.3-5 - структурные схемы соответственно блока распределения импульсов, блока контроля и блока автоподстройки. Устройство {фиг.1) содерит коммутатор 1, усилитель 2 постоянного тока, первый ключ 3, интегратор 4, нуль-орган 5, генератор 6 опорной частоты, второй ключ 7, первый счетчик 8 импульсов, блок 9 распределения импульсов, десятый элемент И 10, компаратор И, регистр 12, вторс)й счетчик 13 импульсов, третий счетчик 14 импульсов, блок 15 контроля, третий ключ 16, регулируемый источник 17 опорного напряжения,блок 18 автоподстройки, источник 19 опорного напряжения, первый датчик 20 контролируемого параметра,второй датчик 21 контролируемого параметра. Блок 9 распределения импульсов (фиг.З) содержит первый триггер 22, распределитель 23 импульсов, первы элемент И 24, второй элемент И 25, и первый элемент НЕ 26. Блок 15 контроля (фиг.4) содерж третий элемечт И 27, четвертый элемент И 28, второй триггер 29, третий триггер 30, второй элемент 31, пятый и шестой 33 элементы И и первый ИЛИ 34. Устройство (фиг.1) также содерж первый 35 и второй 36 элементы зад ки. Блок 18 автоподстройки (фиг.5) содержит седьмой .элемент И 37, четвертый 38 и пятый 39 триггеры, восьмой 40 и девятый 41 элементы И и второй элемент ИЛИ 42. Устройство работает автоматичес ки с непрерывным.повторением одинаковых циклов работы. Цикл работы состоит из трех тактов: автоподстройки, измерения сигнала U, первого датчика 20 контролируемого параметра, измерения сигнала llj второго датчи-ka 21 контролируемого параметра.Формирование циклов работы обес печивается блоком 9 распределения импульсов (фиг.3). Сигналы с выходов триггера 22 управляют первым 3 и третьим 16 ключами, а сигналы с в ходов распределителя 23 импульсов формируют такты работы. Элемент И 25 предназначен для получения сигнала в промежутке времени В момент времени i (фиг.2) напряже ние Uj, соответствующее заданному значению контролируемого параметра (уровня сигнализации или регулирова ния) , с выхода источника 19 опорног напряжения через коммутатор 1, усилитель 2 постоянного тока и первый ключ 3 подается на вход интегратор 4. В результате выходное напряжение интегратора начинает линейно увеличиваться. Через интервал времени Т определяемый временем заполнения пе вого счетчика 8 импульсов, имеющего емкость N , импульсами от генератор 6 опорной частоты, на втором выходе первого счетчика импульсов появляется сигнал, взводящий ТРИГгер 22 блока 9 распределения импуль сов. Сигналы с выходов триггера 22 размыкают первый ключ 3 и замыкают третий ключ 16. НаВХОД интегратора 4 от регулируемого источника 17 опорного напряжения .подается напря жение U(, , имеющее полярность, обратную полярность Itj . Напряжение на выходе интегратора 4 линейно уменьшается. В момект времени ig до стижения выходным нап{)яжением интег ратора 4 нулевого уровня на выходе нуль-органа 5 появляется сигнал,который устанавливает интегратор 4 в исходное состояние и через первые элементы НЕ 26 и И 24 размыкает тре тий ключ 16. Одновременно сигнал с выхода нуль-органа 5 поступает в блок 18 автоподстройки (фиг.5), который работает только в промежутке времени i,- tj и взводит четвертый триггер 38. в этот же промежуток времени в блок 18 автоподстройки поступает сигнал с первого счетчика 8 импульсов. В момент заполнения первого счетчика 8 импульсов количеством импульсов Nj , соответствующим напряжению U, на выходе седьмого элемента И 37 появляется сигнал, который возводит пятый триггер 39 (фиг.5). Бели четвертый триггер 38 срабатывает раньше пятого триггера 39, то на выходе восьмого элемента И 40 появляется импульс отрицательной полярности, в противном случае на выходе девятого элемента И 41 появляется импульс положительной полярности с длительностью, равной промежутку времени между срабатыванием четвертого 38 и пятого 39 триггеров. Указанные импульсы изменяют напряжение регулируемого источника 17 опорного напряжения так, что срабатывание четвертого 38 и пятого 39 триггеров происходит одновременно, т.е. осуществляется подстройка интервала времени Т до величины, соответствующей измеряемому напряжению и .Поскольку и, con si , то для рассматриваемого процесса заряда интегратора 4 справедливо равенство где TQ - интервал времени, соответствующий напряжению Т - интервал времени, определяемый временем заполнения первого счетчика 8 импульсов выходное напряжение регулируемого источника 17 опорного напряжения; выходное напряжение источника 19 опорного напряжения. В то же время То f где N« - количество импульсов заполнения первого счетчика 8 импульсов, соответствующее напряжению 0 -, частота генератора 6 опор; ной частоты. В промежутках времени to - i нуль-орган 5 сигадлом с выхода блока 9 распределеия импульсов устанавливается в исодное состояние. Первый счетчик 8 импульсов, в который непрерывно в течение всего цикла поступают импульсы с генератора 6 опорной частоты, автоматически устанавливается в нулевое состояние в моменты времени ig ,t , i- г 4 а моменты на его втором выходе появляется сиг- нал, вызывающий срабатывание первого триггера 22. В момент времени i к входу интегратора 4 подключается напряжение IJ, и начинается такт измерения сигнала первого датчика 20 контролируемого параметра. В момент срабатывания нуль-органа 5 справедливо равенство где Т - интервал времени, соответствующий напряжению (If 0( -напряжение с первого датчика 30 контролируемого параметра. Преобразуя выражение (3), исполь зуя равенства (1) и (2) и зависимостьт --Ii - f.. , где N. - число импульсов, накопленное счетчиком 8 импуль сов в момент срабатывания нуль-органа 5 и соответст вующее напряжению j , получаем «, 5t Из формулы (5) видно, что коэффи циент преобразования напряжения в. число импульсов не зависит от пара метров усилителя 2 постоянного ток интегратора 4, генератора 6 опорной частоты. Это позволяет повысить точ ность измерения контролируемого па раметра . Сигнал с выхода нуль-органа 5 вызывает срабатывание первого 35 и второго 36 элементов задержки, пр этом выходной сигнал с первого эле мента 35 задержки в течение промежутка времениiJ - tj запрещает прохождение импульсов с выхода генера тора 6 опорной частоты через второ ключ 7 на вход первого счётчика 8 импульсов, а сигнал с выхода второ элемента 36 задержки в момент времени ig разрешает запись кода числ импульсов N, в регистр 12 памяти, так как в пр6межут-ке времени -tg разрешается прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через десятый элемент И 10. Информация с выхода регистра 12 памяти подается на внеш нее устройство.. В момент времени ig начинается такт измерения сигнала второго Дат чика 21 контролируемого параметра, протекающий аналогично второму такту, но при этом не происходит срабатывание первого 35 и второго 36 элементов задержки. Во втором и третьем такте в момент срабатывания нуль-органа 5 омпаратор 11 проверяет соотношение между N., и N, , н , где TSg число импульсов, соответствующее напряжению Un , и соответственно выдает счетный импульс во .второй 13 или третий счетчик 14 импульсов. Если и, и N больше или меньше ff , то на выходе соответственно второго 13 или третьего 14 счетчика импульсов в течение промежутка времени ijQ - tf будет сигнал о превьошении или понижении величины измеренного параметра от заданного. В течение промежутка времени (« второй 13 и третий 14 счетчики импульсов установлены в исходное со стояние сигналом с выхода блока 9 распределения импульсов. В течение промежутка времени 10 выходе блока 15 кснтро-. ля будет сигнал Неисправность датчиков , если при N-j-,N ( Xlg или N с N9 будет соответствен но ВЫПОЛНЯТЬСЯ условие Н, ; N3 или W, М , где Ng - число, соответствующее величине допустимого отклонения сигналов датчиков 20 и 21 контролируемсйО параметра один от другого. Схема блока 15 контроля (фиг.4), обеспечивающая описанный алгоритм, работает следующим образом. Сигнал с выхода блока 9 распределения импульсов в течение про-, межутка времени iq-io разрешает срабатывание второго 29 и третьего 30 триггеров по счетным входам от сигналов соответственно с выходов третьего 27 и четвертого 28 элементов И и прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через пятый 32 и шестой 33 элементы И. Сигнал на выходе третьего элемента И 27 появляться Тогда когда в первом счетчике 8 имп ульсов накоплено число импульсов , а при накоплении счетчиком 8 импульсов числа импульсов сигнал будет на выходе чея вертого элемента И 28. Исходное состояние второго 29 и третьего 30 триггеров таково, что сигнал с.выхода второго триггера 29 разрешает, а с третьего триггера 30 запрещает соответственно прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через пятый 32 и шестой 33 элементы И. На вьгходе первого элемента ИЛИ 34 появляется Неисправность датчиков , . если при NJ Нд - Wg или М . М + Ид нэ выходах соответственно второго

13 или третьего 14 счетчика импульсов не будет сигнала, запрещающего прохождение сигнала с выхода нульоргана 5 через пятый 32 и шестой 33 элементы И.

Таким образом, преимуществами предлагаемого устройства по сравнению

с известным являются повышенная точность, возможность длительной работы без калибровки при значительных изменениях температуры окружающей среды, высокое быстродействие за счет исключения времени прогрева, повышенная надежность.

/41

Б ВГ

2

-Ю -Л

23 Ж

2S

Ф37

УТ

ЦЧЩ ФигЛ

oJ

/7

zgs

Фиг.$