Устройство для определения ресурса изделия Советский патент 1986 года по МПК G07C3/10 

I12

Изобретение относитя к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам определения ресурсных показателей оборудования, работающего при Нестационарных нагрузках и может быть использовано в системах контроля ресурсных показателей энергетических объектов.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства,

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 - преобразователь напряжения в частоту, вариант; на фиг. 3 - преобразователь Напряжения, вариант; на фиг. 4 - генератор, вариант.

Устройство содержит датчик 1 контролируемого параметра, преобразователь 2 напряжения в частоту, счетчик 3 израсходованного ресурса, счетчик 4 остаточного ресурса, сумматор 5, блок 6 индикации, блок 7 сравнения и блок 8 хранения информации.

Преобразователь 2 напряжения в частоту, (фиг. 2) содержит преобразователь 9 напряжения и генератор 10 Выход преобразователя 9 напряжения соединен с входом генератора 10, выход которого является выходом преобразователя 2 напряжения в частоту, входом которого является вход преобразователя 9 напряжения.

Преобразователь 9 напряжения может быть выполнен, например, по схеме настраиваемого функционального преобразователя (фиг, 3). Он содержит операционные усилители 11-14, диоды 15 и 16, потенциометры 17-20 и резисторы 21-31.

Генератор 10 может быть выполнен, например, по схеме генератора с управляемой частотой выходного сигнала (фиг, 4) и содержит операционные усилители 32-34, диод 35, конденсатор 36 транзистор 37 и резисторы 38-44.

Работа устройства основана на том что время до разрушения обьекта контроля t p под воздействием нестационарного эксплуатационного параметра Т связано с величиной этого эксплуатационного параметра функциональной зависимостью

р tp (Т) . (1)

В процессе работы объекта каждому значению нестационарного эксплуатационного парамепра Т соответствует определенное значение расхода ресурса

6063J

в единицу времени C( tr), определяемое зависимостью вида

C() , (2) i где Rg - начальный ресурс объекта, 5 расходуемьм в процессе его эксплуатации.

Ресурс R,j, израсходованньй объектом контроля цод воздействием нестационарного эксплуатационного парамет- 0 ра Т на интервале времени (О,), оп- редеЬяется соотношением

К„, | C(t)di:.,

(3)

Остаточный ресурс R|. объекта конт- роля после его работы в течение интер вала времени (0, t ) определяется с учетом (3) выражением

ROCT RO -J c(i:)dr. (4)

о

В предлагаемом устройстве значение расхода ресурса в единицу времени С(.) представляется в виде частоты j ( o) следования дискретных импульсов, пропорциональной значению С( Г.)

(7) KC(i:), (5)

где К - коэффициент пропорциональности.

При этом ресурс К, , израсходованный объектом контроля под воздействием нестационарного параметра Т на интервале времени (0, t), определяется соотношением

R.. |,b() (6)

Остаточньй ресурс объекта контроля после его работы в течение вре- мени (О,б) представляется с учетом уравнений (4) и (5) соотношением

40

R R - i 5(7)d

ост о к J

(7)

в процессе работы устройства для определения остаточного и израсходованного ресурсов наиболее опасным яв- ляет с5 сбой или отказ счетчиков 3 и или 4, что может привести к самым большим погрешностям. В случае сбоя либо отказа счетчиков 3 или 4 в течение длительного интервала времени эксплуатации (О, t) происходит отклонение значений соответственно израсходованного остаточного ресурсов от их значений при правильной работе устройства.

Значение израсходованного ресурса Rjj2 с учетом отклонения определяется

R

и,

(8)

где

Z(T) - отклонение, возникающее

в произвольный момент времени (О,С) при сбое или отказе счетчика израсходованного ресурса 3.

Значение остаточного ресурса R, с учетом отклонения определяется выражением .

С

ссг о - И (9) о

где Z-Cl) - отклонение, возникающее в произвольный момент времени (0,() при сбое или отказе счетчика остаточного ресурса 4.

Контроль работы счетчиков устройства основан на проверке соотношения

R

R,

(10)

RI,, +

V из - - ,/ п

После .подстановки уравнений (8) (9) в уравнение (10) получаем RO о + (- - 2(1).. (11)

Если устройство работает правиль- 25 , то равенство (10) выполняется.

т.е. согласно уравнению (11) сумма отклонений Z(( ;) + Z( C ) равна нулю, при этом отклонения Z, () и могут принимать значения: Е,( Г) Z(c-) О или Z,(t) -Z( C-).

При сбое или отказе счетчиков 3 или 4 сумма отклонений Z () + Z (С) не равна нулю и согласно вьфажению (11) равенство (10) не выполняется.

; Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал Т интенсивности внешнего воздействия на объект контроля от датчика 1 контролируемо- го параметра поступает на вход преобразователя 2 напряжения в частоту, где согласно выражениям (2) и (5) сигнал контролируемого параметра Т преобразуется в последовательность дискретных импульсов, частота следовния 5(f) которых зависит от текущего значения расхода ресурса объекта в единицу времени С(€ ). С выхода преобразователя 2 напряжения в частоту последовательность импульсов с частотой следования (о) поступает на входы счетчиков израсходованного 3 и остаточного 4 ресурсов. В счетчике 3 израсходованного ресурса осу- ществляется прямой счет импульсов, поступающих на его вход в течение времени согласно выражению (8). В счет10

t5

20

5

0

5

0 5 0чике 4 остаточного ресурса осуществляется обратный счет поступающих на его вход импульсов на интервале времени (0,) согласно выражению (9), при этом из первоначально загруженного в него двоичного числа, соответствующего значению начального ресурса R вычитаются единицы, количество которьЬс соответствует израсходованному на отрезке време ни (0,t) ресурсу R. Значение израсходованного объектом контроля в течение произвольного отрезка времени (О,) ресурса RJ,, представляется в устройстве в соответствии с выражением (8) в виде двоичного числа, находящегося в счетчике 3 израсходованного ресурса в момент времени (О,). Значение остаточного ресурса объекта контроля . после его эксплуатации в течение произвольно-го отрезка времени (0,) представляется в устройстве в соответствии с выражением (9) в виде двоичного числа, находящегося в счетчике 4 остаточного ресурса в момент времени (0, ь). Начальный ресурс R объекта контроля находится в виде двоичного числа в блоке 8 хранения информации, с вьссода которого первоначально . загружается в счетчик 4 остаточного ресурса и в блок 7 сравнения (сигнал начального занесения ,не показан).Содержимое счетчиков израсходованного 3 и остаточного 4 ресурсов поступает на вход блока 6 индикации, где индицируются значения израсходованного R и остаточного ROJ. ресурсов, а также для контроля за работой устройства - на входы сумматора 5, где согласно выражению (10) происходит сравнение сум- мы значений израсходованного R э и ос- Ьстаточного ресурсов со значени- :ем начального ресурса RO, которое в виде двоичного числа первоначально загружается в блок 7 сравнения. В случае сбоя или отказа счетчиков 10 израсходованного 3 и остаточного 4 ресурсов с выхода блока 7 сравнения, согласно уравнению (11) на вход блока 6 индикации поступает.длительный непрерьшный аварийный сигнал, индицирующий о неисправной работе устройства.

Преобразователь 2 напряжения в частоту (фиг. 2) работает следующим образом.

Электрический сигнал контролиру- емога.параметра Т поступает на вход

преобразователя 9 напряжения, в котором преобразуется в сигнал текущего значения расхода ресурса в единицу времени С() в соответствии с выражением (2). Далее этот сигнал С(Г ) поступает на вход генератора 10, где управляет частотой следования импульсов (с) на выходе генератора 10 в соответствии с выражением (4). Таким

и„

ц, поступает на вход схе- генератора 10. В зависимости от

образом, в результате работы преобра- 10 времени СС ), которому соответствует зователя 2 напряжения в частоту поступающий на его вход сигнал контролируемого параметра Т преобразуется в последовательность дискретных импульсов, частота следования которых (7) соответствует текущему значению расхода ресурса в единицу времени C( t ), определяемому в соответствии со значением контролируемого параметра согласно выражению (2).

Преобразователь 9 напряжения (фиг. 3) работает следующим образом.

Сигнал контролируемого параметра Т поступает на вход преобразователя 9 напряжения в виде входного напряжения Ug. При малых значениях входного напряжения U работает только опера- цйонньй усилитель 13. Его вклад в выходное напряжение Ъ д равен

и

напряжение мы

.того, в закрытом или открытом состоянии находится транзистор 37, через 15 операционный усилитель 32 на вход операционного усилителя 33 поступает напряжение U или -Uq. При этом скорость наростания напряжения Uj, на выходе операционного усилителя 33 образующего интегратор, равна

20

+ лс

У«

RC

где Uq - напряжение на входе схемы. Выходное напряжение операционно- го усилителя 34 (триггера Шмитта) скачком меняет знак, когда треугольгде

, Ко 6

30

ное напряжение И подаваемое свыхода операционногоусилителя 33на вход операционногоусилителя 34достигает значения

35

напряжение на выходе операционного усилителя 13; К - коэффициент усиления операционного усилителя 13. При этом диод 15 закрыт, а операционный усилитель 11 замкнут открытым диодом .16. Когда входное напряжение Ug превысит уровень и, напряжения на среднем вьшоде потенциометра 17, диод 15 открьюается и напряжение U,, на до выходе операционного усилителя М будет равно

и„ -(Ug-U,,), npHUgSUKi O. Операционньй усилитель 11 работает в режиме однополупериодного выпря-45 мйтеля с положительным смещением U. .Для задания, наклона передаточной характеристики преобразователя 9 используется, соотношение

Uj, VCR.3- R., Я

и,

такс

где и - напряжения срабатывания

йкc

триггера Шмитта;

R

1

и R - сопротивления соответственно резисторов 43 и 44.

Изменение знака выходного напряжения операционного усилителя 34 приводит к изменению состояния транзистора 3,7. Переход транзистора 37 из открытого состояния в закрытое и наоборот вызывает изменение полярности напряжения на выходе операционного усилителя 32 и цикл работы схемы повторяется. Частота, колебаний выходного напряжения вьфажается зависимостью

(R

1и.

m

AUfl IL

-Kjj, при Ug

и.

, , при Ug5U,0, где К, - коэффициент усиления операционного усилителя 12.

Настройка схемы на заданные параметры аппроксимирующей кривой за- дается с помощью потенциометров 17- il9. Таким образом, в узле функцио560636

нального преобразования 9 выходной сигнал датчика 1 контролируемого параметра преобразуется в сигнал расхода ресурса в единицу времени C(t 5 по заданной функциональной зависимости вида (2).

Генератор 10 (фиг. 4) работает следующим образом.

Сигнал расхода ресурса в единицу

и„

ц, поступает на вход схе- генератора 10. В зависимости от

ремени СС ), которому соответствует

напряжение мы

того, в закрытом или открытом состоянии находится транзистор 37, через операционный усилитель 32 на вход операционного усилителя 33 поступает напряжение U или -Uq. При этом скорость наростания напряжения Uj, на выходе операционного усилителя 33 образующего интегратор, равна

+ лс

У«

RC

где Uq - напряжение на входе схемы. Выходное напряжение операционно- го усилителя 34 (триггера Шмитта) скачком меняет знак, когда треуголь

ное напряжение И подаваемое свыхода операционногоусилителя 33на вход операционногоусилителя 34достигает значения

Uj, VCR.3- R., Я

и,

такс

где и - напряжения срабатывания

йкc

триггера Шмитта;

R

1

и R - сопротивления соответственно резисторов 43 и 44.

Изменение знака выходного напряжения операционного усилителя 34 приводит к изменению состояния транзистора 3,7. Переход транзистора 37 из открытого состояния в закрытое и наоборот вызывает изменение полярности напряжения на выходе операционного усилителя 32 и цикл работы схемы повторяется. Частота, колебаний выходного напряжения вьфажается зависимостью

Sl

(R

4,-,С

1и.

и.

Макс

5

где - частота колебаний выходного

напряжения;

R,- сопротивление резистора 41; С - емкость конденсатора 36.

Таким образом, частота следования импульсов (Г) на выходе генератора 10 пропорциональна входному напряжению Од, соответствующему расходу ресурса объекта контроля в единицу времени С (о), а значение коэффициента пропорциональности в формуле (5) определяется выражением

К

4R4,R4iCu;,;

Частота следования импульсов -5 на выходе генератора 10 должна удовлетворять условию j. -f , где -5т наибольшая возможная частота колебаний значений контролируемого параметра. Количество разрядов в счетчиках израсходованного 3 и остаточного 4 ресурсов определяется следующим образом:

пр .eog (T).

Выполнение сумматора 5 и блока 7 срав- сравнения асинхронными возможно при превышении максимальной частоты ера- 25 батьшания счетчиков 3 и 4, сумматора 5 и блока 7 сравнения частоты на 2-3 порядка.

0

5

0

5

Формула изобретения

Устройство для определения ресурса изделия, содержащее датчик контролируемого параметра, сумматор, блок сравнения и блок индикации, выход сумматора соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повьщгения точности его в работе, в него введены преобразователь напряжения в частоту, счетчик израсходованного ресурса, счетчик остаточного ресурса, блок хранения информации, выход датчика контролируемого параметра соединен через преобразователь напряжения в частоту с входом счетчика израсходованного ресурса и первым входом счетчика остаточного ресурса, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входам сумматора и к второму и третьему входам блока индикации, вход устройства является входом блока хранения информации j выход которого соединен с вторыми входами счетчика ос-; таточного ресурса и блока сравнения.

Устройство для определения ресурса изделия относится к автоматике, и вычислительной технике, в частности к устройствам для определения ресур.сньпс показателей, и может быть использовано в системах контроля ресурсных показателей энергетических объектов. Целью изобретения является повышение точности работы устройства путем исключения накопления в нем погрешностей определения ресурсных показателей. Информация с датчика контролируемого параметра поступает в блок преобразования контролируемого, параметра. На выходе этого блока появляются импульсы, частота следования которых пропорциональна изменению контролируемого параметра. Эти импульсы поступают на входы счетчиков израсходованного и остаточного ресурсов, первый из которых работает в режиме сложения, второй - в режиме вычитания. В счетчик остаточного ресурса перед началом работы устройства заносится из блока хранения, информации значение начального ресурса объекта. После поступления очередного импульса на счетчики их содержимое суммируется в сумматоре и сравнивается со значением начального ресурса в блоке сравнения. При несравнении на выходе блока сравнения появляется сигнал, который совместно со значениями счетчиков индицируется, в блоке индикации. 4 ил. i (Л tc ел Од о О) со

фиг.1

Т1

I

фиг. 2

I

Г

И

«j