Цифровой стробоскользиметр и вычитающее устройство с цифровой индикацией Советский патент 1986 года по МПК G01P3/56 H03K21/16 

чик 8 частоты вращения, генератор 9 импульсов, формирователь 11 импульсов строботрона, набор 13 делителей частоты, многопозиционный переключатель 14, ротор 15 асинхронного двигателя, вычитающее устройство 16, содержащее

Изобретение относится к измери- .тельной и вычислительной технике и может быть использовано при вычитании асинхронных микродвигателей и двигателей как в процессе производства, так и во время эксплуатации.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения скольжения микродвигателей и двигателей в .условиях эксплуатации, а также за счет обеспечения перевода обычных суммирующих двоично-десятичных счетчиков в режим вычитания.

На чертеже представлена схема цифрового стробоскользиметра и вычитающего устройства с цифровой индикаци-; ей.

Цифровой стробоскользиметр содержит формирователь 1 импульсов, переключатель 2 измерение-контроль, делитель 3 частоты, триггер 4, элемент 2И 5, формирователь 6 сигнала записи, блок 7 задержки и автоматического сброса, стробоскопический датчик 8 частоты вращения, генератор 9 импульсов, формирователь 10 импульсов строботрона, строботрон 11, второй делитель 12 частоты, набор 13 делителей частоты, многопозиционный переключатель 14, ротор 15 асинхронного двигателя, вычитающее устройство 16 с цифровой индикацией, содержащее декады 17, каждая из которых содержит суммирующий двоично-десятичный счетчик 18, з лемент 19 памяти, дешифратор 20, цифровой индикатор 21, формирователь 22 переноса сигнала, состоящий из инверторов 23 и многовходового элемента И-НЕ 24.

Вход формирователя 1 импульсов соединен с сетью питания асинхронного двигателя, а выход через переключатель 2 Измерение-контроль - с входекады 17, каждая из которых содержит счетчик 18, элемент памяти 19, дешифратор 20, цифровой индикатор 21, формирователь 22 переноса сигнала, состоящий из инвертора 23 и элемента И- НЕ 24. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

дом делителя 3 частоты, выход которого соединен с входом триггера 4, прямой выход триггера 4 - с входом элемента 2И 5, второй вход которого сое- динен с выходом генератора 9 импульсов, а выход - с информационным входом вычитающего устройства 16 с цифровой индикацией, инверсный выход триггера 4 и выход делителя 3 частоты соединены с входом формирователя 6 сигнала записи, выход которого .соеди- не с входами записи вычитающего устройства 16 с цифровыми индикаторами и с входом блока 7 задержки и автоматического сброса, выход которого соединен с вторым входом одного из разрядов делителя 3 частоты и с входами, сброса вычитающего устройства 16 с цифровой индикацией, кроме того, выход генератора 9 импульсов соединен с входом второго делителя 12 частоты, выход которого - с переключателем 2 Измерение-контроль и с входом набора 13 делителей частоты, выходы которого через многопозиционный переключатель 14 соединяются с входом формирователя 10 импульсов строботро-. на, выход которого соединен с входом строботрона, а выход строботрона функционально связан с ротором 15 асин- хронного двигателя.

Выходы суммирующего двоично-десятичного счетчика 18 каждой декады 17, вычитакядего устройства 16 с цифровой

индикацией соединены с входами элемента 19 памяти, а его выходы - с входами дешифратора 20, а его выходы О, 1 - 9 соединены соответственно с входами О, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1

цифрового индикатора 21, выход младшего разряда суммирующего двоично-десятичного счетчика 18 соединен непосредственно, а выходы остальных разрядов этого счетчика через инверторы 23

соединены с входами многовходового элемента И-НЕ 24, выход которого соединен с информационным входом суммирующего двоично-десятичного счетчика 18 декады 17 следующего разряда.

Принцип действия цифрового стробо- скользиметра основан на том, что в нем подсчет величины скольжения осуществляется методом вычитания импульсов, поступающих от стробоскопическо- го датчика частоты вращения, функционально связанного с ротором асинхронного двигателя или микродвигателя из числа 10 предварительно записанного в вычитающее устройство с цифровой ; индикацией, за промежуток времени, задаваемый делителем частоты, связанным с сетью, от которой питается асинхррнный двигатель или микродвигатель .

Скольжение асинхронного двигателя определяется по формуле

S .100%,

« - - Р

СДг ,(3)

где Q, - частота вращения магнитного зо

поля статора}

fO - частота вращения ротора; f, - частота питающей сети/ „ - частота вращения ротора за

секунду 35

р - число пар полюсов двигателя. Подставив вьфажение (2) и (3) в (1) и умножив числитель и знаменатель на величину о . k, где о - время единичного измерения f

k Т-- - коэффициент пропорциональности частоты стробоскопич датчика частоты вращения f,, по шению к частота сети, получаем

T.k.f

ль

р

q ж -i-C

1.k f.

;р . kf, - , .

100

., С. k f ( ., ч

где и, (5) - емкость счетР 55

чиков вычитающего устройства с цифровой индикацией, определяемый време- нем J

s

Ю15 20

25

зо

35

45

50

55

N2 t -kif (6) - количество импульсов, поступающих на вычитающее устройство с цифровой индикацией за время измерения С .

При ,N2, приняв для удобства отсчета величины скольжения NJ 10, где п 2, 3, 4..., получаем алгоритм определения скольжения цифровым стробоскользиметром

S 100 - , N (7) здесь показатель степени п определяет цену деления единицы первой декады (102 ) и емкость вычитающего устройства с цифровой индикацией, а вьфаже- нне (5) - время единичного измерения t.

Емкость вычитающего устройства с цифровой индикацией принята 10 (п 4). При этом цена деления единицы первой декады равна 0,01%, время из10000 , „„.. мерения о -------- 1, К 200, а

коэффициент пересчета делителя частоты равен 2tf 100 ( время цикла

измерения).

В вычитающее устройство 16 с цифровой индикацией в начале измерения записывается число 10 .10000 блоком 7 задержки и автоматического сброса, Оно отображается на декадных индикаторах 21 нулями. Импульсы, сформиро- ванные из синусоидального напряжения сети, от которой питается асинхронный двигатель, формирователем 1 импульсов, поступают через замкнутый контакт переютючателя 2 Измерение- контроль на делитель 3 частоты, а с него - на триггер 4. При наличии на прямом выходе триггера 4 логической 1, импульсы Со стробоскопического датчика 8 частоты вращения поступают

. на элемент 2И 5, ас его выхода - на информационный вход вычитакщего устройства 16 с цифровой индикацией. По

-истечении времени триггер 4 перейдет в другое устойчивое положение, ра его прямом выходе появится логический О, поступление импульсов на вычитакнцее устройство 16 с цифровой индикацией прекращается. На инверсном выходе триггера 4 появится Логическая 1. С поступлением И1 тульса с делителя 3 частоты на вход формирователя 6 сигнала записи на его выходе появляется импульс, который производит запись поступившей информации

512575236

на вычитающее устройство 16 с цифро-- Последовательно соединенные декадына

зри индикацией. Инвертированньш блоком 7 задержки и автоматического сброса сигнал записи производит сброс поступившей на вычитающее устройство 16 с цифровой индикацией информации и далее цикл измерения повторяется. При этом информация на вычитающем устройстве 16 с цифровой

17, О

предварительно установленные блоком 7 задержки и автоматического сброса, подсчитывают число 5 входных импульсов, при этом с появле нием первого импульса на информацион ном входе первой декады 17 на выходе младшего разряда суммирующего двоично-десятичного счетчика 18 появится

индикацией сохраняется до поступления to логическая 1, а на остальных - О

нового сигнала с формирователя 6 сигнала записи.

Сигналы с генератора 9 импульсов Поступают на второй делитель 12 частоты, который уменьшает частоту их в k раз, затем набором 13 делителей частоты на соответствие с числом пар полюсов асинхронного двигателя. Сигналы с набора 13 делителей частоты через многопозиционный переключатель 14 поступают на формирователь 10 импульсов строботрона и строботрон 11, который преобразует поступающие на него электрические импульсы в световые.

Изменяя частоту генератора 9 импульсов, изменяется частота вспышек строботрона 11 и, синхронизировав и5с с частотой вращения ротора 15 асинхпроизводим отсчет величины скольжения; в процентах.

ронного двигателя или т-ткродвигателя, зо цифр О, 1 - 9, которые имели бы место при работе суммирующего двоично- десятичного счетчика 18 в режиме суммирования, за счет изменения связей дешифратора 20 с цифровым индикато- jpdM 21 цифры О, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 (дополнение до 10).

С приходом следующего импульса произойдет переключение цифровых ин- дик.аторов 21 с О на 9 первой декады 17 и с 9 на 8 второй декады 17 и . т. ,д.

35

40

.

При необходимости задержать полученный результат на большее время,, которое задается при автоматическом счете, сигнал с выхода блока 7 задержки и автоматического сброса подается, например, на одну из триггерных ячеек делителя 3 частоты и запрещает появление на его выходе единичного состояния, тем самым увеличивается время индикации до тех пор, пока не будет убран упомянутый сигнал.

Для контроля работоспособности цифрового стробоскользиметра импульсы с второго делителя 12 частоты поступают через переключатель 2 Иэмерег ние-контроль на вход делителя 3 частоты. При этом независимо от того, какая частота будет задана генератором 9 импульсов, на вычитающем устройстве 16 с цифровой индикацией будут высвечиваться нули, что свидетельствует о нормальном функционировании цифрового стробоскользиметра.

При этом вычитающее устройство 16 с цифровой индикацией работает следующим образом.

Для устранения мерцания цифровых индикаторов 21 во время счета и отстройки их от О во время сброса, уве- ,личёния времени индикации без увеличения продолжительности цикла счета в вычитающее устройство 16 с цифровой индикацией введены элементы 19 памяти.Известные устройства с цифровой индикацией, в которых вместо реверсивных счетчиков применяются суммирующие двоично-десятичные счетчики, по своей сущности остаются суммирующими, так как сигнал у них снимается с того же вь1хода как при суммировании. Поэтому у них сброс производится не на О, а на 9, что приводит к ложПоследовательно соединенные дека17, О

предварительно установленные блоком 7 задержки и автоматического сброса, подсчитывают число входных импульсов, при этом с появлением первого импульса на информационном входе первой декады 17 на выходе младшего разряда суммирующего двоично-десятичного счетчика 18 появится

которые инвертируются с помощью инвертора I 23 в 1, таким образом на всех входах многовходового элемента И-НЁ 24 будет логическая 1, а на

его выходе О. Перепад с 1 на О с приходом первого импульса переключит младший разряд суммирующего двоично-десятичного счетчика 18 первой декады 17 и перепад с 1 на О на

выходе многовходового элемента И-НЕ младшие разряды последующих декад 17, а на цифровом индикаторе 2Г будет отображено число 99 ... 9, Следующие 9 импульсов будут переключать

только первук) декаду 17, так как в это время на выходе формирователя 22

переноса сигнала будет сохраняться Логическая 1, При этом цифровой индикатор 21 будет отображать вместо

Для устранения мерцания цифровых индикаторов 21 во время счета и отстройки их от О во время сброса, уве- ,личёния времени индикации без увеличения продолжительности цикла счета в вычитающее устройство 16 с цифровой индикацией введены элементы 19 памяти.Известные устройства с цифровой индикацией, в которых вместо реверсивных счетчиков применяются суммирующие двоично-десятичные счетчики, по своей сущности остаются суммирующими, так как сигнал у них снимается с того же вь1хода как при суммировании. Поэтому у них сброс производится не на О, а на 9, что приводит к лож

ным отсчетам измеряемой величины, по являе-тся систематиче(ркая ошибка, которая компенсируется тем или иным способом.

Введение формирователей переноса сигнала и изменение связей дешифраторов с цифровыми индикаторами позволяют в предлагаемом вычитающем устройстве с цифровыми индикаторами использовать обычные суммирующие двоично-десятичные счетчики в режиме вычитания, а введение элементов памяти позволяет устранить мерцание цифровых индикаторов во время счета и отстроиться от индикации О во время сбро- са, увеличить время индикации без увеличения времени на единичное измерение, что значительно увеличивает функциональные возможности суммирующих двоично-десятичных счетчиков, обеспечивается высокое качество отображения информации, при этом используются незначительные аппаратурные затраты, снижается номенклатура микросхем, упрощается настройка и повы- шается надежность.

Предложенное устройство позволяет увеличить диапазон измерения до 60% и повысить точность измерения до 0,01%, время единичного измерения можно значительно уменьшить, при этом диапазон измерения уменьшать не требуется.

Предложенное устройство позволяет определять скольжение асинхронных микродвигателей и двигателей как про- мьшшеннсй (50/60 Гц), так и повьшен- ньк частот (100, 200, 400, 1000, ..,, Гц) .

Кроме того, цифровой стробосколь- зиметр можно применять не только при испытаниях во время производства или ремонта асинхронных дви гателей и микродвигателей, но и при эксплуатации.

например, с целью диагностики технического состояния как асинхронных двигателей, так и механизмов привода

Формула изобретения

1. Цифровой стробоскользиметр, содержащий формирователь импульсов, первый делитель частоты, стробоскопический датчик частоты вращения, блок задержки и автоматического сброса, вычитающее устройство с цифровой индикацией, причем вход формирователя импульсов соединен с сетью питания

10

15 20 25

зо

5

5

0

асинхронного двигателя, выход блока задержки и автоматического сброса соединен с входом сброса вычитающего устройства с цифровой индикацией, вход стробоскопического датчика частоты вращения функционально связан с ротором асинхронного двигателя, о т- ли,чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены триггер, формирователь сигналов записи, элемент 2И, а также последовательно соединенные второй делитель частоты, набор делителей частоты и миогопозиционный переключатель, переключатель Измерение-контроль, при этом выход первого делителя частоты соединен с входом триггера, прямой выход триггера - с первым входом элемента 2И, второй . вход которого соединен с импульсным выходом стробоскопического датчика частоты вращения и с входом второго делителя частоты, вькод элемента 2И соединен с информационным входом вычитающего устройства с цифровой индикацией, инверсный выход триггера иj выход первог о делителя частоты соединены с входами формирователя сигнала записи, выход которого соединен с входом записи вычитающего устройства с цифровой индикaцJieй и с входом блока задержки и автоматического сброса, выход которого соединен с входом одного из разрядов делителя частоты, выход многопозиционного переключателя соединен с и fflyльcным входом стробоскопического датчика частоты вращения, входы переключателя Измерение- контроль соединены с выходами формирователя и myльcoв и второго делителя частоты, а его выход - с входом первого разряда первого делителя частоты.

2. Вычитающее устройство с цифровой индикацией, содержащее последовательно соединенные декады, каждая из которых содержит суммирующий двоично-десятичный счетчик, дешифратор и цифровой индикатор, о т л и ч а ю- щ е е с я. тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в каждую декаду введены элемент памяти и формирователь переноса сигнала, содержащий инверторы и многовходовый элемент И-НЕ, при этом выходы суммирующего двоично-десятичного счетчика соединены с разрядньми входами элемента памяти, а его выходы - с входами

. г

л. / ; ./,- /U55 62310

дешифратора, а ,ы pliaiKbpatopaми многовходового элемента И-НЕ, вы- 0, 1-9 соединеныЧсоответственно сход которого.соединен с информацион- входами О, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1ным входом суммирующего двоично-деся- цифрового индикатора, выход младшеготичного счетчика декады следующего разряда суммирующего двоично-десятич- разряда, вход записи вычитаклцего устного счетчика непосредственно, а вы-ройства с цифровой индикацией соеди- ходы остальных разрядов этого счетчи-нен с входами записи элементов памя- ка через инверторы соединены с входа-ти.

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике. Может использоваться при испытаниях синхронных микродвигателей и двигателей как в процессе производства, так и во время эксплуатации. Цель.изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем измерения скольжения двигателей в услр- виях эксплуатации, а также за счет перевода обычных суммирующих двоично- десятичных счетчиков в режим вычитания . Устройство содержит формирователь 1 импульсов, переключатель 2 Измерение-контроль, делители частоты 3 и 12, триггер 4, логический элемент 2И 5, формирователь 6 сигнала записи, блок 7 задержки и автоматического сброса, стробоскопический датi (Л С