Аналоговый измеритель скорости Советский патент 1987 года по МПК G01R23/00 

11

Изобретение относится к технике электрических измерений и может быть использовано при построении систем измерения (в том числе и автоматизированных) мгновенных значений скорости случайных или периодических процессов.

Цель изобретения - повышение точности преобразования и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на ijMr. 2- эпюры напряжений на выходе основных блоков; на фиг. 3 - принцип аппроксимации зависимости ).

Аналоговый измеритель содержит формирователь 1, первый одновибра- тор 2, элемент И 3, D-трнггер 4, элемент НЕ 5, йторой одновибратор 6, элемент И-НЕ 7, генератор 8 опорной частоты, первый ключ 9 разряда, циф роаналоговый преобразователь (ЦАП) 10, второе устройство 11 выборки - хранения уровня (УВХ), усилитель 12 компенсации ошибки, измерительное устройство 13, генератор 14 тока, второй ключ 15 разряда, ключ 16 заряда , источник 17 опорного напряжения, компаратор 18, первое УВХ 19, интегрирующий конденсатор 20, .взсод- ную шкну 21 и шину 22 установки в исходное состояние.

Выход формирователя 1 соединен с входами первого 2 и второго 3 одно- вибраторов, а вход - с входной шиной 21, первое УВХ 19 информационным входом соединено с Г1 ервым входом интегрирующего конденсатора 20 и выходом ключа 16 заряда, Выход генератора 8 опорной частота ггодклточен к вхо ду первого ключа 9 разряда, управляющий вход которого подключен к выходу элемента И 3 и С-входу D-тригге- ра 4, а выход - к управляющему «ходу генератора 14 тока, вход генератора 14 тока соединен с входом второго ключа 15 разряда, выходом ключа 16 заряда, первым входом компаратора 18 и первым выводом интегрирующего конденсатора 20, второй вывод которого подключен к выходу генератора 14 тока, выходу второго ключа 15 разряда и D-входу D-триггера 4, инверсный выход D-триггера 4 соединен с управляющим входом второго ключа 15 разря да и входом элемента НЕ 5, выход которого подключен к входу D-триггера 4 и установочному входу цифроанало25

836662

гового преобразователя 10, выход которого с информационным входом второго УВХ 11, а информационный вход - с выходом компаратора 18, управляющим

5 входом ключа 16 заряда и третьим входом элемента И- НЕ 7, первый вход которого подключен к первому входу элемента И 3 и выходу первого одновибра- тора 2, второй вход - к второму входу

О элемента И 3, к выходу второго одно- вибратора 6 и к входам гашения первого 19 и второго 11 УВХ, выход первого УВХ 19 подключен к неинвертирующему входу усилителя 12 компенсации ощиб ки.выход которого подключен к второму входу измерительного устройства 13, а второе УВХ 11 выходом подключено к первому входу измерительного устройства 13 и к инвертирующему входу

20 усилителя 12 компенсации ошибки, источник 17 опорного напряжения пер- вым выходом подключен к входу ключа заряда 16 и вторым выходом к второму входу компаратора 18, третий вход элемента И 3 подключен к шине 22 установки исходного состояния преобразователя, выход элемента И-НЕ 7 соединен с уГ1равляюш 1ми входами первого 19 и второго 11 УВХ.

Устройство обеспечивает режим пре-, образования временного интервала между импульсами от датчика в скорость , как для одиночных, так и для по:вторя- процессов. В первом случае по

35 шине 22 установки исходного-состояния с помощью элемента И 3, триггера 4 и элемента НЕ 5 (фиг. 1) формируются сигналы установки исходного состояния ЦАП 10 и обнуления интег40 рирующего конденсатора 20 через второй ключ 15 разряда. Устройство готово к регистрации однократных процессов. В случае повторяющихся процессов указанные выше операции выполня45 тотся в каждом цикле .измерений собственными элементами схемы.

Устройство работает следующим образом.

В момент времени t приходит оче50 редной импульс от датчика скорости (эпюра а) на вход формирователя 1. Импульс с выхода формирователя 1, нормированный по амплитуде и длительности, запускает одновибраторы 2 и 6,

55 на выходе которых формируются импульсы ( соответственно эпюры 5 и t). Сигнал с выхода второго одновибратора 6 используется в качестве сигнала гашения информации, хранимой с преды- дущего цикла в УВХ II и 19. На гашение информации отводится интервал С момента времени ti элементом И 3 и элементом И-НЕ 7 начинает- ся формирование сигналов выборки новой информации (эпюра г - напряжение на выходе элемента И-НЕ 7) и одновременного прекращения режима измерения (эпюра 9 - напряжение на вы- ходе элемента ИЗ). В течение интервала выборки t,-tj в УВХ 11 и 19 устанавливаются уровни напряжений (эпюры и и Н ), равные остаточному напряжению на интегрирующем конденсаторе 20 в момент времени t (эпюра И ) и на выходе ЦАП Ю (эпюра л ). В момент времени t прекращаются формирование сигнала на выходе первого одновибра- тора 2 (эпюра5 ) и режим выборки ин- формаций (эпюраг ).

Фронтом сигнала с выхода элемента И 4. с помощью Вг-триггера 4 и элемента НЕ 5 формируется короткий импульс (эпюра е) положительной.поляр- ности, отпирающий второй ключ 15 раз- рядау что приводит к обнулению интегрирующего конденсатора 20, Этот же импульс, инвертированный элементом НЕ 5, служит для установки ЦАП 10 в исходное состояние - напряжение Ui (эпюра л ). В момент обнуления интегрирующего конденсатора 20 на выходе компаратора 18 формируется сигнал (эпюра ) на открытие ключа 16 заряда, который в течение короткого интервала от источника 17 опорного напряжения заряжает интегрирующий конденсатор 20 до напряжения (эпюра и ). С момента времени t на выходе элемента И 3 формируется раз- рещающий сигнал для первого ключа 9 разряда (эпюра ). В результате им- - пульсы опорной частоть (эпюра ж) с генератора 8 опорных импульсов посту- пают через ключ 9 разряда на управляющий вход генератора J4 тока, который формирует ступенчато-падающее напряжение (эпюра и ) на интегрирующем конденсаторе 20 от уровня . до уровня UHW«( . В момент времени t напряжение на интегрирующем конденсаторе 20 достигает уровня Uf,,ц . На первом .и втором входах компаратора 10 происходит сравнение напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 (текущее значение) и напряжения на втором выходе источника 17 опорного напряжения. По достижении пилообразным напряжением уровня и„у,ц на выходе компаратора 18 форм1-1руется импульс (момент времени tj, эпюра к), что приводит к перезаряду интегрируюгчего конденсатора 20 до уровня U,QK(. и перехо ду 11АЛ 10 в новое состояние Uj (эпю- . ра ). Далее процессы циклически повторяются. Стабильность периода пилообразного напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 обеспечивается в результате использования генератора 14 тока, управляемого импульсами, опорной частоты генератора 8 опорной частоты, а также источника 17 опорного напряжения и компаратора 18, которые устанавливают фиксированные уровни пилообразного напряжения ,

УНИ« .

В момент времени tg приходит сле-. дующий импульс от датчика скорости. Снова происходит запуск первого и второго одновибраторов 2 и 6. В интервале времени tg-t-y происходит гашение информации (эпюры м ,н ) в УВХ.1I и 19 предыдущего цикла измерения, а процесс измерения текущего цикла продолжается до момента i, , В интервал.е времени , начинается очередной режим выборки информации. Из рассмотрения эпюры CL видно, что в устройстве .обеспечивается интервал BpeMemi измерения tj-tf, равный интервалу времени to-tg между импульсами, пос- тyпaющи зi с датчика скорости. Таким образом, каждый пнкл измерений начинается с задержкой на интервал времени , обеспечивающий гашеьше информации предшествуюп1его цикла. В момент времени t-/ на генератор 14 тока прекращается подача и шульс6в опорной частоты и на интегрнруюп ем конденсаторе 20 фиксируется напряже.ние Ux 5 соответствующее точному отсчету скорости в интервале времени

.tg-t-,, Грубому отсчету скорости соответствует напряжение на выходе ЦДЛ 10 - и . Из эпюры а следует, что форьшрование напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 начинается с задержкой относительно измерительного интервала на время выборки информации - интервал .времени (эпюра г). Постоянная задержка на время tj-t режимом выборки приводит к систематической ошибке по напряжению лих завьшая показания Uy на эту величину. Постоянная ошибка по напряжению точного отсчета вызьшает переменную ошибку по скорости в зависимости от интервала аппроксимации (фиг. З). Для устранения систематической ошибки лиу введен усилитель 12 компенсации ошибки в канале точного отсчета. В качестве корректирующего напряжения используется сигнал с выхода ЦАП 10., поступающий на инвертирующий вход усилителя 12 с соответствующим масштабным коэффициентом. Таким образом, усилитель компенсации ошибки работает в режиме сумматора. Поскольку ошибка по напряжению 4Ux приводит к увеличению ошибки по скорости к началу интервала измерений, напряжение коррекции должно возрастать к началу этого интервала. Этим требованиям и отвечает выходное напряжение ЦАП 10.

Отличительной особенностью формирования напряжения на интегрирующем конденсаторе 20 являются моменты вре мени t2 5 tg, t t5 5...s когда в напряжении формируется обратный ход. Считая, что длительность обратного хода достаточно мала и не влияет на точность показаний, следует отметить наличие двузначности напряжения U за время обратного хода. С целью устранения двузначности определения

ройства, так как может быть заранее выбрана заданием соответствующего периода повторения пилообразного напряжения ,

Формула изобретения

величины и в схеме устройства пред- 30 альным недостатком предложенного уст- усмотрена задержка режима выборки на время обратного хода. Эта задача решается путем подачи сигналов с выхода компаратора 18 (эпюра к) на третий, вход, элемента И-НЕ 7. Если дли- 35 тельнбсть интервала измерений кратна периоду пилообразного напряжения (эпюра и ), т.е. момент времени tf может совпасть с полюсами аппроксимации (точки tg 5 tj, t,,,..), начало режима выборки задерживается на время обратного хода указанного напряжения. Это способствует устранению режима неоднозначности отсчета напряжения и,

Полученные значения напряжений с выхода первого УВХ 19 (после компенсации усилителем 12 компенсации ошиб- ки) и с выхода второго УВХ 11 поступают соответственно на вход точного отсчета и вход грубого отсчета измерительного устройства 13 в виде составляющих точного отсчета U (эпюра М ) и грубйго отсчета и (эпюрам). В измерительном устройстве 13 в соответствие полученным значениям напряжений ставятся соответствуюш 1е значения скоростей точного и грубого

Аналоговый измеритель скорости, содержашцй формирователь, выход ко40 торого соединен с входами первого и второго одновибраторов, измерительное устройство, источник опорного напряжения, соединенный с входом ключа заряда, интегрирующий конденса45 тор, первым выводом соединенный с выходом ключа заряда, первое устройство выборки-хранения уровня, инфор- мационным входом соединенное с первым .выводом интегрирующего конденса50 тора, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения мгновенных значений скорости и расширения функциональных возможностей, в него введены дополнительно

55 генератор опорной частоты, генератор тока, цифроаналоговый преобразователь, компаратор, второе устройство выборки - хранения уровня, усилитель компенсации ошибки, два клюотсчета, т.е. U

-2836666

Значения скоростей грубого отсчета могут быть заданы в измерительном устройстве 13 в виде Соответствий UPP , а точный отсчет скорос- ти в пределах интервала аппроксимации (фиг, З) определяется из соотношения

и„,,

где -AV - интервал скоростей в i-м Ш интервале аппроксимации;

Umo нормированное значение напряжения канала точного отсчета.

Таким образом, величина искомой 15 скорости определяется измерительным устройством 13 как +uVi ,

На фиг. 3 показан пример определения скорости в точке о, зависимости А -L/T, аппроксимируемой ступенчато 20 по грубому отсчету и линейно-кусочно по точному отсчету. Как видно из фиг, 3, значение скорости в точке а определяется как Va Vj+&V3, где истинное значение скорости VQ,, отлича- 25 ется от, найденного на величину пог-. решности аппроксимации - 4V, т.е,

УЙ,.-

Минимальная в.еличина погрешности аппроксимации не является принципиройства, так как может быть заранее выбрана заданием соответствующего периода повторения пилообразного напряжения ,

Формула изобретения

альным недостатком предложенного уст-

30 альным недостатком предложенного уст- 35

Аналоговый измеритель скорости, содержашцй формирователь, выход ко40 торого соединен с входами первого и второго одновибраторов, измерительное устройство, источник опорного напряжения, соединенный с входом ключа заряда, интегрирующий конденса45 тор, первым выводом соединенный с выходом ключа заряда, первое устройство выборки-хранения уровня, инфор- мационным входом соединенное с первым .выводом интегрирующего конденса50 тора, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения мгновенных значений скорости и расширения функциональных возможностей, в него введены дополнительно

55 генератор опорной частоты, генератор тока, цифроаналоговый преобразователь, компаратор, второе устройство выборки - хранения уровня, усилитель компенсации ошибки, два ключа разряда, элемент И-НЕ, элемент И, элемент НЕ и D-триггер, при этом выход генератора опорной частоты подключен к входу первого ключа разряда, управляющим входом подключенного к выходу элемента И и С-входу D-тригге- ра, а выходом - к управляющему входу генератора тока, вход которого соединен с входом второго ключа разряда, выходом ключа Заряда, первым входом компаратора, второй вывод интегрирующего конденсатора подключен к общей шине, .выходу генератора тока, выходу второго ключа разряда и D-входу D- триггера, инверсньй выход которого соединен с управляющим входом второго ключа разряда и входом элемента liE, выходом включенного к S-входу D-триггера и установочному входу цифляющим входом ключа заряда и третьим входом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к первому входу элемента И и выходу первого рдновибратог ра, второй вход - к второму входу

элемента И, к выходу второго одновибратора, и к входам гашения первого н второго устройств выборки - хранения уровня, а выход - к управляющим выхоfO дам первого и второго устройств выборки - хранения уровня, второе из которых выходом подключено к первому входу измерительного устройства и к инвертирующему входу усилителя компен15 сации ошибки, а первое - к неинвертирующему входу усилителя компенсации ошибки, выход которого подключен к второму входу измерительного устройства, причем источник опорного напряроаналогового преобразователя, выход 20 жения вторым выходом подключен к вто- которого соединен с информационным РОму входу компаратора, а трет1ш вход входом второго устройства выборки- элемента И подютючен к шине установ- хранения уровня, а информационньй ки исходного состояния измери- вход - с выходом компаратора, управ- теля.

ляющим входом ключа заряда и третьим входом элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к первому входу элемента И и выходу первого рдновибратора, второй вход - к второму входу

элемента И, к выходу второго одновибратора, и к входам гашения первого н второго устройств выборки - хранения уровня, а выход - к управляющим выходам первого и второго устройств выборки - хранения уровня, второе из которых выходом подключено к первому входу измерительного устройства и к инвертирующему входу усилителя компенсации ошибки, а первое - к неинвертирующему входу усилителя компенсации ошибки, выход которого подключен к второму входу измерительного устройства, причем источник опорного напря

Изобретение относится к технике электрических измерений.и может быть использовано при построении систем измерения мгновенных значений скорости. Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит формирователь 1, одновибраторы 2 и 6, измерительное устройство 13, Ю1ЮЧ 16 заряда, источник 17 опорлого напряжения, первое устройство 19 выборки - хранения уровня, интегрирующий конденсатор 20, входную шину 21, шину 22 установки исходного состояния, а также введенные элементы И 3, НЕ.5, И-НЕ 7, D- триггер 4, генератор 8 опорной частоты, первый ключ 9 разряда, цифроана- логовый преобразователь 10, второе устройство I1 выборки - хранения уровня, устройство 12 коьшенсации ошибки, генератор 14 тока, второй ключ 15 разряда, компаратор 18. Введенные элементы позволяют повысить точность измерения путем осуществления нониусного релшма работы и позволяет измерять скорость случайных или непериодических процессов. I сл to 00 со о О) Од се. /

«. ;

Фия.2

и 7

и

Редактор М, Дылын

Составитель Е. Минкин Техред М.Ходанич

Заказ 7433/43Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг.З

Корректор Т, Колб