Устройство для контроля напряжений Советский патент 1987 года по МПК G05B23/02 

1134

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля постоянного напряжения.

Целью изобретения является повышение быстродер1ствия.

На фиг. t приведена блок-схема устройства для контроля напряжений; на фиг. 2 и 3 - диаграммы его работы.

Устройство содержит генератор 1 импульсных последовательностей, компаратор 2, элементы 3 и 4 сравнения кодов, тригтеры 5 и 6, согласующий усилитель 7, генератор 8 тактовых импульсов, счетчик 9, переключаетль

10, второй 11 и третий 12 входы устройства, первый 13 и второй 14 выход

устройства, первый вход 15 устройства, первый 16 и второй 17 интеграто- ры, формирователь 18 импульсов переключения и записи, первый 19, второй 20, третий 21 и четвертый 22 входы переключателя, выход 23 переключателя, первьв 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 выходы формирователя импульсов переключения и записи, первый 28 и второй 29 выходы формирователя импульсов переключения и записи

Генератор 1 импульсных последовательностей имеет первые выходы, на которых формируется двоичный цифрово код, и второй выход, на котором формируются импульсы тактовой частоты, Г енератор 1 может быть вбгполнен, например, на основе суммирующего счетчика 9 импульсов, выходы разрядов которого являются первыми выходами генератора 1,

На второй выход генератора 1 и на счетный вход счетчика 9 поступают импульсы с выхода тактового генератора.

Устройство работает следующим образом.

На входы 11 и 12 устройства задается код напряжения нижнего и верхнего допусков. При подаче питающего напряжения запускается генератор 8 импульсов. Импульсы с выхода генератора 8 П(зступают на вход 24 формирователя 18 импульсов переключения и записи, а также на вход счетчика 9, D результате чего цифровой код на вы

где а,- - номер разряда двоично-коди рованного числа; i - знак (цифра) двоичной системы счисления, который пр нимает значения О и 1, С учетом формул (2) и (4) выходные напряжения и„д и интегратоходах разрядов счетчика 9 последова- ее , г: ч-7

э& ров 16 и 17 определяются следующим

тельио увеличивает свое значение. Изменение кода на выходах разрядов счетчика 9 происходит дискретно с частотой следования тактовых импульвыражением:

НА, бд - о х

т, E:a;2 - --.-2n

0

0

N

сов. Элементы 3 и 4 сравнения сравнивают коды с выходов разрядов счетчика 9 импульсов с кодами, установленными на входах 11 и 12 устройства, В результате сравнения на выходе элементов 3 и 4 формируются прямоугольные импульсы и,о и и„ (фиг, 3): {1, при (.г (О, о, при N; 5Ny, ,

где N, - текущее значение кода на выходах разрядов счетчика 9; ;,сг значение кода, установленного на входах 11 и 12, Период Т следования этих импульсов и,о и и,, (фиг, 3) определяется числом разрядов двоичного счетчика 9 импульсов:

,-2 (2) где Тд - период тактовых импульсов

генератора 8; п - число разрядов двоичного

счетчика 9,

5 Импульсы с выхода элементов 3 и 4 сравнения поступают на вход согласующего усилителя 7, На выходе усилителя 7 формируются импульсы стабильной амплитуды (UQ). Стабилизиро- 0 ванные по амплитуде импульсы с выходов 30 и 31 усилителя 7 поступают на входы интеграторов 16 и 17, где усредняются, в результате чего на выходе интегрирующих элементов 16, g 17 устанавливаются постоянные напряжения и,6 и и,7 (фиг, 2):

и,, , (3)

где и - амплитуда импульсов на вы- 0 ходах 30 и 31 согласующего

усилителя 7;

tu - длительность импульсов. Длительность импульсов определяется двоичным кодом, установленным 5 на входах 11 и 12 устройства: ( -

,-Г1

.ToZ:a

(4)

где а,- - номер разряда двоично-кодированного числа; i - знак (цифра) двоичной системы счисления, который принимает значения О и 1, С учетом формул (2) и (4) выходные напряжения и„д и интеграто, г: ч-7

выражением:

НА, бд - о х

т, E:a;2 - --.-2n

(5)

Из формулы (5) видно, что точност напряжений , U. определяется только стабильностью амплитуды и импульсов и не зависит от стабильности периода Т тактовых импульсов и параметров интегрирующих элементов 16 и 17. Благодаря этому обеспечивается высокая точность установки напряжений Цц. и Ug. в соответствии с кодом, установленным на входах 11 и 12 устройства.

Величина переменной составляющей напряжений и„д и Ug может быть уменьшена до пренебрежимо малой величины соответствующим увеличением постоянной времени интегрирующих элементов 16 и 17.

Напряжения U д и U. с выходов интегрирующих элементов 16 и 17 поступают на переключатель 10, с помощью которого поочередно подключаются к второму входу компаратора. Управление переключателем 10 осуществляется с помощью формирователя 18 импульсов переключения и записи, который может быть выполнен на стандартных узлах с применением микросхем.

Таким образом, в процессе работы устройства на втором входе компаратора 2 формируется прямоугольное напряжение , верхнее значение Ug которого определяется кодом на входах 12 устройства, а нижнее Ь ц. - кодом на входах 11 устройства. По переднему фронту Импульса записи логическое состояние выхода компаратора 2 записывается в триггер 5, по переднему фронту импульса записи - в триггер 6.

При выполнении условия устройство формирует на выходах 13 и 14 уровни логического нуля (лог. О), что соответствует состоянию Норма. Это происходит следующим образом.

В момент t изменяются уровни сигналов на выходах 26 и 27 переключения формирователя 18 соответственно на лог. О и лог. 1, при этом происходит подключение на второй код компаратора 2 напряжения и,д , и уровень лог. 1 на выходе компаратора 2 изменяется на ур- -вень лог.О. В момент tj по переднему фронту импуль

са тактовой частоты U, на выходе 28

t 4

формирователя 18 формируется передний фронт импульса записи U . По переднему фронту импульса записи Ujf в триггер 5 с выхода компаратора 2 записывается уровень лог О, который устанавливается на прямом выходе триггера 5 и выходе 13 устройства. Это означает, что U,. . В момент времени t, изменяются уровни сигналов на выходах 26 и 27 переключения формирователя 18 соответственно на лог. 1 и лог. О, при этом происходит подключение на второй вход компаратора 2 напряжения Ug, и уровень

лог. О

меняется на уровень лог

на выходе компаратора 2 из- 1. В мо

мент t по переднему фронту импульса тактовой частоты U на выходе 29 формирователя 18 формируется передний фронт импульса записи . По переднему фронту импульса записи U в

25

триггер 6 с выхода компаратора 2 записывается уровень лог. 1, в ре30

зультате чего на инверсном выходе триггера 6 и выходе 14 устройства устанавливается уровень лог. О . Это означает, что . Далее процесс повторяется.

Па прямом выходе триггера 5, выходе 13 устройства, на инверсном выходе триггера 6, выходе 14 устройства поддерживаются уровни лог. О, что соответствует состоянию Норма.

При условии U/ U нд Пед в момент tg по переднему фронту импульса записи Ujg формирователя 18 с выхода компаратора 2 в триггер 5 записывается 40 уровень лог, 1, который устанавли- ,вается на прямом выходе триггера 5 и выходе 13 устройства. Это означает, что и,инд, а логические уровни выходов 13 и 14 соответствуют состоянию Меньше нормы.

35

45

0

5

При условии U.Ug. «iUj в момент t, по переднему фронту импульса запиЬ

си формирователя 18 с выхода компаратора 2 в триггер 6 записывается уровень лог. О, в результате чего на инверсном выходе триггера 6 и выходе 14 устройства устанавливается уровень лог. 1, а на выходе триггера 6 и выходе 13 устройства - уровень лог. О. Это означает, что , а логические уровни выходов 13 и 14 соответствуют состоянию Боль- ще нормы.

Триггеры 5 и 6 через установочные входы устанавливают один другой в исходное положение, благодаря чему кодовые состояния выходов устройства когда одновременно выдается и Меньше нормы и Больше нормы, являются запрещенными, а их появление свидетельствует о неисправности устройства контроля.

Таблица логических состояний выходов 13 и 14 устройства имеет следующий вид.

Норма

«А ВД

Меньше x нд нормы

Больше Ug. U,, нормы

Неисправность

Быстродействие устройства определяется периодом следования тактовых импульсов, т.е. за один период следо- н ания тактовых импульсов контролируемое напряжение U сравнивается с напряжением и .

При многоканальном контроле напряжений элементы сравнения кодов, согласующий усилитель, интегрирующие элементы, переключатель, генератор импульсных последовательностей и формирователь имгГульсов переключения и записи являются об11у-1ми, а в каждом канале устанавливается компаратор и два триггера (не показаны).

Формула изобретения

Устройство для контроля напряжений, содержащее компаратор, два D0

триггера, два элемента сравнения кодов и генератор импульсных последова- тельностей, первый вход компаратора соединен с первым входом устройства для контроля напряжений, выход компаратора подключен к D-входам первого и второго D-триггеров, первый и второй элементы сравнения кодов соединены первыми входами соответственно с вторым и третьим входами устройства для контроля напряжений, вторые входы первого и второго элементов сравнения кодов подключены к

5 первому выходу генератора импульсных последовательностей, выход первого D-триггера соединен с первым выходом устройства и с S-входом второго D- триггера, выход которого соединен с R-входом первого D-триггера и вторым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьше- ния быстродействия, введены формирователь импульсов переключения и запи5 си, переключатель, два интегратора и согласующий усилитель, причем второй выход генератора импульсных последовательностей соединен с первым . входом формирователя импульсов пере0 ключения и записи, второй вход кэто- рого подключен к первому выходу генератора импульсных последовательностей, выходы первого и второго элементов сравнения кодов соединены соответственно с первым и вторым входами согласующего усилителя, первьш выход согласующего усилителя подключен через первый интегратор к первому- входу переключателя, второй вход которого через второй интегратор соединен с вторым выходом согласующего усилителя, первый и второй выходы формирователя импульсов переключения и записи соединены соответственно с третьим и четвертым входами переключателя, выход которого подключен к второму входу компаратора, третий и четвертый выходы формирователя импульсов переключения и записи соединены соответственно с С-входами первого и второго D-триггеров.

5

0

5

0

12

Г I

t г ij ±ц

J:

19

l

i/1

T4

Норма

JH

...1

П

П

fie/fdu/e Hoflftb/ Фиг г

f oflm/

6

То

Составитель С.Никишов Редактор В.Данко Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 4821/48 Тираж 863Подписное

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

Изобретение относится к области цифровой измерительной техники и может быть использовано для автоматического контроля постоянного напряжения. Целью изобретения является по- вьшение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что производится одновременное сравнение напряжения с двумя допусками, представленными в виде цифровых кодов. Трансляция цифровых кодов в величины напряжений нижнего допуска (нд) и верхнего допуска (Uj), с которыми сравнивается Цц, происходит с помощью элементов сравнения, согласующего усилителя, интегрирующих элементов, переключателя, формирователя импульсов переключения и записи, генератора импульсных последовательностей. Заданный код преобразуется в пропорциональную скважность импульсов, которые стабилизируются по амплитуде и интегрируются RC-звеньями. Величина выходных напряжений КС-звеньев пропорциональна коду, стабильность их зависит только от стабильности амплитуды импульсов и не зависит от периода следования импульсов и параметров RC-звеньев. Компаратор сравнивает эти напряжения с контролируемым напряжением Ux. Быстродействие устройства определяется периодом тактовых импульсов, 3 ил., 1 табл. с б (Л со 4 00