Преобразователь толщины в интервал времени Советский патент 1988 года по МПК G01B7/06 

(61) 1153232

(21)4126153/25-28

(22)29.05.86

(46) 30.04.88. Бюл. N 16

(71)Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт

(72)В.Г.Брандорф, В.Л.Котляров и Е.А.Сергиенко

(53)620,179.14(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1153232, кл. G 01 N 27/90, 1983.

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОЛЩНЫ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зоваио для определения толрщны неферромагнитных материалов и изделий электромагнитным методом. Цель изобретения - повьпчение точности преобразования. Цель достигается за.счет того, что преобразователь толщин в интервал времени снабжен резистором 12, сопротивление которого равно входному сопротивлению блока 7 интегрирования, третьим и четвертым ключами 13, 14, к управляющим входам которых подключены дополнительные выходы схемы 9 управления. В результате этого преобразователи 3, 4 оказываются подключенными с помощью ключей 5, 6, 13, 14 к одной и той же нагрузке. Таким образом, отпадает требование высокого входного сопротивления блока 7 интегрирования, что позволяет исключить из его состава входной.усилитель и устранить влияние всех присущих ему нестабильностей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

с Ш

о;

с

I Изобретение относится к измери- |гельной технике и может быть исполь- овано для определения толщины не- ерромагнитных материалов и изделий Ьлектромагнитным методом.

Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет уменьшения времени переходных процессов.

На фиг, 1 изображена блок-схема предлагаемого преобразователя; на |)иг, 2 - временные диаграммы и таблица состояния ключей, где заштрихованные временные интервалы соответствуют замкнутому, незаштрихованные - разомкнутому состоянию соответствующего ключа, i(t) - треугольный ток источника 2 магнитного поля, ) ti ByCt) - ЭДС преобразователей 3 и А соответственно, Ug(t) - напряжение а выходе блока 7 интегрирования, lJ.pj, - напряжение выходного импульса iO, длительность которого пропорциоВалька преобразуемой толщине Т

X

с

напряжение прямоугольных импульсов, Частота которых равна частоте питаю- щей сети (50 Гц); на фиг. 3 - структурная схема управления преобразова- телем,

Преобразователь содержит источник Л треугольного тока i(t), нагрузкой :которого является источник 2 магнитного поля, первый индукционньш преоб- ;разователь 3, обмотка которого намо- :тана поверх обмотки источника 2 маг- |нитного поля, т„е, жестко укреплена относительно источника 2 магнитного поля, В поле действия источника 2 магнитного поля установлен второй индукционный преобразователь 4. Преобразователь также содержит два ключа 5 и 6, к входам которых подключены индукционные преобразователи 4 и 3 соответственно, и соединенные последовательно блок 7 интегрирования, нуль- орган 8 и схему 9 управления. Выходы ключей 5 и 6 подключены к входу блока 7 интегрирования, первый выход схемы 9 управления подключен к входу управления ключа 5, второй выход - к входу управления ключа 6,, третий выход - к входу синхронизации источника 1 треугольного тока, четвертый выход - к выходной клемме 10, предназначенной для подключения к индикатору (не показан).

На фиг. 1 показан также вход 11 синхронизации схемы 9 управления. Выходы cxeNp.i 9 упр авления обозначены:

0

5

5

Q

0

5

а, Ь, с, d, а ее входы: соединенный с выходом нуль-органа 8-е, соединенный с входом 11 синхронизации - f.

Кроме того, преобразователь содержит резистор 12, сопротивление которого равно входному сопротивлению блока 7 интегрирования, и два дополнительных ключа 13 и 14J включенных Между незаземленными выводами соответственно первого 3 и второго 4 преобразователей и резистором 12.

Схема 9 управления выполнена с двумя дополнительными выходами, подключенными к входам управления дополнительных ключей 13 и 14,

Схема 9 управления вьшолнена в виде пяти элементов И 15-19, инвертора 20, последовательно соединенных первого регистра 21 ввода, счетчика 22 тактов, счетный вход которого является первым входом схемы 9 управления, и подключенного к разярдным выходам счетчика 22 тактов четырех- входового элемента И 23, выход котсгч рого подключен к первому входу первого элемента И 15, последовательно соединенных второго регистра 24 ввода и блока 25 сравнения кодов, вторые входы которого подключены к разрядным выходам счетчика 22 тактов, одновиб- ратора 26, включенного между выходом переполнения счетчика 22 и его входом разрешения установки, первого триггера 27, вход которого подключен к выходу одновибратора 26, его прямой выход является четвёртым выходом схемы 9 управления и подключен к второму входу первого элемента И 15 и первому входу второго элемента И 16, второй вход которого через инвертор 20 подключен к выходу четырех- входового элемента И 23, а инверсный выход первого триггера 27 подклю чен к первым входам третьего 17 и четвертого 18 элементов И и второго триггера 28, R-вход которого является вторым входом схемы 9 управления, S-вход подключен к выходу блока

25 сравнения кодов, к которому также подключен первый вход пятого элемента И 19, прямой и инверсный выходы триггера 28 подключены соответственно к второму входу третьего элемента И 17 и вторым входам четверто- го 18 и пятого 19 элементов И, выход первого элемента И 15 является первым выходом схемы 9 управления, а выходы второго 16, третьего 17, четвертого 18 и пятого 19 элементов И

являются соответственно пятым, вторым, шестым и третьим ее выходами.

Преобразователь работает следующим образом.

Источник 2 магнитного поля помещают на одну из поверхностей контролируемого объекта (не показан). На противоположную поверхность соосно с источником 2 магнитного поля помещают индукционный преобразователь 4.

Источник 1 треугольного тока i(t) с помощью источника 2 магнитного поля создает в окружающем пространстве изменяющееся магнитное поле. Синхронизация работы источника 1 треугольного тока осуществляется импульсами, формируемыми четвертым ёыходом (с) схемы 9 управления, длительность которых 1)/2 (и равная ей длительность пауз i)./2 между ними) выбирается из двух условий: во-первых, величина {)-/2 должна быть больше величины , что исключает влияние 6 на точность преобразования толщины в интервал времени, во-вторых, величина- i)./2 должна быть кратна периоду Ос питающей сети, что обеспечивает высокую помехозащищенность процесса преобразования, т.е. 0; 2(т+1 ),.

t,. Таким образом, интегрирования ЗДС е , осуществляется за время, равное периоду с питающей сети.

В момент t г начинается линейный - спад тока i(t) и ЭДС ex(t) и eo{t) вновь начинает изменяться от стационарных значений - е, и ео к стационар10

ным значениям е и е соответственно. Учитывая, что в момент tj схема 9 управления замыкает ключ 14, переходной процесс изменения е/ и ео будет проходить с учетом нагрузки преобразователя 3 на эквивалент входного сопротивления интегратора - резис- тор 12. На временном интервале tj-t блок 7 интегрирования отключен от источников сигналов, так как ключи 5 и 6 разомкнуты и вьтолняют роль элементов памяти. На этом же интервале ЭДС e(,(t) достигает стационарного значения +е с учетом нагрузки преобразователя 3 на эквивалент входного сопротивления блока 7 интегрирова - ния. В момент времени tj замыка:ется ключ 6 и размыкается ключ 14. ЭДС е,, при этом не меняется и поступает на вход блока 7 интегрирования. При этом напряжение UjCt) линейно умень20

25

шается до момента t. Когда

В момент to фиг. 2) ток i(t) на- срабатывает нуль-орган 8, которьй ус- Чинает линейно возрастать от нулево- танавливает триггер .. в схеме управ - го значения. В этот же момент вклю- ления 9 в нулевое состояние, в ре- чается ключ 13 и преобразователь 4 зультате чего ключ 6 размыкается, а нагружается на сопротивление резисто- ключ 14 снова замыкается. ЭДС ч-ев ра 12. ЭДС e)((t) и eo(t) на концах 35 остается неизменной до начала следу- обмЬток индукционных преобразователей ющего линейного возрастания тока 4 и 3 начинает изменяться от предщест- i(t), а выходное напряжение блока 7 вующих стационарных значений +е и интегрирования остается равным нулю к последующим стационарным значе- до начала следующего такта интегри- ниям -е и -Bf, При этом длительности 40 рования ЭДС - е.

переходных процессов с учетом нагруз- Временной интервал , где ки преобразователя 4 на эквивалент t4 t з ( )e tK является выходной информационной величиной, зависящей от толщины контролируемого извходного сопротивления интегратора - резистор 12 соответственно равны

/ 1

и

I.E момент t,m D,, когда ЭДС 45 делия.

ex(t) достигла неизменного во вре- Работа схемы 9 управления заклю- мени стационарного значения е, и дочается в выдаче управляющих воздей- момента времени ,) с- ;/2ствий на ключи 5 и 6, 13.и 14 и на ключ 13 размыкается и замыкается ключвход синхронизации источника 1 тока, 5 и постоянная ЭДС - е, интегрирует- 50 Момент t начинается при переполне- ся блоком 7 интегрирования. При раз-нии счетчика 22 в результате постумыкании ключа 13 и замыкании ключапления на первый вход f схемы 9 оче- .5 ЭДС е не меняется и никакого пере-редного импульса. При этом запускает23А5 1

t,. Таким образом, интегрирования ЗДС е , осуществляется за время, равное периоду с питающей сети.

В момент t г начинается линейный - спад тока i(t) и ЭДС ex(t) и eo{t) вновь начинает изменяться от стационарных значений - е, и ео к стационар

ным значениям е и е соответственно. Учитывая, что в момент tj схема 9 управления замыкает ключ 14, переходной процесс изменения е/ и ео будет проходить с учетом нагрузки преобразователя 3 на эквивалент входного сопротивления интегратора - резис- тор 12. На временном интервале tj-t блок 7 интегрирования отключен от источников сигналов, так как ключи 5 и 6 разомкнуты и вьтолняют роль элементов памяти. На этом же интервале ЭДС e(,(t) достигает стационарного значения +е с учетом нагрузки преобразователя 3 на эквивалент входного сопротивления блока 7 интегрирова - ния. В момент времени tj замыка:ется ключ 6 и размыкается ключ 14. ЭДС е,, при этом не меняется и поступает на вход блока 7 интегрирования. При этом напряжение UjCt) линейно умень

шается до момента t. Когда

ходного процесса не происходит, так

как нагрузка преобразователя 4 ост.а- 55 танавливается в число, заданное ре- ется неизменной. Во время замкнуто- гистром 21 ввода. Триггер 27 в мо- го состояния ключа 5 выходное напряжение U5(t) интегратора 7 увеличивамент to устанавливается в 1 и на пятом выходе g схемы 9 появляется I, включающая ключ 13 (фиг. 1),

ется линейно во времени до момента

ся одновибратор 26, а счетчик 22 устанавливается в число, заданное ре- гистром 21 ввода. Триггер 27 в мо-

мент to устанавливается в 1 и на пятом выходе g схемы 9 появляется I, включающая ключ 13 (фиг. 1),

51392345

благодаря чему преобразователь 4 оказывается нагруженным на резистор 12,

ж

величина которого равна входному сопротивлению интегратора. Когда счетчик 22 в результате поступления им- пульсов на его счетный вход станет в положение 1111, срабатывает элемент И 23, в результате чего включается ключ 5 и выключается ключ 13. В течение этого состояния счетчика 22 интегрируется сигнал преобразователя 4, причем переходного процесса в преобразователе в результате переключения ключей 13 и 5 не происходит, так как нагрузка преобразователя 4 не меняется. При подаче следующего входного импульса на счетчик 22 он переполняется, одновибратор 26.устанавливает его снова в прежнее положение и передний фронт импульса од- новибратора 26 устанавливает триггер 27 в положение О. При этом ключ 5 размыкается, а ключ 14 замыкается, благодаря чему преобразователь 3 нагружается на эквивалент входного сопротивления интегратора - резистор 12. На интеграторе сохраняется выходное напряжение. В положении счетчика 22, равном числу, набранному в регистре 24 ввода срабатывает блок 25 сравнения кодов, при этом триггер 28 устанавливается в 1.

Катушки индукционных преобразователей 3 и 4 содержат большое число витков и сердечники из ферромагнитных материалов. Их постоянная времени имеет порядок, равный Фц(0,1- 1,0) мс. Поэтому при малом входном сопротивлении RV их непосредственное включение на вход блока 7 интегрирования приводит к заметным отклонениям закона изменения Us(t) от линейного, изменению градуировочной характеристики блока 7 интегрирования и, как следствие, к погрешности преобразования толщины в интервал времени. Для увеличения Б, а следовательно, для уменьшения I на входе блока 7 интегрирования включают развязывающие буфферные усилители, одн.ако это приводит к дополнительным погрешностям.

В предлагаемом преобразователе (в отличие от известных) сопротивление резистора 12 выбирается равным сопротивлению R, и индукционный преобразователь 4 на всем интервале t(,t tj, как и индукционный преобразователь 3 на всем интервале такой

же длительности,, подключены с помощью к.1почей 5и6и13и14к одной

5

0

5

0

5

5

0

5

и той же нагрузке. Поэтому переходной процесс установления токов через эти индуктивности начинается задолго до моментов t и t3 начала процессов интегрирования. Так как полуТпериоды - t2-to треугольного тока

равны десятк ам мс, то величина Рц в десятки и сотни раз меньше значения Т/2с Поэтому даже при очень малых значениях j к моментам t, и t j ток через индуктивности практически достигает стационарных постоянных значений, т.е. закон изменения UgCt) сохраняется линейным, что устраняет вьшеуказанную погрешность преобразования.

Формула изобретения

1,Преобразователь в интервал времени по авт. св. № 1153232, отличающийся тем, что,

с целью повьшзения точности, он снабжен резистором, сопротивление которо го равно входному сопротивлению блока интегрирования, и двумя дополнительными ключами, включенными между выходами соответственно первого и второго преобразователей и резистором, а схема управления выполнена с двумя дополнительными выходами, подключенными к входам управления дополнительных ключей.

2,Преобразователь по п. 1, о т- ли-чающийся тем, что схема управления выполнена в виде няги элементов И, инвертора, последовательно соединенных первого регистра ввода, счетчика, тактов, счетный вход которого является первым входом схемы управления, и подключенного к разряд ным выходам счетчика тактов четырех- входового элемента И, выход которого подключен к первому входу первого зпе- мента И, последовательно соединенных второго регистра ввода и блока qpaB- нения кодов, вторые входы которого подключены к разрядным выходам счетчика тактов, одновибратора включенно го между выходом переполнения счетчика и входом разрешения установки счетчика, первого триггера, вход которого подключен к выходу одновнб- ратора, его прямой выход является четвертым выходом схемы управления

и подключен к второму входу первого

элемента И и первому входу второго элемента И, второй вход которого через инвертор подключен к выходу че- тырехвходоного элемента И, а инверсный выход первого триггера подключен к первым входам третьего и четвертого элементов И, и второго триггера, R-вход которого является вторым входом схемы управления, S-вход подключен к выходу блока сравнения кодов, к которому также подключен первый

вход пятого элемента И, прямой и инверсный выходы второго триггера подключены соответственно к второму входу третьего элемента И и вторым входам четвертого и пятого элементов И, выход первого элемента И является первым выходом схемы управления, а выходы второго, третьего, четвертого и пятого элементов И являются соответственно пятым, вторым, шестым и третьим ее выходами.

Фиг.2