Устройство для измерения постоянной времени Советский патент 1989 года по МПК G01R29/02 

4

О)

ю

О5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянной времени. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия достигается за счет одновременности начала переходного процесса и счета импульсов и измерения постоянной времени во время остановки переходного процесса. Устройство содержит ключи 1 и 2, делитель напряжения 3, нуль- орган 4, интегратор 5, нуль- орган 6, клеммы 7 и 8 для подключения объекта измерения 9, аналоговый запоминающий блок 10, регистр 11, счетчик 12, генератор 13 опорной частоты, элемент 14 неравнозначности, элемент ИЛИ-НЕ 15, триггер 16. Нулевое состояние, от которого начинает счет счетчик 12 в момент начала экспоненциального падения напряжения, позволяет исключить погрешность, возникавшую из-за неодновременности запуска счетчика и начала переходного процесса в объекте измерения, и тем самым повысить точность предлагаемого устройства. Измерение постоянной времени объекта измерения во время остановки изменения напряжения на выходе интегратора 5 как после линейного роста, так и после линейного уменьшения позволяет увеличить быстродействие устройства примерно вдвое. 2 ил.

Фиг. 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянной вре- Мени,

: Цель изобретения - повышение точ- Цости и быстродействия. ; На фиг,1 представлена схема уст- тройств а .на фиг,2 - диаграммы.

Устройство содержит первый и вто- рой ключи 1 и 2, делитель 3 напряже- |ния, первый нуль-орган 4, ннтегра- |тор 5, второй нуль-орган 6, первую 1и вторую клеммы 7 и 8 для подключе- |ния объекта 9 измерения, аналоговый запоминающий блок (АЗБ) 10, регистр ill, счетчик .12, генератор 13 опорной Iчастоты, элемент неравнозначности |14, элемент РЛИ-НЕ 15 триггер 16.

Входы устройства через ключи 1 и 2 подключены к входу интегратора 5, выход которого подключен к первому входу второго нуль-органа 6 и к первой клемме 7 объекта 9 измерения, вторая клемма которого подключена к информационному входу АЗБ и второму входу первого нуль-органа 4, к первому входу которого через делитель 3 напряжения, подключен выход АЗБ 10 Выход второго нуль-органа 6 подключен к входу установки в О счетчика 12 и к R-входу триггера 16, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа 2 и входу генератора 13 опорной частоты.

Вьгкод генератора 13 опорной частоты подключен к входу регистра 11 и к входу счетчика 12, выходы разрядов которого, кроме двух старших, подключены к входам регистра 11, выходы ко- торого являются выходами устройства, Самый старший разряд счетчика 12 подключен к первому.входу элемента неравнозначности 14, к первому входу элемента 15 и к входу установки в 1 триггера 6„ Второй, начиная от старшего разряд счетчика 12 подключен к второму входу элемента ШШ- НЕ 15 и к входу управления АЗВ 10. Выход элемента ИЛИ-НЕ 15 подключен к управляющему входу первого ключа 1, выход элемента неравнозначности 14 подключен к входу переноса информации в регистр 1 1 , Выход первого нульоргана 4 подключен к второму входу г элемента неравнозначности 14.

При разомкнутом ключе 17 АЗБ переходит в режим хранения информации на выходе.

На временных диаграммах фиг.2 цифрами обозначены выходы соответствующих элементов схемы по фиг.1. В скобках обозначены номера трех элементов диаграммы на выходах которых изображены пунктиром.

Вход установки в О счетчика 12 подключен к входам установки в О всех разрядов счетчика, кроме двух старших.

Вход регистра 11,.подключенный к выходу генератора 13, является синхронизирующим входом и подключен к С-входу D-триггера, входящего в состав регистра. К D-входу этого триггера подключен вход разрешения переноса информа.ции в регистр, соединенный с выходом элемента неравнозначности 14. Это вызвано необходимостью исключить перенос в регистр состояния счетчика во время пробега в нем единицы переноса после поступления очередного импульса в счетчик,

К входам устройства подключают источники отрицательного и положительного опорных напряжений (не показаны) Объект 9 измерения включается между первой 7 и второй 8 клеммами. Счетчик

12подсчитывает импульсы генератора

13опорной частоты при нахождении триггера 16 в О, При нахождении триггера 16 в 1 генератор 13 не выдает импульсы. Два старших разряда счетчика включены по схеме пересчета на 3 (0,1,2,0,1,2,.,.; остальные разряды счетчика могут работать в любой системе).

Работа устройства протекает в 4 такта.

Б первом такте (интервал , ) появляется.единица на выходе элемента И-НЕ 15, замьжается ключ 1 и напряжение на выходе интегратора 5 растет. Напряжение на выходе объекта контроля (клемма 8) постепенно возрастает до установившегося уровня, определяемого свойствами объекта, АЗБ 10 в этом такте подачей нуля на его управляющий вход устанавливается в режим отслеживания входного напряжения и запоминает уровень, до которого вырастает напряжение на выходе объекта измерения к концу первого такта.

Во втором такте (интервал ) ключ 1 размыкается, интегратор 5 устанавливается в режим хранения выходного напряжения, напряжение на вы

ходе объекта измерения экспоненциально стремится к нулевому уровню. Это напряжение подается на второй вход нуль-органа 4, На первый вход этого нуль-органа через делитель.3 подаетс напряжение с выхода АЗБ 10, переведенного во втором такте в режим хранения напряжения. Это напряжение имеет уровень, до которого доросло напряжение на выходе объекта измерения к концу первого такта, и поступает на вход нуль-органа 4 через делитель 3 с коэффициентом передачи 0,37. Через время, равное постоянной времени объекта измерения, уровни напряжений на входах нуль-органа 4 сравниваются, а затем напряжение на выходе объекта измерения становится меньше напряжения на выходе делителя 3 напряжения, В этот момент на выходе нуль-органа 4 появляется 1, На выходе элемента неравнозначности 4 также появляется 1 и в этот момент число из счетчика 12.переносится в регистр 11, Учитьшая, что в момент начала второго такта младшие разряды счетчика переполняются и устанавливаются, в О, в регистр переносится число, пропорциональное постоянной времени объекта измерения.

В конце второго такта в момент установки в 1 старшего разряда счетчика 12 в 1 устанавливается триггер 16, При этом он включает ключ 2 и прекращает подачу импульсов с выхода генератора 13 на вход счетчика 12. Счетчик останавливается, старший разряд счетчика 12 находится в положении 1, остальные - в нулевом положении. Начинается обратный ход интегратора 5, т.е. напряжение на егб выходе падает с постоянной скоростью. В это время на выходе объекта измерения напряжение растет в обратную по сравнению с первым тактом сторону (растет напряжение отрицательной полярности). АЗБ 10 переводится в режим отслеживания этого напряжения (интервал вр емен- ной диаграммы). Уровень на выходе элемента неравнозначности 14- становится нулевым, так как старший разряд счетчика 12 установлен в 1. К концу третьего такта на выходе АЗБ 10 напряжение равно напряжению на выходе объекта 9 измерения.

Третий.такт работы устройства заканчивается тогда, когда напряжение

0

на выходе интегратора 5 достигает нулевого уровня, что фиксируется нуль- органом 6, который возвращает триггер 16 в нулевое состояние и устанавливает в О все разряды счетчика, кроме двух старших.

В четвертом такте установкой в 1 второго, начиная от старшего, разряда счетчика 12 АЗБ 10 переводится в режим запоминания и на его выходе устанавливается напряжение, равное напряжению на выходе объекта 9 измерения к концу третьего такта. В то же

5 время напряжение на выходе объекта 9 измерения в начале четвертого такта благодаря прекращен1- Ю изменения напряжения на выходе интегратора 5 начинает экспоненциально стремиться к ну0. лю. Когда это напряжение становится равным напряжению на выходе АЗБ 10, т поделенному Делителем 3, на выходе нуль-органа 4 единичное напряжение становится нулевым, а на выходе эле5 мента неравнозначности нулевое напряжение становится единичным. Благодаря происходит перенос с.о- стояния младших разрядов счетчика 12 в регистр 11 (интервал .), Б ре0 гистр 11, образом, во втором и четвертом тактах работы устройства переносится состояние счетчика 12 в момент равенства напряжения на врзгхо- де объекта 9 измерения 0,37 от уровня, с которого напряжение на выходе объекта- измерения начинает экспоненциально уменьшаться с постоянной времени этого объекта в момент нулевого состояния счетчика 12 (кроне его двух старших разрядов)« Поэтому в регистр 1 переносится число, пропорциональное постоянной времени объекта 9 измерения.

Таким образом, нулевое состояние, от которого начинает счет счетчик 12 в момент начала экспоненциального падения напряжения, позволяет исключить погрешность, присущую прототипу из-за неодновременности запуска счетчика и начала переходного процесса в объекте, измерения, и тем самьгм повысить точность предлагаемого устройства.

Измерение постоянной времени объекта измерения во время прекращения изменения напряжения на выходе ратора 5 как после линейного роста, так и после линейного уменьшения, позволяет увеличить быстродействие i

5

0

5

0

5

устройства примерно вдвое, так как во время второго измерения проис- ходит одновременно приведение устройства в исходное состояние.

Формула изобретения Устройство для измерения постоянной времени, содержащее интегратор, первый нуль-орган, делитель напряжения, аналоговый запоминающий блок, выход которого через делитель напряжения подключен к первому входу первого нуль-органа, к второму входу которого подключены первая клемма дл подключения объекта измерения и информационный вход аналогового запоминающего блока, второй нуль-opraHj генератор опорной частоты и счетчик, отличающееся тем, чтод с целью повьшения точности и быстродействия, в него введены два ключа, регистр, триггер, элементы ИЛИ-НЕ и неравнозначности, причем входные шины устройства через ключи подключены к входу интегратора, выход которого подключен к первой клемме объ

5

0

5

екта измерения и к первому входу второго нуль-органа, второй вход которого заземлен, а выход подключен к входу установки в О счетчика и к R- входу триггера выход которого подключен к управляющему входу второго ключа и входу генератора опорной частоты, выход генератора соединен с входами регистра и счетчика, выход старшего разряда которого подключен к первым входам элементов ИЛИ-НЕ и неравнозначности и установочному вхо ду триггера, выход второго, начиная от старшего, разряда счетчика подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ и входу управления аналоговым запоминающим блоком, выходы -остальных разрядов счетчика соединены с информационными входами регистра, выходы которого являются выходами устройства, к входу разрешения регистра подключен выход элемента неравнозначности, к второму входу которого подключен . выход первого нуль-органа, а к управляющему входу первого ключа подключен выход элемента ИПИ-НЕ.