Устройство для измерения разности частот вращения Советский патент 1990 года по МПК G01P3/489 

316

датчиков, коммутатор 8 и реализованные на двух программируемых таймерах 12 и 13 два канала измерения дли тельности периода, причем между счетными триггерами .и счетчиками числа импульсов генератора 9 эталонной частоты, реализованными на счетчиках прогграммируемых таймеров, включены управляемые делители частоты на нуевых счётчиках программируемых

9&

таймеров, коэффициент деления которых изменяется в зависимости от р1езуль- татов обработки первичной измерительной информации в блоке 15 вычисления и управления, определяющего, в течение скольких периодов информативных сигналов с датчиков необходимо производить измерение, чтобы погрешность измерения.бьша меньше заданной, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности скоростей вращения валов, скольжения и относительного изменения скорости вращения. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содержит формирователь 1 частоты сети, два импульсных тахометра 6 и 7, три счетных триггера 3, 4 и 5, осуществляющих выделение периодов сигналов с датчиков, коммутатор 8 и реализованные на двух программируемых таймерах 12 и 13 два канала измерения длительности периода, причем между счетными триггерами и счетчиками числа импульсов генератора 9 эталонной частоты, реализованными на счетчиках программируемых таймеров, включены управляемые делители частоты на нулевых счетчиках программируемых таймеров, коэффициент деления которых изменяется в зависимости от результатов обработки первичной измерительной информации в блоке 15 вычисления и управления определяющего, в течение скольких периодов информативных сигналов с датчиков необходимо производить измерение, чтобы погрешность измерения была меньше заданной. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности скоростей вращения валов, скольжения и относительного изменения скорости вращения,

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения разности частот вращения.

Устройство содержит формирователь 1 частоты сетевого напряжения, синтезатор 2 частот, счетные триггеры 3 - 5, импульсные тахометры 6 и 7,, коммутатор 8, генератор 9 эталонной ча стоты, инверторы 10 и 11, программируемые таймеры 12 и 13, программируемый контроллер 14 прерываний, блок 15 вычисления,- состоящий из системной шины 16, центрального процессора 17, блока 18 оперативной памяти и блока 19 индикац ш с соответствующими Связями,

Устройство для измерения разности частот вращения работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на устройство центральны процессор 17 согласно программе инициализации дает команду, запрещающую прерывания и в диалоговом режиме запрашивает оператора о параметре, подлежащем регистрации, и о погрешности измерения. Введенное значение погрешности фиксируется в одной из ячеек блока 18 оперативной памяти. В зависимости от измеряемого параметра продолжается программа инициализащга

Если необходимо измерить разность скоростей вращения двух валов, цент- ральный процессор 17 устанавливает коммуатор 8 в состояние,, разрешаю

щее прохождение импульсов с выхода импульсного тахометра 6 через счетный триггер 4 на тактовый вход С нулевого счетчика СТО программируемого таймера 13. Счетные триггеры 3-5 выделяют период информативных сигналов измерительных преобразователей.

Поскольку при дискретизации периодов информативных сигналов соблюдаются соотношения:

0

5

0

5

0

5

Т ,

Ti

fflN,,,

(1)

Т N, N. где Т - период сигнала, сформированного импульсным тахометром 5;

период сигнала, сформированного импульсным тахометром 7;

период импульса генератора 9 эталонной частоты; показания счетчика, фиксирующего длительность периода сигнала,. сформированного импульсным тахометром 6; показания счетчика, фиксирующего длительность перис да сигнала, сформированного импульсным тахометром 7,

то разность периодов информативных

сигналов составляет:

Дт т - т, TQ( N), (2)

Погрешность определения разности периодов является основной составляющей при измерении разности скорости вращения. Для повьшения точности регистрации необходимо фиксировать значе- ния Т и Тg не за один, а за к периодов, тогда с-учетом изложенного:

йТк KT,j. - кТ,- KTo( N), (3) где ДТ, - разность периодов информативных сигналов, определенная при регистрации к периодов Т т Т,

5161

Погрешность регистрации разности периодов составляет;

---г,-Т-100%.

K()

Учитывая, что

(4)

K(N,- N,)

All

(5)

можно получить выражение;

AT. То

.100%

одставляя (6) в (3) получим:

100

к

TNJ- N

(6)

(7)

Для определения коэффициента к измерения периодов информативных сигналов устройства программируютс таким образом, что счетчики СТО программируемых таймеров 12 и 13 рботают в режиме деления частоты, а счетчики СТ1 и СТ2 обоих таймеров 12 и 13 программируются на режим прерывания терминального счета. В счетчике СТО программируемых таймеров 12 и 13 записана 1. Программа инициализации завершается командой разрешения прерываний. Центральный процессор 17 переходит в режим ожидания прерьтания.

Импульсы, поступившие с выхода импульсного тахометра 7 через триггер 5 и счетчик СТО программируемог таймера 12, коэффициент деления частоты которого равен 1, зафиксируют на разрешающем входе Р одного из счетчиков (например СТ1) уровень О на время, равное периоду импульса, сформированного импульсным тахо метром 7. Тогда на разрешающем входе Р счетчика СТ2 программируемого таймера 12 в течение этого же времени будет установлен, уровень

1 и счетчик начнет регистрировать импульсы эталонной частоты генератора 9. По окончании импульса в счетчике СТ2 программируемого таймера 12 будет зафиксировано число:

N i Т„

(8)

Второй полупериод импульса, сформированного счетчиком СТО программируемого таймера 12 установит на разрешающем входе Р счетчика.-СТ2 таймера 12 уровень О и работа этого счетчика будет остановлена.

сиропсчно значение:

9596

. Перепад напряжения из О в 1 на нулевом входе программируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожи- Дания.

Следуя сигналу прерывания к.программе его обработки, центральный процесосор 17 записывает значение N, Q в ячейку блока 18 оперативной памяти, увеличивает адрес ячейки памяти и, подготовив к новому циклу работы счетчик СТ2 пpoгpaм иpyeмoгo таймера 12, возвращаются в режим ожидания 5 прерывания.

Сигнал, поступивший с выхода импульсного тахометра 6 через триггер 4, коммутатор 8 и счетчик СТО программируемого таймера 13, коэффициент 0 деления которого также равен 1, установит на разрешающем входе Р одного из счетчиков 13 (например СТ1) уровень О на время периода сигнала, сформированного импульсным тахомет- 5 ром 4. В случае на разрешающем входе Р счетчика СТ2 программируемого таймера 13 в течение такого же времени будет установлен уровень 1, и счетчик СТ2 фиксирует импуль- 0 сы эталонной частоты генератора 9, в течение времени, определяемого периодом импульса, сформированного импульсным тахометром 4. Как только на выходе тахометра 4 появляется очередной импульс, 4 изменяет состояние на противоположное и на разрешающем входе I счетчикп СТ2 программируемого TaiiMepa 13 устанав- лигшется уровень О. Работа счетчика прекратится и н нем будет зафик0

сиропсчно значение:

, I(9)

Перепад напряжения из О в ,1 на втором входе программируемого контроллера 14 прерываний вь ведет центральный процессор 17 из режима ожидания .

Следуя этому сигналу- и программе Q обработки прерывания, центральный процессор 17 записьтает значение N( во вторую ячейку блока 18 оператив- .ной памяти, увеличивает адрес ячейки памяти и, подготовив к новому циклу регистрации счетчик СТ2 таймера 13, завершает цикл предварительного Измерения. Сформировав сигнал, запрещающий прерывания, центральный процессор 17 вычисляет зна5

чениб коэффициента к по формуле (7), исходя из зафиксированных значений N, Ng и погрешности измерения- у j ввеД Знной в блок 15 вычисления и управления в диалоговом режиме, хранящихся в ячейках блока 18 оперативной памя.ти .Результат вычисления записывается в счетчики СТО программи- pyeivibFx таймеров 12 и 13« Этап пред- варительного измерения заканчивается командой, разрешающей прерывания В результате этого этапа определяется число периодов информативных г- сигналов, в течение которых необхо- дJ,iмo производить дискретизацию5 чтобы достичь заданной погрешности измерения. Центральный процессор 17 снова переходит в режим.ожидания прерывания,

Нулевые счетчики СТО программируемых таймеров 12 и 13 работают в режиме деления частоты, причем коэффициент деления равен к. Сигнал, выработанный импульсным тахометром 7 пройдет счетчик СТО программируемого таймера 12 и установит на разреш.аю- щем входе Р одного из дв /х счетщшов этого же таймера (например СТ1) уровень 1 на время кТ. Тогда счет- чик зафиксирует число импульсон) генератора эталонной частоты, равное

,N lS - TO

(10)

lio окончании, полупериода тчпульса сформированного счетчиком СТО программируемого таймера 12 и в счетчике СТ1 будет зафиксировано, значение N так как на его разрешающем входе Р установится уровень О, Перепад напряжения из О в 1 на первом входе программируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания. Следуя этому сигналу, согласно программы его обработки, центральный процессор 17 запшиет значение N , зафиксированное счетчиком СТ1 про- .граммируемого таймера 12 в ячейку блока оперативной памяти, увеличит адрес ячейки памяти..и, подготовив счетчик к новому циклу измерени.я,, перейдет в режим ожидания прерывания ,

Одновременно с этим на разрешающе входе Р счетчика СТ2 програмнруемого Tai iMepa 12 будет установлен уровень 1, счетчик регистрирует количество

импульсов генератора 9 эталонной частоты, прошедшее за второй полупериод импульса, сформированйого счетчиком СТО программируемого таймера 12.

Сигнал, выработанный импульсным тахометром 6, пройдя счетчик СТО программируемого таймера 13, установит на разрешающем входе одного из двух других счетчиков этого же таймера (например СТ1) уровень 1 на время кТ, Тогда счетчик зафиксирует число импульсов генератора эталонной частоты, равное

ы - N . .-(11)

По окончании полупериода импульса, сформированного счетчиком СТО программируемого таймера 13, в счетчике СТ1 будет зафиксировано значение

N:,

так как на его разрешающем вхо5о

5

0 5 д

5

де Р установится уровень О. Перепад напряжения из О на третьем входе программируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания. Следуя этому сигналу, согласно .программе его обработки, центральный процессор 17 запишет значение N , зафржсированное счетчиком СТ1 программируемого таймера 13, во вторую ячейку блока оперативной памяти 18, увеличит адрес ячейки памяти и, подготовив счетчик к новому циклу измерения, завершит обработку прерывания.

Одновременно с этим на разрешающем входе Р счетчика СТ2 программируемого таймера 13 будет установлен уровень 1. Счетчик регистрирует ко лз - чество импульсов генератора 9 эталонной частоты, прошедших за второй полупериод импульса, сформированного счетчиком СТО программируемого таймера 13.

Поскольку программируемые таймеры 12 и 13 функционируют как внешние устройства и их работа не зависит от работы центрального процессора 17. а также учитывая, что время счета ш пульсов достаточно велико, целесообразно сразу производить математическую обработку зарегистрированных значений по формуле (12) с помощью блока 15 вычисления и управления ,

., /

г

М IN J,

fOO%

(12)

Результат вычисления относительной разности скоростей выводится на блок 19 индикации. После этого центральный процессор 17 возвращается в режим ожидания прерывания до приходов перепадов из О в 1 на нулевом или втором входах программируемого контроллера 14 прерываний, свидетельствутощих об окончании регистрации периодов вторых импульсов сформированных импульсными тахометр кш 4 и 7. После этого центральный процессор снова производит вычисление значения|. Процесс измерения продожается до тех пор, пока оператор в диал говом режиг е не даст сигнал в блок 15 вычисления и управления прекратит работу.

. При измерении скольжения электродвигателя центральный процессор 17 устанавливает коммутатор 8 в состояние, в котором него будет проходить сигнал, сформированный формирователем 1 частоты сетевого напряжения и преобразованный синтезатором 2 частот по формуле:

f; zf

где f

I

е

(13)

вычастота импульсов на ходе синтезатора 2j Z - коэффициент пересчета синтезатора, равный разрешающей способности импульсно- го.тахометра 7 f частота импульсов на выход

формирователя 1.

Умножение частоты сети производится для получения соизмеримых значений периодов врахцения ротора и электромагнитного поля асинхронной машины.

Все выражения, полученные для режима измерения разности скорости вращения двух валов истинны и для режима измерения скольжения, с учетом того, что в данном случае Т -- период сигнала, сформированного импульсным тахометром 7. Работа устройства в режиме измерения скольжения аналогична работе в режиме измерения разности скоростей с учетом указанных особенностей. Вы шсление результата производится по формуле;

Nl

ипо%.

(14)

гле S - скольжение злектродвигателя;

I

N - число импульсов эталонного г. генератора 9, зафиксирован

5

10

5

395910

ноё одним из счетчиков программируемого таймера 13 и характеризующее период напряжения, питаюп(его кo fтpoлиpye- мый электродвигатель; число импульсов эталонного генератора 9, зафиксированное одним из счетчиков программируемого таймера 12 и характеризующее период вращения ротора контролируемого электродвигателя. В случае выбора режима измерения относительного изменения скорости вращен11я програ-г-мирование устройств осуществляется таким образом, что счетчик СТО пporpaм 5иpyeмoгo таймера 12 работает как делитель частоты с 2Q коэффициентом деления, равным 1. Счетчики СТ1 и СТ2 таймера 12 прог- раммиру отся на прерывание терминального счета, Таймгр 13 не работает, а на второй и третий входы контрол- 25 пера 14 прерываний программным путем каклальшается маска, блокирующая ре- гистрацгею перподоБ сигнала от ком- мутатора 8, выработанного ямпульс- ньм тахометром 4 или формирователем i частоты сетевого напряжения„

В 5ТОМ случае пропесс измерения состоит из двух этапов - регистрации значений, характеризующих скорость вращен11я вала, и мг темлтичес- кой обработки зг.регистрироБанных 5 значений. Регистрация значений на-ш- нается при формировании центральным процессором 17 команды, разрешающей .прерывания о

Сигнал, выработанный импульсным тахометром 7, проходит через триггер 5 и счетчик СТО програм-мируемого таймера 12 и устанавливает на разрешающем входе Р одного из двух счетчиков (например, СТ2) уровень 1 5 на время, равное периоду импульса выработанного тахометром 7. Счетчик СТ2 регистрирует импульсы генератора 9 эталонной частоты в течение указанного времени. По окончании им- 0 пульса на разрешающем входе Р счетчика СТ2 программируемого таймера 12 установится уровень О и его рабо- ,та будет прекращена, В счетчике будет зафиксировано: 5 „ Тt„...(,5)

30

м - 11„.

- То

;где т длительность периода первого Г Шпульса, сформированного импульсным тахометром 7;

п

Tjj - период импульса генератора 9,

Одновременно с этим на разрешающе входе Р счетчика CTt программируемого таймера 12 будет установлен уровень 1 и счетчик получает возможность работать в течение времени, определяемого периодом второго импульса, сформированного импульсным тахометром 7.

Перепад напряжения из .О в 1 на нулевом входе программируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожид:ания. Следуя этому сигналу и программе обработки прерывания, центральный процессор 17 запишет в первую ячейку блока 18 оперативной памяти показания счетчика СТ2 программируемого таймера 12, увеличит адрес ячейки памяти и, подготовив счетчик к новому циклу, регистрации, вернется в режим, ожидания прерывания.

Третий импульс, сформированный тахометром 7, снова переведет триггер 5 в состояние, противоположное исходному, и на разрешающем входе Р счетчика СТ1 таймера 12 установится уровень О, счетчик зафиксирует значение:

., -(16)

где

Чдлительность периода второго га пульса, сформированно- го тахометром 7.

Одновременно с этим будет установлен уровень 1 на разрешающем входе Р счетчика СТ2 программируемого таймера 12, и счетчик -начнет регистра- цию импульсов. Перепад напряжения из О в Т на пер вом входе програм мируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания .прерывания. Следуя сигналу прерьгоания по первому входу и программе обработки прерывания, центральный процессор 17 запишет зарегистрированное значение во вторую ячейку блока 18 оперативной памя ти. После увеличения адреса ячейки памяти и подготовки счетчика к новому циклу работы центральный процессо

17снова возвращается в режим ожидания.

Процесс регистрации продолжается до тех пор,, пока вся область блока

18оперативной памяти, отведенная по регистрируемые значения не будет за

395912

полнена. По окончении первой части процесса измерения в памяти блока 15 вычисления и управления будет сформирован массив значений N, каждое из которых характеризует мгновенную скорость вращения вала контролируемого электродвигателя,

Относительное изменение скрости вращения определяется по формуле;

10

йп

макс WHH

п

100%

(17)

значение скорости вращения;

-минимальное значение скорости вращения;

-текущее (среднее) значение скорости вращения.

где п „„....- максимальное

1л «чС

мин

Приступая к обработке зарегистрированных значений, центральный процессор 17 дает команду запрещения прерываний, блокируя таким образом сигналы, поступающие на входы прог- раммируемых таймеров 12 и 13 и контроллера 14 прерьшаний, после чего приступает к поиску значений /,

N

МИН

из числа зафиксированных ре0

зультатов измерения. Пересчет значений N, в &п j осуществляется по формуле

in; N;(5

0 5 0

5

N/иин

1

N

макс

-) 100%,

(18)

где N,(j,,p - максимальное значение показаний счетчика из числа зарегистриррванных; N .,ui/ - минимальное значение по/W И Ч

казаний счетчика из числа зарегистрированных; - N - TeKyoiee значение показаний счетчика из числа зарегистрированных. Вычисление значения вьшодится на блок 19 индикации в виде отдельных значений, таблиц или графиков.

В предлагаемом устройстве целесообразно испо.тьзовать в качестве счетных D-триггеры, информационные входы которых соединены с инверсными выходами, а счетными входами являются тактовые входы С. В качестве коммутатора может быть применена логическая схема 2И-1ШИ со схемой управления и фиксации, выполненной, например, на RS-триггере. Функции блока вычисления и управления можно выполнить при использовании микро1316

ЭВМ, построенной на базе микропроцессорного комплекта К 580, например Электроника МС 0401, применив в качестве блока индикации видеотерминал алфавитно-цифровой ВТА-2000- 30. . Формула изобретения

Устройство для измерения разности частот вращения, содержащее два импульсных тахометра, синтезатор частот, генератор эталонной частоты и два триггера, входы которых соединены с выходами импульсных датчиков, блок вычисления, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности и расширения диапазона измерения, в него дополнительно введены формирователь частоты сетевого напряжения, третий триггер, коммутатор, два инвертора, два программируемых таймера, программируемый контроллер прерьшаний, а блок вычисления выполнен в виде центрального процессора, блока оперативной памяти, блока индикации, связанные между собой, причем все три триггера выполнены счетными выход формирователя частоты сетевого напряжения соединен с входом синтезатора частот, выход которого через третий триггер соединен с периым информационным входом .коммутатора, второй информационный вход которого сое0

95914

динен с выходом триггера, а. управляющий вход I соединен с системной шиной блока вычисления и управления, причем выход первого триггера соеди- нен со счетным входом счетчика первого программируемого таймера, выход которого соединен с разрешающим входом первого счетчика того же таймера и нулевым входом программируемого контроллера прерываний, а через первый инвертор - с разрешающим входом второго счетчика того же таймера и первым входом программируемого контроллера прерываний, при этом выход коммутатора соединен со счетным входом нулевого счетчика второго программируемого таймера, выход которого соединен с разрешающим входом первого счетчика того же таймера и вторым входом программируемого контроллера прерываний, а через второй инвертор - с разрешающим входом второго счетчика того же таймера и третьим входом программируемого контроллера прерываний, причем счетные входы первых и вторых счетчиков первого и второго программируемых таймеров соединены с выходом генератора эталонной частоты, а первый и второй программируемые таймеры и программируемый контроллер прерываний соединены с системной шиной Рлока вычисления и управления.

5

0

5

0