Устройство для контроля времени срабатывания электромагнитного механизма Советский патент 1991 года по МПК H01H49/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения времени срабатывания электромагнитного привода, работающего в импульсном режиме с насыщением магнитопровода и не имеющего собственных контактов.

Известно устройство для контроля времени срабатывания электромагнитного механизма, содержащее включенный в цепь питания электромагнитного механизма (ЭММ) дифференцирующий трансформатор, устройство отсчета, дифференцирующую цепь, схему антисовпадения связан через дифференцирующую цепь с вторичной обмоткой дифференцирующего трансформатора, к которой подключен сигнальный вход ждущего мультивибратора, выход которого подключен к второму входу схемы антисовпадения, а выход последней связан с устройством отсчета.

Недостатком такого устройства является ограниченная помехозащищенность и, как следствие, недостаточная точность измерения интервала времени срабатывания.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля времени срабатывания электромагнитного механизма, содержащее измеритель, первый и второй транзисторы, эмиттеры которых объединены с одним из полюсов источника питания, а базы подключены к выходам источников парафазных сигналов, при этом коллектор первого транзистора через первую обмотку управления соединен с другим полюсом источника питания, который через последовательно включенные вторую обмотку управления и резистивный датчик формы тока объединен с коллектором второго транзистора и первыми входами сумматора, индикатора, а также через переключатель с первым входом первого и выходом второго генераторов импульсов, при

сл

с

ON Ю СЛ

N

этом выход второго генератора импульсов соединен через регулируемый резистор с другим полюсом источника питания и соответствующими входами измерителя и сумматора, выходом подключенного к третьему входу индикатора, второй вход которого подключен к точке соединения резистивно- го датчика формы тока и второй обмотки управпения ЭММ.

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения, т.е. момент срабатывания ЭММ определяется оператором визуально, на основе показаний индикатора. При этом точность измерения определяет разрешающей способностью индикатора, а также субъективным фактором, вносимым оператором, участвующим в процессе измерения.

Цель изобретения - повышение точности помехозащищенности и упрощение кон- троля времени срабатывания ЭММ.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство для контроля времени срабатывания ЭММ, содержащее резистив- ный датчик формы тока, измеритель, пер- вый и второй транзисторы, эмиттеры которых объединены с шиной одного из полюсов источника питания, базы подключены к выходам источников парафазных сигналов, коллектор первого транзистора подключен к шине другого полюса источника питания через обмотку управления, а коллектор второго транзистора подключен к той же шине через последовательно соединенные резистивный датчик формы тока и вторую обмотку управления ЭММ, введены дифференциальный усилитель, первая и вторая схема сравнения, аналоговая и цифровая схемы задержек триггер, при этом входы дифференциального усилителя под- ключены параллельно упомянутому датчику формы тока, выход- к первым входам обеих схем сравнения и аналоговой схемы задержки, выходом подсоединенной ко второму входу второй схемы сравнения, выход кото- рой через цифровую схему задержки соединен с тактовым входом триггера, выходом подключенного к измерителю, а установочным R-входом - к выходу первой схемы сравнения, второй вход которой объединен с общей шиной устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема предложенного устройства; на фиг.2 и 3 - возможные варианты выполнения цифровой и аналоговой схем задержек; на фиг.4 - диаграммы работы устройства.

Устройство для контроля времени срабатывания ЭММ состоит из первого 1 и второго 2 коммутирующих транзисторов, выводы 3 для подключения первой обмотки

управления ЭММ, вывода 4 для Подключения второй обмотки управления ЭММ, резистивного датчика 5 формы тока, дифференциального усилителя 6, первой 7 и второй 9 схем сравнения, аналоговой 8 и цифровой 10 схем задержек, триггера 11 и измерителя 12 длительности временных интервалов.

При этом первая обмотка управления ЭММ подключена к шине питания и коллектору первого 1 транзистора, вторая обмотка управления - к упомянутой шине питания и через датчик формы тока 5 соединена с коллектором второго транзистора 2. Базы транзисторов 1 и 2 подключены к источникам управляющих сигналов. Выходы датчика 5 формы тока подключены к входам дифференциального усилителя 6. Выход дифференциального усилителя 6 подключен через первую схему 7 сравнения к R-входу триггера 11. Тактовый вход триггера 11 соединен через последовательно аналоговую схему 8 задержки, вторую схему 9 сравнения и цифровую схему задержки 10с выходом усилителя 6. Выход триггера 11 подключен к входу измерителя 12 временных интервалов.

Дифференциальный усилитель 6 может быть выполнен, например, по известной схеме. Схемы 7 и 10 сравнения могут быть выполнены на серийных микросхемах типа 521 САЗ.

Аналоговая схема 8 задержки может быть выполнена, например, по схеме, представленной на фиг.З, где DD1 - микросхема 564 КТЗ, DD2 - микросхема 564 ЛН2.

Цифровая схема задержки может быть выполнена, например, по схеме, представленной на фиг.2, где DD1 - микросхема 564 ЛН2, триггер 11-564 ТМ2. Резистивный датчик 5 формы тока может быть реализован на резисторе С5-14В-1ВТ-2 Ом ±2%.

Измеритель 12 - частотомер типа 43-33, работающий в режиме измерения длительности.

Устройство работает следующим образом.

После подачи на базы транзисторов 1 и 2 сигналов в виде последовательности пара- фазных импульсов (фиг.4а) через обмотку (например, вторую) ЭММ начинает протекать ток, преобразуемый в дальнейшем с помощью резистивного датчика 5 формы тока и дифференциального усилителя 6 в напряжение, пропорциональное по величине току (фиг.4б). Как видно из диаграммы, на переднем фронте импульса напряжения, пропорционального току катушки, имеется характерный участок (точка 3), обусловленный режимом работы привода с насыщением магнитопровода и соответствующий по

времени моменту окончания движения якоря, который и подлежит контролю. При появлении тока в обмотке ЭММ на выходе схемы 7 сравнения формируется сигнал, разрешающий работу счетного триггера 11 по входу Сброс (фиг,4в). На схеме 9 сравнения происходит сравнение сигнала с датчика формы тока и сигнала с того же датчика, но задержанного аналоговой схемой 8 задержки. В этот момент происходит определение знака приращения функции кривой формы тока. Когда величина сигнала на втором ее входе (участок 1-2 и 3-4 фиг.4б), на выходе указанной схемы происходит формирование двух положительных импульсов (фиг.4г). Передний фронт первого импульса соответствует моменту времени появления тока в обмотке ЭММ (момент начала движения якоря ЭММ). Передний фронт второго импульса соответствует мо- менту останова якоря ЭММ. Передним фронтом первого импульса со схемы сравнения 9, прошедшим через цифровую схему задержки 10, триггер 11 устанавливается в единичное состояние, передним фронтом второго импульса он возвращается в исходное состояние (фиг.4д), завершая процесс формирования временного интервала, длительность которого соответствует времени срабатывания ЭММ. Цифровая схема задер- жки необходима для исключения неопределенного состояния триггера при одновременном поступлении сигнала на оба входа триггера. Длительность временного интервала, сформированного тригге- ром 11., измеряется с помощью измерителя 12 длительности временных интервалов.

После снятия управляющего сигнала схема 7 сравнения возвращается в исходное состояние и запрещает работу триггера 11. После подачи очередного управляющего импульса процесс повторится.

В данном случае точность определения времени срабатывания ЭММ определяется временем задержки сигнала с датчика фор- мы тока, которое выбирается на несколько порядков меньше времени срабатывания ЭММ и на величину которого слабо влияют дестабилизирующие факторы.

Точность измерения времени срабаты- вания прототипа определяется разрешающей способностью электронно-лучевой трубки индикатора. Так, в случае использования осциллографа С1-64 погрешность измерения не может быть менее ± 5%. Составляющая ошибки измерения, вносимая в процесс измерения оператором, носит случайный характер и не может быть меньше ±5%.

Для оценки точности измерения, обеспечиваемой предложенным устройством введем следующие обозначения- LB -- индуктивность обмотки ЭММ с якорем, втянутым вовнутрь обмотки; R - активное сопротивление обмотки ЭММ; Ли - пороговое напряжение срабатывания схемы сравнения; макс - установившийся ток обмотки ЭММ.

Точка 3 (фиг.4б) отражает факт прекращения движения якоря ЭММ, после чего ток в обмотке начинает возрастать по экспоненте.

I Омакс - Icp) в

JL гн

где г U/RH.

При условии t - О для точки 3 кривой тока (фиг.4) можно считать, что участок экспоненты близок к линейному, для которого справедливо соотношение

I Омакс - Icp) - . Т-н

Под действием указанного тока на рези- стивном датчике формы тока формируется напряжение U РД, которое после усиления преобразуется в напряжение

U 1 Рд к. Таким образом, U Омакс - Icp) RA К х

«Ј

Из приведенного выражения можно найти необходимое время задержки для аналоговой схемы задержки, так как ее величина, как указывалось выше, определяет точность работы устройства.

Порог срабатывания A U сравнивающего устройства может быть определен из соотношения

R

AU Омакс- Icp) Рд -K-Tj t,

откуда

«

AULB

( маке cpj К R

Для конкретного случая, когда , U 20 МГ, R 20 Ом, Рд 1 Ом, К 10,1Макс - 1А, 1Ср 0.5А, получим t с.

Так как время срабатывания такого ЭММ не менее 3 мс (измеренное практически), то точность измерения, обеспечиваемая устройством, равна 0,033%.

Таким образом, предложенное устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерения времени срабатывания не менее чем на два порядка за счет того, что момент времени срабатывания ЭММ определяется путем сравнения величины тока ЭММ в данный момент времени с величиной тока в предыдущий момент времени, при этом упрощается процесс измерения.

Формула изобретения Устройство для контроля времени срабатывания электромагнитного механизма (ЭММ), содержащее датчик тока, измеритель, выводы для подключения управляющих обмоток ЭММ, первый и второй транзисторы, эмиттеры которых соединены с общей шиной устройства, базы соединены с выводами для подключения источников парафазных сигналов, коллектор первого транзистора соединен с выводом для подключения первой управляющей обмотки ЭММ, а коллектор.второго транзистора через датчик тока соединен с выводом для подключения второй управляющей обмотки ЭММ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, помехозащищенности и упрощения контроля времени срабатывания ЭММ, в него введены первая и вторая схемы сравнения, дифференциальный усилитель, аналоговая схема задержки, цифровая схема задержки, триггер, а в качестве датчика тока использован резистивный датчик тока, параллельно которому подключен указанный дифференциальный усилитель, выход которого соединен с первым входом первой схемы сравнения, входом

аналоговой схемы задержки и первым входом второй схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом аналоговой схемы задержки, второй вход первой схемы сравнения соединен с общей шиной устройства, при этом выход первой схемы сравнения соединен с установочным R-входом триггера, а выход второй схемы сравнения через цифровую схему задержки соединен с тактовым входом указанного триггера, прямой выход которого подключен к входу измерителя.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения времени срабатывания электромагнитного привода, работающего в импульсном режиме с насыщением магнитопровода и не имеющего собственных контактов. Цель изобретения - повышение точности, помехозащищенности и упрощения контроля времени срабатывания электромагнитного механизма. Устройство содержит измеритель, первый и второй транзисторы, датчик тока, первую и вторую схемы сравнения, дифференциальный усилитель, аналоговую и цифровую линии задержек и триггер. Новым в предложенном устройстве является наличие первой и второй схем сравнения, дифференциального усилителя, аналоговый и цифровой линий задержек и триггера. 4 ил.

Фиг. 1

«РИГ. J

Фиг. Ч