Устройство для контроля напряжений Советский патент 1992 года по МПК G05B23/02 G01R31/28 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля параметров с применением ЭВМ.

Известно устройство для сравнения сигналов, содержащее блок управления, генератор линейного напряжения, генератор импульсов, компараторы, ключ, триггер.

Известно также устройство для контроля напряжения, содержащее компаратор, генератор линейного напряжения, два блока сравнения, три триггера, три элемента И, два элемента ИЛИ.

Указанные устройства обладают малым быстродействием, так как при изменении генератор линейного напряжения формирует напряжение в диапазоне от нуля до максимального.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для контроля напряжений, содержащее компаратор, соединенный с первым входом устройства, вторым входом с аналоговым выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, первый и второй элементы совпадания, соединенные первыми входами соответственно с вектором и третьим входами устройства, вторыми входами с цифровыми выходами генератора линейно изменяющегося напряжения, а выходами - соответственно с - входом второго D-триг- гера, и RS-триггер, выход компаратора соединен с D-входами первого и второго D-триггеров, выходы первого и второго элементов совпадения соединены соответственно с S- и R-входами RS-триггера, выход которого соединен с управляющим входом генератора линейно изменяющегося напряVI

iN |СЛ

ч о

жения, прямой выход первого D-триггера соединен с первым выходом устройства и S-входом второго D-триггера, соединенного инверсным выходом с R-входом первого D- триггера и с вторым выходом устройства.

Недостатком известного устройства является малая достоверность измерения из- за малого быстродействия и малой информативности, зависимости достоверности контроля от диапазона допусков, что не позволяет использовать его в автоматизированных системах контроля.

Малое быстродействие обусловлено следующим.

В каждом цикле измерения напряже- ний эталонное напряжение, подаваемое на вход компаратора, изменяется в пределах допустимых значений для измеряемого напряжения. Оно изменяется от нижнего допустимого уровня до верхнего или от верхнего до нижнего.

Значение измеряемого напряжения находится между верхним и нижним уровнями напряжений. Поэтому эталонное напряжение будет изменяться (например, в случае цикла с нарастанием эталонного напряжения оно будет возрастать) и после того компаратором будет зафиксировано равенство эталонного и измеряемого напряжений. Следовательно, факт фиксации равенства напряжений (переключение компаратора в состояние логической Г или логического О) за время изменения напряжения от одного предельного напряжения до другого происходит один раз в течение времени, соответствующего одному состоянию счетчика импульсов генератора линейно изменяющегося напряжения.

Во время предшествующее факту фиксации равенства контролируемого и эталон- ного напряжений и время после фиксации факта их равенства, предшествующее записи результатов измерения (состояние компаратора), выходные триггеры, контролирующие узлы устройства, не изменяют сво- его состояния.

В это время контроль напряжения не производится.

В то же время состояние компаратора фиксируется (записывается в триггеры) при значениях счетчика импульсов генератора линейно изменяющегося напряжения, соответствующих заданным предельным напряжениям.

Чем шире диапазон допусков измеряв- мого напряжения, тем ниже быстродействие устройства.

Кроме того, устройство не обеспечивает выдачу величины измеренного напряжения,

что не позволяет вести диагностику и управление параметрами с помощью ЭВМ.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и достоверности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее компаратор, генератор линейно изменяющегося напряжения, включающий последовательно соединенные формирователь импульсов, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, D-триггеры нижнего и верхнего пределов, в котором информационный вход устройства соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя генератора линейно изменяющегося напряжения, выход реверсивного счетчика которого соединен с первыми входами схем сравнения нижнего и верхнего пределов, вход задания кода нижнего предела устройства подключен к второму входу схемы сравнения нижнего предела, выход которой соединен с информационным входом D-триггера нижнего предела, выход которого является выходом сигнала Меньше устройства, вход задания кода верхнего предела устройства подключен к второму входу схемы сравнения верхнего предела, выход которой соединен с информационным входом D-триггера верхнего предела, выход которого является выходом сигнала Больше устройства, введены первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, элемент НЕ, элемент задержки, триггер перегрузки, триггер реверса, триггер разрешения чтения и регистр хранения кода напряжения, а выход компаратора соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу триггера реверса, выход которого подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, выход формирователя импульсов которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И и входом элемента НЕ, выход которого подключен к входу элемента задержки, выход которого соединен с входами управления записью триггера реверса, триггера перегрузки, D-триггеров верхнего и нижнего пределов и регистра хранения кода напряжения, информационный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход является выходом кода напряжения устройства, выход сигнала перегрузки которого соединен с выходом триггера перегрузки и вторым входом первого элемента И, выход

которого является выходом сигнала разрешения чтения устройства, выход компаратора подключен к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с входом установки в единицу триггера разрешения чтения, выход которого подключен к третьему входу первого элемента И, выход сигнала переполнения реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в единицу триггера переполнения, вход установки в О которого подключен к выходу сигнала заема ревер- сивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход триггера переполнения соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и информационным входом триггера перегрузки, вход начала работы устройства подключен к входам установки в О реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, триггера реверса, триггера перегрузки, D-триггеров верхнего и нижнего пределов, триггера разрешения чтения и вторым входом второго элемента ИЛИ.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для контроля напряжения.

Устройство содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 2, схемы 3 и 4 сравнения верхнего и нижнего предела, D-триггеры 5 и 6 верхнего предела, нижнего предела, триггер 7 перегрузки, триггер 8 реверса, триггер 9 переполнения, триггер 10 разрешения чтения, элемент 11 задержки, первый и второй элементы И 12 и 13, первый и второй элементы ИЛИ 14 и 15,17 сигнала Больше, выход 16 сигнала Меньше, выход элемент НЕ 18, регистр 19 хранения кода напряжения.

Генератор линейно изменяющегося напряжения содержит формирователь 20 импульсов, реверсивный счетчик 21, цифроаналоговый преобразователь 22 (ЦАП).

Устройство имеет информационный вход 23, вход 24 начала работы, вход 25 задания кода верхнего предела, вход 26 задания кода нижнего предела, выход 27 сигнала разрешения чтения, выход 28 сигнала перегрузки, выход 29 кода напряжения.

В устройстве информационный вход 23 соединен с первым входом компаратора 2, второй вход которого подключен к выходу ЦАП 22 генератора 1 линейно изменяющегося напряжения, выход реверсивного счетчика 21 которого соединен с первыми входами схем 3 и 4 сравнения верхнего и

нижнего пределов, вход 26 задания кода нижнего предела устройства подключен к второму входу схемы 4 сравнения нижнего предела, выход которой соединен с информационным входом Р-триггера 6 нижнего предела, выход которого является выходом 16 сигнала Меньше устройства, вход 25 задания кода верхнего предела устройства подключен к второму входу схемы 3 сравне0 ния верхнего предела, выход которой соединен с информационным входом 6-триггера 5 верхнего предела, выход которого является выходом 17 сигнала Больше устройства, выход компаратора 2 соединен с первым

5 входом первого элемента ИЛИ 14, выход которого подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика 21 генератора 1 линейно изменяющегося напряжения, выход формирователя 20 импульсов которого

0 соединен с первыми входами первого и второго элементов И 12 и 13 и входом элемента НЕ 18, выход которого подключен к входу элемента 11 задержки, выход которого соединен с входами управления записью триг5 гера 8 реверса, триггера 7 перегрузки, D-триггеров 5 и 6 верхнего и нижнего пределов и регистра 19 хранения кода напряжения, информационный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика

0 21 генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход является выходом 29 кода напряжения устройства, выход 28 сигнала перегрузки которого соединен с выходом триггера 7 перегрузки и вторым вхо5 дом первого элемента И 12, выход которого является выходом 27 сигнала разрешения чтения устройства, выход компаратора 2 подключен к второму входу второго элемента И 13, выход которого соединен с входом

0 установки в единицу триггера 10 разрешения чтения, выход которого подключен к третьему входу первого элемента И 12, выход сигнала переполнения реверсивного счетчика 21 генератора 1 линейно изменяю5 щегося напряжения соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с входом установки в единицу триггера 9 переполнения, вход установки в нуль которого подключен к выходу

0 сигнала заема реверсивного счетчика генератора 1 линейно изменяющегося напряжения, а выход триггера 9 переполнения соединен с вторым входом Первого элемента ИЛИ 14 и информационным входом триг5 гера 7 перегрузки, вход 24 начала работы устройства подключен к входам установки реверсивного счетчика 21 генератора 1 линейно изменяющегося напряжения, триггера 8 реверса, триггера 7 перегрузки, D-тригге- ра 5 и 6 верхнего и нижнего пределов, триггера 10 разрешения чтения и вторым входом второго элемента ИЛИ.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройства сиг- нал на входе 24 начала работы устанавливает в исходное состояние триггер 10 разрешения чтения, О-триггеры 5 и б, триггеры 7 и 8, реверсивный счетчик 21 генератора линейно изменяющегося напряжения через входы сброса и триггер 9 переполнения, проходя через второй элемент ИЛИ 15.

На входе реверса реверсивного счетчика 21 импульсов сигнал реверса отсутствует.

Импульсы, поступающие на реверсив- ный счетчик 21 импульсов с выхода формирователя 20 импульсов, не изменяют его состояния.

В исходном состоянии на выходах 28, 17, 16 и 27 перегрузки, сигнала Больше, сигнал Меньше, разрешения чтения данных имеется состояние логического О. На выходе 29 кода напряжений произвольная информация.

Информационный вход 23 обеспечивает подачу на устройство измеряемого напряжения.

Сигнал логической 1 на входе 28 сигнала перегрузки появляется при выходе измеряемого напряжения за пределы измерения устройства.

Сигнал логической 1 на выходе 17 сигнала Больше и выходе 16 Меньше появляется при выходе измеряемого напряжения за пределы допустимого диапазона напряжений, заданного кодами на входе устройства при превышении или занижении измеряемого напряжения соответственно.

Импульсы синхронизации на выходе 27 разрешения чтения данных подтверждают достоверность информации на выходах устройства и обеспечивают считывание информации с устройства в ЭВМ, исключающее считывание ложной информации при смене ее на выходах устройства.

Перед началом измерения на входах 25 и 26 верхнего и нижнего пределов устанавливаются коды, соответствующие верхнему и нижнему пределам измеряемого напряжения, при выходе его за которые устройство должно выдать сообщение (сигнал уровня логической 1) на выходе 17 сигнала Больше или выходе 16 Меньше. На информационный вход 23 подается контролируемое напряжение. Работа устройства начинается снятием сигнала установки устройства в исходное состояние с входа 24 начала работы.

Реверсивный счетчик 21 импульсов начинает считать импульсы, поступающие на его вход с формирователя 20 импульсов. Код на

выходе реверсивного счетчика 21 импульсов последовательно увеличивается (прямой счет).

Цифровой код реверсивного счетчика 21 импульсоэ управляет разрядами ЦАП 22, вследствие его на его выходе формируется напряжение, ступенчато увеличивающееся по амплитуде.

Это напряжение подается в качестве эталонного на вход компаратора 2. На второй вход компаратора 2 поступает контролируемое напряжение с информационного входа 23. На входе компаратора 2 сигнал изменяет свой логический уровень в момент прохождения равенства напряжений.

Значение цифрового кода в момент равенства напряжений соответствует измеряемому напряжению их и определяется формулой.

«.-$

NX

где и„- величина опорного напряжения ЦАП 22;

п - количество разрядов реверсивного счетчика 20 импульсов;

2 - емкость реверсивного счетчика 21 импульсов;

NX - код счетчика, соответствующий количеству поступающих к моменту равенства напряжений импульсов на его вход.

При прохождении через равенство напряжений, когда эталонное напряжение становится больше измеряемого, на выходе компаратора устанавливается уровень логической Г.

По окончанию очередного счетного импульса на выходе формирователя 20 импуль- сов на выходе элемента НЕ 18 появляется сигнал, по которому элемент 11 задержки формирует импульс, задержанный относительно счетного импульса.

По переднему фронту этого сигнала, по- ступающему на С-вход триггера 8 реверса, производится запись текущего состояния и сигнала с выхода компаратора 2 в триггер 8 реверса через первый элемент ИЛИ 17.

В случае нарастаний эталонного напря- жения, пока не наступило равенство напряжений в триггер реверса будет записываться (или подтверждаться) сигнал логического О и реверсивный счетчик 21 импульсов будет увеличивать свой код, продолжая прямой счет и соответственно будет увеличиваться эталонное напряжение.

По появлении на выходе компаратора 2 уровня логической Т в триггер 8 реверса будет записана логическая 1, т.е. на выходе триггера реверса появится сигнал реверса. Этот сигнал поступает на вход реверсивного счетчика 20 импульсов, который переходит в режим обратного счета. По следующему счетному импульсу код на выходе реверсивного счетчика 21 импульсов уменьшится на единицу. Соответственно уменьшится эталонное напряжение.

Если за это время измеряемое напряжение не изменилось, то произойдет переход через равенство напряжений от превышения эталонного напряжения над измеряемым к превышению измеряемого напряжения над эталонным. На выходе компаратора устанавливается состояние логи- ческого О и команда реверса с выхода триггера 8 реверса снимается. Реверсивный счетчик 21 импульсов снова переходит в режим прямого счета и продолжается процесс, аналогичный описанному.

Таким образом в случае, если измеряемое напряжение не изменяет своей величины, то эталоннное напряжение, после начала измерения достигнув величины равной величине измеряемого напряжения, по следующему счетному импульсу станет меньше измеряемого на одну ступень эталонного напряжения, затем по следующему счетному импульсу снова станет равным измеряемому, затем снова уменьшится на од- ну ступень и т.д. Следовательно, процесс измерения длится всего два периода счетных импульсов.

Если измеряемое напряжение во время нахождения реверсивного счетчика 21 им- пульсов в режиме реверса увеличилось, то, перейдя в режим прямого счета, реверсивный счетчик 21 импульсов должен будет отсчитать не один импульс, а количество импульсов, соответствующее превышению напряжения над предыдущим измеренным значением напряжения.

Если измеряемое напряжение уменьшится при переходе реверсивного счетчика 21 в режим реверса, то с уменьшением кода реверсивного счетчика 21 импульсов равенство напряжений наступит не сразу. Пока эталонное напряжение превышает измеряемое, на выходе компаратора сохраняется состояние логической Г и по импульсу на С-входе триггера 8 реверса сигнал реверса подтверждается. Реверсивный счетчик 21 импульсов будет вычитать количество импульсов, соответствующее значению вели- чины уменьшения измеряемого напряжения до тех пор, пока снова не перейдет через равенство напряжений и реверсивный счетчик 21 импульсов не перейдет на прямой счет.

Следовательно, реверсивный счетчик 21 импульсов отслеживает все время значение величины контролируемого напряжения.

Если величина контролируемого напряжения превышает допустимую для устройства (определяется количеством разрядов счетчика), то в режиме прямого хода реверсивный счетчик 21 импульсов заполнится полностью, а на выходе компаратора 2 не появится уровень логической Г и, соответственно, не появится сигнал реверс. Следующий импульс, поступающий на вход счетчика, вызовет его переполнение. Значение кода в счетчике будет равно нулю, а импульс с выхода переполнения реверсивного счетчика 21 импульсов установит в состояние логической 1. триггер 9 переполнения. Сигнал с его выхода, пройдя через первый элемент ИЛИ 14, запишется в триггер 8 реверса и сформирует сигнал реверса.

По следующему счетному импульсу на выходе реверсивного счетчика 21 импульсов сформируется сигнал заема и реверсивный счетчик 21 импульса заполнится на полную емкость, т.е. восстановится предыдущее состояние.

Сигналом заема триггер 9 переполнения установится в исходное состояние и в триггер 8 реверса запишется логический О. Сигнал реверса снимается. До тех пор, пока величина измеряемого напряжения будет сохранять свое значение, предыдущий процесс будет повторяться.

Если при очередной установке реверсивного счетчика 21 импульсов на максимальный код входное напряжение окажется равным или меньшим, чем эталонное напряжение, то на выходе компаратора 2 появится сигнал логической 1, сформируется сигнал реверса и код в реверсивном счетчике 21 импульсов будет уменьшаться, и продолжится работа по измерению напряжения.

Информация на выходные шины устройства формируется следующим образом.

После начала работы по первому появлению равенства эталонного и измеряемого напряжений сигналом с второго элемента И 13 устанавливается в состояние логической 1 триггер 10 разрешения чтения, который при отсутствии сигнала перегрузки разрешает прохождение счетных импульсов на выходную шину 27 разрешения чтения данных.

Код реверсивного счетчика 21 импульсов в паузе между счетными импульсами записывается в регистр 19 хранения кода напряжения и выдается на выход 29 кода

напряжения. Код реверсивного счетчика импульсов поступает на схему 3 сравнения верхнего предела и схему А сравнения нижнего предела, на которые поступают коды соответственно верхнего и нижнего допустимого уровня напряжений и соответствующих входных шин.

На выходе схемы 3 сравнения верхнего предела появится сигнал логической 1, если код реверсивного счетчика 21 импульсов превысит верхнее допустимое значение.

На выходе схемы 4 сравнения нижнего предела будет находиться сигнал логической Г, если код реверсивного счетчика 21 импульсов будет меньше кода нижнего допустимого значения напряжения.

Сигналы на выходах схем 3 и 4 сравнения могут изменить состояние во время прохождения счетного импульса.

В паузе между счетными импульсами они переписываются в триггеры 5 и 6 верхнего и нижнего предела, связанные соответственно с выходом 17 сигнала Больше и выходом 16 сигнала Меньше.

Сигнал с выхода триггера 9 переполнения переписывается в триггер 7 перегрузки в паузе между счетными импульсами.

Выходной сигнал триггера 7 перегрузки запрещает выдачу сигнала разрешения чтения данных и выдается на выход 28 перегрузки.

Время изменения после первого измерения определяется формулой

tK 2T0+To

N2-Mi No

где tk - время одного изменения;

То - период счетных импульсов;

No - величина ситуации напряжения;

N2 - величина напряжения предыдущего измерения;

NI - величина напряжения текущего измерения.

Если величина измеряемого напряжения за время между двумя измерениями не изменится, то время измерения будет равно двум периодам.

По сравнению с известным устройством максимальное быстродействие предлагаемого устройства выше в 200-300 раз при более высокой достоверности и помехозащищенности за счет исключения влияния переходных процессов реверсивного счетчика 21 импульсов.

Формула изобретения

Устройство для контроля напряжений, содержащее компаратор, генератор линейно изменяющегося напряжения, включающий последовательно соединенные

формирователь импульсов, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, D-триггеры нижнего и верхнего пределов, информационный вход устройства

соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя генератора линейно изменяющегося напряжения, выход реверсивного счетчика которого

0 соединен с первыми входами схем сравнения верхнего и нижнего пределов, вход задания кода нижнего предела устройства подключен к второму входу схемы сравнения нижнего предела, выход которой соеди5 нен с информационным входом Ь-триггера нижнего предела, выход которого является выходом сигнала Меньше устройства, вход задания кода верхнего предела устройства подключен к второму входу схемы срав0 нения верхнего предела, выход которой соединен с информационным входом 0- триггера верхнего предела, выход которого является выходом сигнала Больше устройства, отличающееся тем, что, с целью

5 повышения быстродействия и достоверности контроля, в него введены первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, элемент НЕ, элемент задержки, триггер перегрузки, триггер реверса, триг0 гер разрешения чтения и регистр хранения кода напряжения, выход компаратора соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу триггера реверса, выход ко5 торого подключен к входу управления реверсом реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, выход формирователя импульсов которого соединен с первыми входами первого и вто0 рого элементов И и входом элемента НЕ, выход которого подключен к входу элемента задержки, выход которого соединен с входами управления записью триггера реверса, триггера перегрузки, D-триггеров

5 верхнего и нижнего пределов и регистра хранения кода напряжения, информационный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход явля0 ется выходом кода напряжения устройства, выход сигнала перегрузки которого соединен с выходом триггера перегрузки и вторым входом первого элемента И, выход которого является выходом сигнала разре5 шения чтения устройства, выход компаратора подключен к второму входу второго элемента И, выход которого соединен с входом установки в 1 триггера разрешения чтения, выход которого подключен к третьему входу первого элемента И, выход сигнала

переполнения реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом установки в Г триггера переполнения, вход установки в О которого подключен к выходу сигнала заема реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, а выход триггера переполнения соединен с вто0

рым входом первого элемента ИЛ И и информационным входом триггера перегрузки, вход начала работы устройства подключен к входам установки в О реверсивного счетчика генератора линейно изменяющегося напряжения, триггера реверса, триггеров перегрузки, D-триггеров верхнего и нижнего пределов, триггера разрешения чтения и вторым входам второго элемента ИЛИ.

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля параметров с использованием ЭВМ. Цель изобретения - повышение быстродействия и достоверности контроля. Устройство содержит компаратор, генератор линейно-изменяющегося напряжения, D- триггеры и схемы сравнения нижнего и верхнего пределов, первый и второй элементы ИЛИ, первый и второй элементы И, элемент НЕ, элемент задержки, триггер перегрузки, триггер реверса, триггер разрешения чтения и регистр хранения кода напряжения. Цель изобретения достигается исключением времени измерительных операций после достижения равенства контролируемого и эталонного напряжений. 1 ил. « Ё

вх-напр