Устройство для измерения функциональной погрешности потенциометров Советский патент 1992 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля погрешности функциональной зависимости прецизионных Потенциометров

Цель изобретения - повышение достоверности измерений и производительности труда за счет автоматизации измерений.

На фиг 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - зависимости образцовых и исследуемых функций, поясняющие работу ус- тройства; на фиг 3 - схема блока управления; на фиг 4 - граф, описывающий последовательность работы блока управления; на фиг 5 - временные диаграммы работы устройства; на фиг 6 - схема блока анализа.

Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 эталонной ЭДС, источник 2 отрицательной ЭДС, источник 3 дополняющей ЭДС, общую шину 4, зажим 5 для подключения первого постоянного вывода исследуемого потенциометра, шину 6 пуска, зажимы 7, 8 для подключения второго постоянного и переменного вывода исследуемого потенциометра, детектор 9 отрицательного сигнала, измеритель 10 дифференциального напряжения, компаратор 11, блок 12 управления, шаговый привод 13, первый элемент И 14, суммирующий счетчик 15, преобразователь 16 код-напряжение, сумматор 17, источник 18 опорного напряжения, управляемый аттенюатор 19, второй 20 и третий 21 элементы И, реверсивный счетчик 22, генератор 23 импульсов, делитель частоты 24, детектор нуля 25, блок 26 оценки абсолютной величины сигнала, типовой детектор 27, блок 28 анализа, шину 29 установки На фиг. 1 показан также исследуемый потенциометр 30

Блок 12 управления содержит шифратор 31, синхронный регистр 32 и дешифратор 33

Блок 28 анализа содержит задатчик 34

максимальных допустимых отклонений, компаратор 35, элемент ИЛИ 36, элемент И 37, индикатор 38 брака, элемент И 39 индикатор 40 нормы. Общая точка источников 1 и 2 соединена с общей шиной 4 устройства.

Минусовой вывод источника 2 отрицательной ЭДС соединен с зажимом 5 для подключения первого постоянного вывода исследуемого потенциометра 30, зажим 7 для подключения второго постоянного вывода которого соединен с плюсовым выводом источника 3 дополняющей ЭДС

Зажим 8 для подключения переменного вывода исследуемого потенциометра 30 соединен со входом детектора 9 отрицательного сигнала, с одним из входов измерителя 10 дифференциального напряжения и с одним из входов компаратора 11, другой вход которого подключен к общей точке источников 1 и 3, а выход соединен с первым входом

блока 12 управления Подвижной элемент исследуемого потенциометра 30 связан с шаговым приводом 13.

Первый выход блока 12 управления через первый элемент И 14 связан с инкрементирующим входом суммирущего счетчика 15, выход которого через преобразователь 16 код-напряжение связан с одним из входов сумматора 17, к другому входу которого подключен источник 18 опорного напряжения. Выход сумматора 17 через управляемый аттенюатор 19 связан со вторым входом измерителя 10 дифференциального напряжения

Второй и третий выходы блока управления 12 через соответственно второй и третий элементы И 20 и 21 связаны

соответственно с инкрементными и декре- ментными входами шагового привода 13 и реверсивного счетчика 22, выход которогб соединен с управляющим входом управляв- мого аттенюатора 19. Выход детектора 9 отрицательного сигнала подключен к бхо- дам сброса суммирующего счетчика 15 и реверсивного счетчика 22, а также ко второму входу блока управления 12.

Выход генератора 23 импульсов соеди- нен с третьим входом блока управления 12, со вторым входом элемента И 14, а также через делитель частоты 24 связан со вторыми входами элементов И 20 и 21.

Выход измерителя 10 дифференциаль- ного напряжения через детектор нуля 25 связан с четвертым входом блока управления 12, а через блок 26 оценки абсолютной величины сигнала - с сигнальным входом пикового детектора 27, вход сброса которо- го подключен к четвертому выходу блока управления 12, а выход соединен с информационным входом блока анализа 28, вход разрешения которого соединен с пятым выходом блока управления 12. Пятый вход бло- ка управления соединен с шиной 29 установки начального состояния, а шестой вход - с шиной б пуска.

Устройство работает следующим образом.

Вначале блок управления 12 находится в исходном нулевом состоянии (фиг. 4. 5). При этом не вырабатывается никаких выходных сигналов. Поэтому элементы И 20, 21, 14, 37, 39 (фиг. 1, 6) заперты. Шаговый привод 13 неподвижен, индикаторы 40 и 38 не светятся.

Исследуемый потенциометр 30 устанавливают в приспособление (не показано) и обеспечивают безлюфтовую связь его по- движного элемента (не показан) с шаговым приводом 13. Первый и второй постоянные выводы потенциометра подключают к зажимам 5 и 7, а переменный вывод - к зажиму 8. При этом не требуется приводить подвиж- ной элемент потенциометра в какое-либо определенное положение.

При поступлении в момент времени Т1 по шине 6 пускового импульса блок управления 12 переходит в первое состояние и остается в этом состоянии до окончания пускового импульса (фиг. 4, 5). При этом не вырабатывается ни один выходной импульс, поэтому в устройстве ничего не меняется.

По окончании в момент времени Т2 пускового импульса блок управления 12 пере- ходиг во второе состояние (фиг. 4. 5). При этом на выходе 12.3 появляется сигнал разрешения движения подвижного элемента исследуемого потенциометра вниз. Этот

5

ю

15 20 25

30

35

дп е

/

5

сигнал разрешает прохождение тактовых импульсов с генератора 23 через делитель частоты 24 и элемент И 21 на декрементный вход шагового привода 13, который начинает движение подвижного элемента исследуемого потенциометра вниз. При этом напряжение на переменном зажиме 8 уменьшается. Когда это напряжение уменьшается до нуля (момент времени ТЗ на фиг. 5), детектор отрицательного сигнала 9 вырабатывает сигнал логической единицы, который устанавливает нулевое состояние реверсивного счетчика 22 и суммирующего счетчика 15, а также переводит в третье состояние блок управления 12.

В этом состоянии сигнал на выходе 12.3 пропадает, поэтому движение вниз прекращается. В этом же состоянии на выходе 12.2 появляется сигнал разрешения движения вверх. По этому сигналу тактовые импульсы проходят через элемент И 20 на инкремент- ные входы реверсивного счетчика 22 и шагового привода 13. При этом сигнал сброса запрещает инкрементацию реверсивного счетчика 22. Шаговый же привод 13 начинает движение вверх. Это ведет к увеличению напряжения на зажиме 8 переменного вывода исследуемого потенциометра. Когда напряжение из отрицательного Становится нулевым (момент времени Т4 на фиг. 5), детектор 9 отрицательного сигнала прекращает сброс счетчиков 22 и 14. Однако последний сохраняет нулевое состояние поскольку элемент И 14 закрыт. Состояние блока управления 12 также при этом не изменяется.

В этот момент времени Т4 происходит автоматическое совмещение начальных точек исследуемой и эталонной функций. Это обеспечивается благодаря смещению и совмещению систем отсчета. Действительно, первый постоянный зажим 5 исследуемого потенциометра находится под потенциалом - 0,01 Е. обеспечиваемым источником 2 отрицательной ЭДС. Подвижный элемент исследуемого потенциометра находится в начальной точке эффективного диапазона регулирования (т.к. смещен до значения функции, равного +0.01 Е относительно первого неподвижного вывода). Значение исследуемой функции (выход 8) равно нулю, как отмечалось выше. Значение образцовой (или эталонной) функции также равно нулю, так как при нулевом значении аргумента, измеряемого реверсивным счетчиком 22, коэффициент передачи управляемого аттенюатора 19 равен нулю, а значит равен нулю и его выходной потенциал. На графике фиг. 2 показано, что при нулевом значении аргумента значения исследуемой и эталонной

функций равны нулю при любой крутизне этих функций, обусловленной величиной эффективного диапазона регулирования.

Однако для сопоставления эталонной и исследуемой функций недостаточно полно- 5 го совмещения их начальных точек. Должны быть совмещены и их конечные точки. Но фактический эффективный диапазон регулирования установленного потенциометра неизвестен. Поэтому с момента времени Т4 10 в третьем состоянии блока управления (фиг. 4.5) происходит выведение подвижного элемента исследуемого потенциометра в конечную точку эффективного диапазона регулирования данного конкретного потен- 15 циометра. Эта точка оговорена ТеХнически- ми условиями как точка, в которой напряжение на переменном выводе потенциометра составляет +0,99 Е или с учетом смещения начала координат составляет 20 +0,98 Е.

При перемещении подвижного элемента вверх напряжение в точке 8 увеличивается (фиг. 5) до тех пор, пока в момент времени Т5 не сравняется с ЭДС источника 1 эталон- 25 ной ЭДС. В этот момент подвижной элемент потенциометра находится в конце эффективного угла регулирования ХК, поэтому его необходимо зафиксировать в этом положении. Для этого компаратор 11 вырабатывает 30 сигнал, переводящий блок управления 12 в четвертое состояние (фиг. 4, 5).

В четвертом состоянии шаговый привод 13 останавливается потому, что на обоих входах его отсутствуют импульсы. Вместе с 35 тем в реверсивном счетчике 22 фиксируется код, пропорциональный эффективному углу регулирования ХК. Этот код поступает на управляющий вход управляемого аттенюатора 19 и устанавливает коэффициент его 40 передачи равным ХК.

Таким образом автоматически осуществляется привязка диапазонов изменения аргументов образцовой и исследуемой функций. Однако и этого недостаточно, так как 45 необходимо также совместить конечное значение образцовой функции с конечным значением исследуемой функции. Это как раз И осуществляется в четвертом состоянии, начиная с момента времени Т5. Для 50 этого на выходе 12.1 блока управления 12 вырабатывается сигнал ЕС разрешения работы суммирующего счетчика 15 (фиг, 1, 3, 4,5). Импульсы генератора 23 через элемент И 14 поступают на инкрементирующий вход 55 этого счетчика 15. По мере роста кода на выходе этого счетчика растет и напряжение на выходе преобразователя 16 код-напряжение. Суммарное напряжение с выхода сумматора 17 через учитывающий

тивный диапазон регулирования аттенюатор 19 поступает на другой вход измерителя 10 дифференциального напряжения для сопоставления с конечным напряжением исследуемого потенциометра 30.

При этом источник 18 опорного напряжения обеспечивает начальное напряжение, что сокращает время совмещения значения образцовой функции в конце диапазона со значением конечного напряжения исследуемого потенциометра.

При исследовании потенциометров разных типов с существенно отличающимися диапазонами изменения аргумента источник опорного напряжения 18 может быть выполнен переключаемым. При этом мини-, мальное напряжение на его выходе может быть равно 0,98 Е. На графике фиг. 2 показано, что для потенциометра с конечным значением аргумента ХК2 при максимально возможном значении ХКК увеличение напряжения относительно 0,98 Е не превышает 0,01 Е. Однако для потенциометра с конечным значением аргумента ХК1 напряжение с выхода преобразователя код-напряжение 19 должно быть значительным по сравнению с 0,98 Е. Поэтому для потенциометров данного типа необходимо или увеличить напряжение на выходе источника 18 опорного напряжения или оставить его прежним, смирившись с меньшим повышением производительности. Однако сумматор 17 и источник 18 не только повышают производительность, они при той же разрядности преобразователя 16 позволяют дополнительно повысить точность подгонки диапазонов исследуемой в эталонной функции.

Итак, при увеличении эталонного конечного напряжения происходит приближение значений напряжений на входах измерителя 10 дифференциального напряжения. При равенстве этих напряжений в момент времени Т6 детектор 25 нуля вырабатывает сигнал КК, переводящий блок управления 12 в пятое состояние (фиг. 4, 5). При этом сигнал ЕС с выхода 12.1 снимается, фиксируя тем самым конечное значение эталонной функции.

С этого момента обеспечение полное совмещение абсцисс и ординат исследуемой и образцовой функций и возможно их сравнение. Для этого при переходе в пятое состояние в момент времени Т6 с выхода 12.4 снимается сигнал сброса пикового детектора 27. Процесс сопоставления во всем диапазоне регулирования заключается в перемещении посредством шагового привода 13 подвижного элемента исследуемого потенциометра от конечного значения ХК до

нулевого. При этом каждому положению подвижного элемента (аргумент исследуемого потенциометра) соответствует прямо пропорциональный ему код в реверсивном счетчике 22 (аргумент образцовой функции). И для каждой пары этих равных (в нормированном виде) значений аргументов происходит измерение разницы напряжений исследуемой функции и образцовой посредством измерителя 10 дифференциального напряжения.

Блок 26 выделяет абсолютное значение этого рассогласования, а пиковый детектор 27 с момента времени Тб, т.е. от конечного значения аргументов до нулевого значения этих аргументов выявляет и запоминает максимальное отклонение во всем диапазоне эффективного регулирования.

Когда в момент времени Т7 подвижной элемент исследуемого потенциометра достигает точки начала диапазона, детектор 9 переводит блок управления 12 в шестое состояние (фиг. 4,5), когда все сигналы снимаются и появляются сигнал окончания работы на выходе 12.5. Этот сигнал разрешает разбраковку потенциометра. В блоке анализа 28 (фиг. 6) максимальное выявленное отклонение сравнивается компаратором 35 с максимальным допустимым отклонением с задатчика 34 Бели отклонение не превышает допустимое и не равно ему, то через элемент И 39 включается индикатор 40, свидетельствующий о исправности и годности потенциометра. В противном случае через элемент ИЛИ 36 и через элемент И 37 включается индикатор 38, свидетельствующий о браке потенциометра. Наряду с сигналами о.годности или браке может выдаваться и максимальное значение отклонения исследуемой функции, если к выходу пикового детектора 27 подключить индикатор напряжения. При наличии индикатора напряжения на выходе измерителя 10 дифференциального сигнала возможно наблюдение или (и) регистрация характера изменения отклонения. Разрешение на регистрацию должно поступать с выхода 12.6 (фиг. 3, 4, 5. 1).

Граф автомата (фиг. 4) показывает, что из шестого состояния блок управления 12 может быть вновь приведен в нулевое состо- яние при поступлении сигнала по шине сброса 29. Однако это не обязательно.

При поступлении пускового сигнала по шине 30 устройство обеспечивает повторное исследование потенциометра или исследование нового потенциометра, если он был заменен.

Входящий в устройстве блок 28 анализа работает (фиг. 6) следующим образом. Поступающий с пикового детектора 27 сигнал

максимального отклонения исследуемой функции от образцовой функции сравнивается компаратором 35 с поступающим с задатчика 34 максимально допустимым 5 отклонением. Если фактическое отклонение меньше допустимого, то сигнал с пятого выхода 12.5 блока управления через элемент И 39 поступает на индикатор 40, свидетельствующий о годности потенциометра. В про0 тивном случае сигнал равенства или превышения отклонения через элемент ИЛИ 36 разрешает прохождение сигнала с блока управления 12.5 через элемент И 37 на индикатор 38, свидетельствующий о бра5 ке потенциометра.

Блок 12 управления (БУ) функционирует (фиг. 3) как цифровой автомат. БУ находится в нулевом состояний до тех пор, пока на шине 6 сигнал низкого уровня. Пусковой

0 импульс в сочетании с нулевой комбинацией с выхода регистра 32 преобразуется в единичную комбинацию, которая по такту с генератора 23 переписывается в регистр 32 состояний. Первое состояние согласно гра5 фу и временной диаграмме не сопровождается выдачей каких-либо сигналов. Выходной дешифратор 33 не имеет для данной кодовой комбинации ни одного активного выхода.

0 По окончании стартового импульса на шине б низкий потенциал этой шины в сочетании с единичной комбинацией с выхода регистра 32 преобразуется в код второго состояния, запоминаемый потакту в регист5 ре 32. Код второго состояния дешифратором 33 преобразуется в активный сигнал ДМ на третьем выходе (см, фиг. 4, 5, 3).

Дальнейшая работа блока управления происходит аналогично в полном соответст0 вии с графом (фиг. 4) и диаграммой (фиг. 5). Таким образом устройство обеспечивает автоматическое исследование функциональной погрешности потенциометра во всем диапазоне эффективного его регулиро5 вания. За счет этого обеспечивается высокая достоверность и точность совмещения начальных и конечных точек сопоставляемых исследуемой и образцовой характеристик как по аргументам, так и по значениям

0 функций. Одновременно с этим повышается производительность при измерениях функциональной погрешности потенциометров. Формула изобретения Устройство для измерения функцио5 нальной погрешности потенциометров, содержащее источник эталонной ЭДС и источник отрицательной ЭДС, соединенные соответственно минусовым и плюсовым выводами с общей шиной устройства, зажим для подключения первого постоянного вывода потенциометра соединен о-минусовым выводом источника отрицательной ЭДС, а зажим для подключения переменного вывода потенциометра соединен с первым входом измерителя дифференциального напряжения и с входом детектора отрицательного сигнала, выход которого подключен к входу сброса реверсивного счетчика, соединенного выходом с управляющим входом управляемого аттенюатора, соединен- ного выходом с вторым входом Измерителя дифференциального напряжения, отличающееся тем, что. с целью повышения достоверности измерения и производительности труда за счет автоматизации измере- ний, в устройство введены источник дополняющей ЭДС. компаратор, блок анализа, суммирующий счетчик, преобразователь код-напряжение, шаговый привод, источник опорного напряжения, сумматор, детектор нуля, блок оценки абсолютной величины сигнала, пиковый детектор, генератор импульсов, блок управления, делитель частоты м три элемента И, при этом вывод источника дополняющей ЭДС соединен с зажимом для подключения второгс постоянного вывода потенциометра, а минусовой вывод источника дополняющей с плюсовым выводом источника эталонной ЭДС и с одним из входов компаратора, дру- гой вход которого соединен с зажимом для подключения переменного вывода потенциометра, выход компаратора соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом детектора от-

рицательного сигнала и с входом сброса суммирующего Счетчика, выход которого через преобразователь код-напряжение связан с одним из входов сумматора, другой вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, выход сумматора соединен с сигнальным входом управляемого аттенюатора, выход управляемого аттенюатора соединен с вторым входом измерителя дифференциального напряжения, выход которого подключен к входам детектора нуля и блока оценки абсолютной величины сигнала, выход которого подключен к сигнальному входу пикового детектора, выход генератора импульсов соединен с третьим входом блока управления, с входом делителя частоты и с одним из входов первого элемента И, другим входом подключенного к первому выходу блока управления, а выходом - к инкрементирующему входу суммирующего счетчика, второй и третий выходы блока управления подключены к первым входам соответствующих элементов И, другие входы которых объединены и подключены к выходу делителя частоты, выходы второго и третьего элементов И подключены соответственно к инкрементным и декрементным входам реверсивного счетчика и шагового привода, выход детектора нуля соединен с четвертым входом блока управления, четвертый выход которого подключен к входу сброса пикового детектора, а пятый выход - к первому входу блока анализа, соединенного вторым входом с выходом пикового детектора.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для контроля погрешности функциональной зависимости прецизионных потенциометров. Цель изобретения - повышение достоверности измерений и производительности труда за счет автоматизации измерений. Устройство содержитп источники 1 и 2 эталонной и отрицательной ЭДС, источник 3 дополняющей ЭДС, общую шину 4, зажимы 5, 7, 8 для подключения первого и второго постоянных и переменного выводов испытуемого потенциометра, де

да т

START STKKTYO

STARJ .W JjMf :W XO

3№3№

ECJR