УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ О ВРАЩЕНИИ ВАЛА Советский патент 1968 года по МПК G01P3/60 

Известны устройства для сигнализации вращения, использующие частотные модуляционные датчики скорости вращения, например, контактного типа. Однако при случайной остановке вращающейся детали в таком положении, при котором подвижный контакт соприкасается с одним из неподвижных, продолжается свечение лампы-сигнализатора.

Другой недостаток таких устройств заключается в том, что при больших скоростях вращения свечение лампы воспринимается наблюдателем как непрерывное, ввиду инерционности зрения. Это также нарушает однозначность сигнализации (нет прерывистости).

Предлагаемое устройство не содержит контактных элементов и одинаково надежно работает при любых скоростях вращения контролируемой детали, имея постоянный по модальности выходной сигнал в виде прерывистого свечения неоновой лампы, которое прекращается только при остановке контролируемой детали. Частота вспышек неоновой лампы при низких скоростях вращения пропорциональна последним, а при высоких скоростях вращения сохраняется практически постоянной, не превышая 20 гц, вследствие чего свечение лампы воспринимается глазом как прерывистое.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого устройства.

На контролируемый вал устанавливается металлический диск 1 с радиальными прорезями, длина которых несколько больше диаметра ферритовых полуколец 2 и 3, служащих сердечниками выносных катушек индуктивности 4 и 5, подключенных через четырехпроводный кабель. Катушка 4 включена параллельно конденсатору 6, который через конденсатор связи 7 соединен с базой транзистора 8, являющегося генератором с индуктивной обратной связью. Катушка 5 включена параллельно конденсатору 9 в коллекторную цепь транзистора 8.

Если диск 1 оказывается в таком положении, что одна из его радиальных прорезей находится между сердечниками 2 и 3, то величина положительной обратной связи взаимоиндуктивности катушек 4 и 5 достаточна для генерации. Тогда выходное напряжение, снимаемое с транзистора 8 через (разделительный конденсатор 10 на выпрямитель (с диодами 11 и 12 и фильтрующим конденсатором 13), будет иметь максимальную величину. Выпрямитель дает сигнал положительной полярности, который, поступая на базу транзистора 14, запирает последний.

Если же диск 1 находится в таком положении, что между сердечниками 2 и 3 находится не прорезь, а сплошной металл (радиальный выступ), то автоколебания срываются, выходной сигнал исчезает, и транзистор 14 отпирается.

Таким образом, на конденсаторе 13 получают импульсы напряжения, частота повторения которых пропорциональна скорости вращения контролируемой детали. Полученные импульсы используются для управления свечением сигнальной, неоновой лампы 15.

Схема управления неоновой лампой состоит из транзистора 14, который включен как изменяющееся по величине сопротивление в одно плечо моста. Вторым плечом моста служит резистор 16, третьим - резистор 17, четвертым - неоновая лампа 15 с параллельно включенным резистором 18. В диагональ этого моста включен конденсатор 19.

Схема работает следующим образом, пребывая в одном из трех нижеописанных режимов.

Режим А. На базу транзистора 14 не поступают управляющие импульсы (контролируемая деталь не вращается). При этом транзистор 14 насыщен, что достигается путем подачи на его базу отрицательного смещения через резистор 20, и напряжение на его коллекторе практически равно нулю.

Неоновая лампа 15 погашена, что обеспечивается большой величиной сопротивления резистора 17. Для исключения релаксационных колебаний в цепи неоновой лампы и конденсатора 19 служит резистор 18, величина сопротивления которого выбирается такой, чтобы в режиме А напряжение на нем, а значит, и на лампе 15, было на 30-40% меньше напряжения, достаточного для зажигания неоновой лампы.

Режим Б. На базу транзистора 14 поступают управляющие импульсы положительной полярности с частотой повторения не более 20 гц (контролируемая деталь вращается сравнительно медленно).

При попадании на базу положительного импульсного напряжения транзистор запирается, в результате чего напряжение на его коллекторе резко возрастает. Вследствие этого на обкладке а конденсатора 19 появляется более высокий отрицательный потенциал, чем на обкладке 6, т.е. напряжение на этом конденсаторе меняет свой знак (его полярность противоположна той, которая была в режиме А).

Далее, когда импульс положительного напряжения на базе транзистора 14 спадает до нуля, то транзистор открывается (насыщается) током, проходящим по резистору 20. При этом неоновая лампа 15 оказывается подключенной одним своим выводом к минусу источника питания, а другим - к обкладке 6 конденсатора 19, которая по отношению к обкладке а того же конденсатора заряжена в этот момент положительно (поскольку на ней менее высокий отрицательный потенциал). Следовательно, в первый момент открывания транзистора 14 конденсатор 19 оказывается под напряжением. Поэтому неоновая лампа зажигается, она гаснет в результате окончаний перезарядки конденсатора 19. Таким образом, длительность световой вспышки лампы зависит только от емкости конденсатора 19 и внутреннего сопротивления открытого транзистора 14, которое можно изменять с помощью резистора 21.

Существенной особенностью режима Б является прерывистое зажигание неоновой лампы импульсами постоянной длительности и амплитуд с прибавкой питающего напряжения за счет перезарядки конденсатора 19.

Режим В. На базу транзистора 14 поступают управляющие импульсы положительной полярности с частотой повторения свыше 20 гц (контролируемая деталь вращается сравнительно быстро).

Сохранение при этом визуально различимой прерывистости свечения неоновой лампы (с частотой вспышек не более 20 гц, т.е. значительно меньше частоты повторения управляющих импульсов) достигается следующим образом.

Постоянная времени цепи перезарядки конденсатора 19 выбирается в несколько раз меньше постоянной времени цепи заряда этого конденсатора.

По условию в режиме В τ_n<<τ₁; τ_n<<τ₂, где τ_n - период повторения управляющих импульсов. После первых вспышек неоновой лампы, в результате которых заряжается конденсатор 19, наступает интервал времени, когда лампа не зажигается, хотя на базу транзистора приходят управляющие импульсы. Однако эти импульсы вызывают постепенное ступенчатое уменьшение напряжения на конденсаторе 19, поскольку количество электричества, поступившее за время первого полупериода в конденсатор через резистор 16, будет больше количества электричества, поступившего в тот же конденсатор через резистор 18 за время второго полупериода. Затем напряжение на конденсаторе 19 достигает нулевого уровня и меняет знак (происходит перезарядка), после чего происходит очередная вспышка неоновой лампы 15 и конденсатор 19 вновь перезаряжается. Далее вышеописанный процесс повторяется. Параметры τ₁ и τ₂ выбраны с таким расчетом, чтобы частота повторения этого процесса была не выше 20 гц, когда отдельные вспышки лампы 15 еще достаточно четко различаются глазом.

Устройство для сигнализации вращения вала, содержащее частотный датчик вращения, мостовую измерительную схему и неоновую лампу, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, неоновая лампа включена параллельно резистору в одно из плеч мостовой измерительной схемы, в диагональ которой включен конденсатор, а в другие плечи включены соответственно резисторы и транзистор, база которого соединена с выходом датчика скорости вращения.