Узкодиапазонный аналоговый частотомер Советский патент 1975 года по МПК G01R23/02 

Р1зобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении частотомеров номинальной частоты, например, для измерения частоты в знергетичеохн.х системах. Кроме того, оно может быть использовано при построении схем системной эпергетической автоматики.

При измерении частоты при ее пезначительных отклонениях от номинального значения к точности измерения предъявляются весьма высокие требования, например при из.мерении частоты или ее отклонений в энергетических системах, где диапазон измеряемых частот ограничен частотами 49 ,и 51 Гц, но точность измерени-я должна быть не хуже 0,,02 Гц. При этом результаты измерений в ряде случаев желательно получить в аналоговой форме с тем, чтобы на выходе измерительной схемы можно было включить самопишущий прибор или индикатор.

Пзвестное устройство для таких измерений содержит формирующее устройство, генератор стабильной частоты, ключи, триггеры и выходной прибор.

Однако в известном устройстве необходимо обеспечение больших токов в импульсе, проходящем через измерительный прибор, при невысоких средних значениях тока.

Цель изобретения - увеличить скважность импульсов выходного тока и создать

прямую зависимость полярпости выходного напряжения от знака отклонения.

Это достигается применением устройства с масштабным преобразованием длнтельности выходного импульса.

При таком преобразовании возможно увеличение скважностн выходных импульсов вплоть до значений, равных единице при любом наперед заданном диапазоне измерена. Естественно, что в этом случае отпадает необходимость и в мощпо.м источпике стабильного напряжения (тока).

Работа предлагае.мого устройства основана на том, что измеряется разность в длительностях периодов измеряемого сигнала и эталонного генератора.

Эта разность представляется в виде числа, записанного в памяти реверсивного счетчика импульсов. По окончании процесса измерения к вычитающему входу счетчика импульсов подключается считывающий генератор импульсов п одновременно подключается к псточннку нанряжения выходной прибор. После достижения нулевого состояния счетчика прибор отключается. При значении частоты следования импульсов считывающего генератора меньше частоты следования импульсов эталонного генератора время включения выходного прибора соответственно увеличивается.

На фиг. 1 приведена функциональная схема редлагаемого устройства; на фиг. 2 - Bpi::.;ei iibic диаграмгаы.

Схеу.а содержит формирующее устройство /, триггеры 2 и 3, ключ 4, формирователь 5 этп,01пОго про: ежутка времеии, эталонный rciiej aTOp 6 импульсов, триггер 7, реверсивный счетчик 8 имиульсов, триггер 9, выходные ключевые схемы 10, выходной прибор //, кл1о::;;вую схему 12, делитель 13 частоты, ключевую схему 14, триггеры 15, 16 и 17, схемы соБлпдеиия 18.

Сигнал измеряемой частоты иодается на фопмируюицее устройство /, в результате чего иг, его выходе возникает последовательность имиульсов с частотой следования, равной измеряемой. Выход формирующего устройства иодключеи к счетному входу триггера 2. Вы--сд триггера 2, в свою очередь, подключен к закрывающим входам триггеров 5 и 9, а также запускающему входу триггера 7, выход которого нодсоедииен к управляющему входу ключа 4. Через этот ключ па вход формирователя 5 эталонного промежутка времени подаются импульсы с эталонного (опорного) генератора 6 и.мпульсов. Выход формирователя ,5 присоединяется к закрывающему входу Tpjirrepa 7, а также к запускающему входу тр1;ггера 9 и закрывающему входу триггера 3. Второй выход триггера 2 подключается к запускаюнему входу триггера 3 и закрывающему входу триггера 9.

Выход эталонного генератора 6 подключается к суммирующеу входу реверсивного счетчика импульсов 8 через ключ 12, а к вычитающему входу через делитель частоты 13 н ключ 14. Ключ 12 управляется триггером 16, двойиой счетный вход которого подключен к выходам триггеров 3 и 9. К этим же выходам подключеиы входы триггера 17 опрсд|ления знака. Схемы И 18, управляемые триггером 17 знака п триггером 15 обратного счета, своими выходами присоединены к управляющим входам ключей 10, через которые стибилизированные положительное или отрицательное напряжения подаются на измерительный прибор 11.

Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы схема 5 формировала импульсы с временным интервалом, равным периоду номинальной частоты входного сигнала, т. е. при измерении частот вблизи 50 Гц этот интервал должен быть равен

Т, ,- 0,02 сек.

IX

Схема работает следующиьг образом.

Пусть измеряемая частота лежит вьпие номинальной, т. е. /. Тогда первый же импульс с формирователя / переводит триггер 2 в единичное состояние, велсдствие чего импульс с его выхода приводит триггео 7 также в единичное состояние, а триггеры 3 н 9 - в пулевое. Триггер 7, в свою очередь, открывает ключ 4, через который начинают поступать

импульсы с эталонного геиератора 6 на формирователь 5 эталонного промежутка време1И TO (с.м. фиг. 2, а). В связи с тем, что частота излмеряемого сигнала выще номинальной, то второй и.мпульс с фор.мнрователя / приходит раныие, чем сформи,р:озан интервал 7о л, следовательно, триггер 2, переходя в нулевое состояиие, переводит триггер 3 в единичное состояиие. При этом поступает имиульс на счетный вход триггера 16, который, иереходя в единичное состояние, открывает ключ 12, через который на суммирующий вход реверс.ивного ечетчика 8 начинают поступать имп льеы с эталонного генератора 6. Счет этнх импульсов происходит до тех пор, пока не сформируется интервал Го, после чего выходной имиульс с формирователя 5 переводит в единичное состояние триггер Р и в нулевое состояние триггеры 3 и 7. Ключ 4 закрывается,

и одновременно на счетный вход триггера 16 поступает импульс, переводяи;,ий его в иулевое состояние, вследствие чего ключ 12 закрывается и счет имиульсов счетчиком 8 прекращается.

После перехода триггера 16 в нулевое состояние с него поступает импульс на левый вход триггера 15, который открывает ключ 14, и с геиератора 6 иачинают поступать на делитель 13 п на вычитающий вход счетч; ка 8

импульсы с частотой ;в k раз :ме::ьще, чем при суммироваиии. Одновременно с этим тр;1Гrepoi: 15 на входы схем И 18 подаются с; Гналы начала подачи напряжения на выходной прибор 11. Однако вторые входы этих схем

связаны с выходами триггера 17, положение которого зависит от того, какой из триггеров, 3 пли 9, последним перещел в единичное состояние. В данном случае ори та.ким триггером является 9, следовательно, триггер

определения знака оказывается в нулевом состоянии (последний имнульс прнщел на правый вход). Таким образом, потенциал пода; па схему И 18, которая и открывает ключ 10, подключающий выходной прибор к источнику

положительного напряження.

В указанном положении схема находится до тех пор, пока на вычитающий вход счетчика 8 не будет подано число импульсов, равное числу импульсов, просуммированных в первом промежутке времени.

После этого импульс, фиксирую-щнй нулевое соато :1н.ие счетчика 8, закрывает тр иггер 15 и ключ 14. При этом выключается схема И 18, ключ 10, и ток через прибор 11 прекращается.

Весь указанный цикл работы повторяется при поступлении очередного, третьего, импульса с формирователя 1, который вновь приводит т)иггеры 3 и .9 в нулевое состояние, и т. д. Примерно так работает схема и в случае отрицательного отклонения частоты, т. е. при . Только в этом случае первым срабатывает триггер 9 (см. фиг. 2,6), а вторым -

триггер 3.

Положение триггера 17 знака оказывается обратным, вследствие чего во время цикла вычитания импульсов с счетчике 8 открытыми окажутся схема И У5 и ключ 10. На измерительный прибор подано отрицательное напряжение, что соответствует знаку отклонения частоты.

Из сказанного видно, что длительность импульса напряжения иа выходном приборе // в k раз больше, чем разность между Г. я Т. Выбфаз сээтзетстзующим образом k (коэффициент деления делителя 13), можно довести скважность импульсов напряжения (тока) на выходном приборе до весьма высоких величин, граничащих непосредственно с единицей. Так, например, при построении прибора на диапазон измерений 49-51 Гц необходимо шринять /г разйым 24.

Предмет изобретения

Узкодиапазонный аналоговый частото.мер, содержащий формирователь, эталонный генератор импульсов, счетчик импульсов, схемы совпадений, ключевые схемы, триггеры и выходной прибор, отличающийся тем, что, с целью увеличения скважности импульсов выходного тока и создания прямой зависимости полярности выходного напряжения от знака отклонения частоты, он снабжен формирователем эталонного промежутка вре.меии и делителем частоты, причем выход формирователя подключен к счетным входам первого триггера, первый выход которого подключен к входам и выходам второго и третьего триггеров, а второй выход - к входу четвертого триггера, выход которого соединен с входом ключевой схемы, через которую эталонный генератор подключен к входу формирователя эталонного промежутка времени, а выход последнего соединен с входами четвертого, второго и третьего триггеров, выходы которых подключены к входам пятого и щестого триггеров, при этом выходы пятого триггера подключены к первым двум входам двух схем совпадения, вторые входы которых соединены с выходом седьмого триггера, а выходы через вторую и третью ключевые схемы подключены к входам выходного прибора, причем

второй выход шестого триггера соединен с первым входом седьмого, а первый выход - с первым входом четвертой ключевой схемы, выход которой подключен к входу счетчика импульсов, а второй вход - к выходу эталонного генератора импульсов, который через пятую ключевую схему и делитель частоты соединен с вторым входом счетчика имп льсов, выход которого подключен к второму входу седьмого триггера, при этом выход последнего соединен с вторым входом пятой ключевой схемы.

Вход cot

n

n

IL

П P

П , к 12

in Вход СИ8Тд/5;/ /4

Вход СИ8iliUJlJi

Tp.f7

r