Устройство для измерения частоты импульсов Советский патент 1939 года по МПК G01R23/06 

При телеметрии по частотно-импульсному методу на приемной стороне требуется преобразовывать поступающие импульсы в показания прибора, пропорциональные частоте импульсов. Удобнее всего преобразовывать импульсы в пропорциональный их частоте постоянный ток и измерять этот ток магнитоэлектриским прибором. Преобразование импульсов в постоянный ток осуществляется обычно одним из трех методов; конденсаторным, импульснотахометрическим или импульснокомпенсационным (см. W. Stablein, Die Technik der Fernwirkanlagen, стр. 50, Электричество, 1935г. № 23, стр. 17 и Известия Электропромыщленности слабого тока,1936 г. № 10, стр. 60). По принципу действия наиболее совершенным методом преобразования является последний, так как он .основан на автоматической компенсации, все больше внедряющейся в технику автоматики и телемеханики и нашедшей разностороннее приложение и в телеметрии (см. Электричество, 1933 г. № 13, стр. 9).

Однако конструкция приемников, основанных на импульсно-компенсационном принципе (см. Stiiblein стр. 50 и 250, фиг. 125 и Известия Электропромышленности слабого тока, 1936 1-. № 10, стр. 60), обладает рядом существенных недостатков, значительно снижающих ее достоинства. Недостатки эти заключаются в следующем:

1.Поступающие импульсы при помощи импульсного двигателя перемещают щетку по коллектору. Для этого приемное реле своим контактом попеременно возбуждает обмотки импульсного двигателя. Обмотки эти потребляют ток, в несколько раз превыщающий ток самого измерительного двигателя, что приводит к излишним толчкам тока от источника питания и к быстрому износу контакта приемного реле .

2.Якорь импульсного двигателя обладает очень большой инерцией, так как через его зубцы должен пройти магнитный поток, достаточный для создания необходимого вращающего момента. Характер изменения вращающего момента в зависимости от взаимного расположения зубцов якоря и полюсных наконечников электромагнитов таков, что при совпадении их магнитных осей

вращающий момент равен нулю (как, например, в синхронной мащйне); таким образом при соверщении шага якорь, достигнув положения совнадения магнитных осей и развив к этому моменту большую скорость, в этом положении не останавливается, а по инерции идет дальше, возвращается обратно и совершает несколько таких колебаний при каждом шаге. Так как это ведет к неправильному регулированию тока в указанной цепи, то для успокоения хода якоря применяется масляный успокоитель в виде укрепленного на оси импульсного двигателя плоского бака, внутри которого, окруженный маслом, лежит металлический диск (см. Stablein, стр. 250, фиг. 125), но и с этим успокоителем максимальная частота, при которой двигатель, устойчиво работает, достигает лишь 2,5 импульсов в секунду. Такая малая частота неприемлема для указательного прибора, который тем труднее успокоить, чем реже колебания. Кроме этих принципиальных недостатков, самая конструкция получается дорогой; в случае течи в масляном баке, находящемся в самой верхней части прибора, весь прибор оказывается залитым маслом.

3.Регулируемое ступенчатое сопротивление должно вращаться, что ведет к сильной загрузке измерительного двигателя и к сложной его конструкции.

4.вращающийся многопластинчатый коллектор (соответствепио числу ступеней тока) должен быть изготоBvieH с большой TO4HocTbroj и ось щетки и ось. коллектора должны находиться строго на одной прямой линии. Если эти условия не выполнены, то в показаниях указательного прибора появляются колебания с большим периодом, которые трудно сгладить.

Предлагаемое устройство, отличаясь простотой конструкции, свободно от упомянутых недостатков и поэтому в полной мере позволяет использовать преимущества компенсационного принципа. Устранение недостатков и упрощение конструкции достигнуто благодаря применению

коммутационного метода, изложенного в авторском свидетельстве № 48810.

На фиг. 1 предлагаемого чертежа представлена схема предлагаемого устройства с применением реле, включенных по циклической схеме, на фиг. 2 -упрощенный вариант с одним лишь приемным реле и на фиг. 3 - вариант с увеличенным числом ступеней регулирования.

Устройство по фиг. 1 состоит иЗ магнитоэлектрического двигателя 10, коммутатора 20, сопротивлений 30, 31 и включенных по циклической схеме реле 40 и 50. Когда через линию связи в приемное реле 100 поступают импульсы тока, реле пульсирует и периодически переключает свой контакт 101 вниз и вверх. При первом импульсе контакт 101 переключается вниз, возбуждая при этом через замкнутое (спокойное) положение контакта 53 реле 50 обмотку 41 двухобмоточного реле 40. Последнее возбуждается и замыкает свой контакт 43. По окончании первого импульса реле 100 обесточивается и контакт 101 переключается в верхнее положение. Через замкнутый контакт 43 продолжает оставаться возбужденным реле 40 (через свою вторую катушку 42) и кроме того возбуждается также катушка 51 двухобмоточного реле 50. Последнее переключает свой контакт 5с из левого положения в правое. При следующем импульсе в реле 100 контакт 101 переключается вниз; при этом обе обмотки 41 и 42 реле 40 оказываются обесточенными, реле 40 отпадает и размыкает свой контакт 43. По окончании второго импульса контакт 101 вновь отпадает. После этого обе обмотки 51 и 52 реле 50 оказываются обесточенными и реле 50 отпадает. В дальнейшем цикл повторяется.

Реле 40 управляет также контактом 44, а реле 50 - контактами 54 и 55. Контакты 44, 54 и 55 совершают при работе реле 40 и 50 последовательно присоединение линий 1, 2, 3 VI 4 к плюсу батареи. Работа реле, включенных по циклической схеме, видна из нижеследующей таблицы, охватывающей дваное состояние реле или спокойное

цикла. Возбужденное состояние реле(изображенное на фиг. 1) состояили рабочее состояние контакта обо-ние контактов обозначено знаком

значено знаком плюс. Обесточен- jминус.

-|- через 3, 41

Как видно ИЗ таблицы, плюс батареи циклически переключается по проводам /, 2, 5 и 4, как будто они присоединяются к плюсу через вращающийся переключатель. Провода 7, 2, 3 м 4 присоединены через котактные кольца к пластинам 21, 22, 23, 24 коммутатора 2(7 (на фиг. 1 показано жесткое соединение) и в изображенном положении коммутатора 20, через щетки 25, 2J, 27, 25,- к проводам 5, 6, 7 VL 8

При циклической работе реле 40 и 50 плюс батареи перемещается по проводам 1, 2, 3 и 4 и, следовательно, по проводам 5, 6, 7, 8. При этом величина сопротивления, включенного в цепь якоря двигателя 10, уменьшается и сила тока в якоре увеличивается. При вращении двигателя 10 он вращает ко.«мутатор 20 в направлении, показанном стрелкой. Если предположить, что циклическая схема остановилась в изображенном положении, т. е. когда плюс батареи через спокойное положение

1 через 44 раб. Ло спок.

контактов 44-о4, провод 4, пластину 24, щетку 25 присоединен к проводу 8, и сила тока в якоре двигателя 10 достигла максиму.ма, то при вращении коммутатора пластина 24, присоединенная к плюсу, будет -переводить этот плюс последовательно на щетки 27, 23, 25, т. е. на провода 7i 6, 5, постепенно уменьщая таким путем силу тока в цепи якоря. При одновременной работе цикляческой схемы и коммутатора направление и скорость перемещения плюса батареи по сопротивлениям 30 и 31, т. е. скорость изменения силы тока в якоре двигателя Ю будет равна разности скоростей циклического переключения реле и вращения коммутатора. Реле и коммутатор будут работать, как автоматический регулятор скорости вращения двигателя, причем среднее положение плюса на проводах о, 6. 7, 8 устанавливается таким, чтобы скорость двигателя была равна скорости циклических переключений реле и

была, следовательно, пропорцио- I нальна частоте поступающих импульсов. Пропорциональность между силой тока и скоростью вращения присуща магнитоэлектрическому двигателю. Измерительный прибор мо- j жет быть включен последовательно а цепь якоря, или же, если это удобнее, как вольтметр (показано пунктиром).

В некоторых случаях, при со ответ- ; ствующкх соотношениях вращаюше- : го момента и момента инерции ма- : гнитоэлектрического двигателя 10 нет необходимости в циклическом переключении плюса батареи; доста- j точно простое двухпроводное пере- ; ключение, как это показано на фиг. 2. В изображенном положении контакта 101 приемного реле 100 плюс батареи подан через пластину 21 и щетку 25 на провод 5; цепь прервана. При поступлении импульса на реле 100 контакт 101 переключается влево и присоединяет плюс батареи ; через провод 5, пластину 23 и щет- ку 27 к проводу 7. Двигатель 10 на- чинает вращаться, поворачивая при этом коммутатор 20 в указанном ; стрелкой направлении. Присоединен- I ная к плюсу батареи пластина 23 переходит со щетки 27 на щетку 26, переводя плюс батареи с провода 7 на провод 6, и уменьшая, таким образом, ток в цепи двигателя. Если импульс к этому времени окончился, контакт 101 опять переключается вправо, подключая плюс батареи к пластине 21, которая к этому моменту находится под щеткой 28 и подает плюс батареи на провод 8, вноЕЬ уси :иЕая ток в цепи двигателя 10.

Для правильной работы преобразователя по фиг. 1 и 2 должно быть выполнено следующее условие. Переключение ступенчатых ссаротивлений сО и 31 под действием поступающих импульсов должно происходить в сторону усиления тока, а при вращении коммутатора 20-в сторону ослабления тока. Если же, например, при положении плюса на провод 8 поступит новый импульс, то плюс переключится на одну из предыдущих ступеней, что ведет

к ослаблению тока, в разрез с приведенным выше условием. В выполнении преобразователя го фиг. I переключения плюса по ступенчатому сопротивлению 30, 31 при поступлении импульсов происходят каждый раз на один шаг (одну ступень); поэтому положение плюса к моменту поступления следующего переключения должно быть не дальше ступени 7. В выполнении по фиг. 2 переключение при поступлении импульса происходит на два щага (две ступени); поэтому к моменту поступления нового импульса плюс должен находиться не дальше ступени 6 В остальном работа устройства по фиг. 1 и 2 в принципе одинакова.

Для измерения мало или медленно меняющейся частоты устройство по фиг. 1 и 2 вполне удовлетворительно. В других слзчаях небольшое число ступеней не обеспечивает достаточно быстрого и плавного следования скорости двигателя 10 за изменением частоты поступающих импульсов. В этих случаях удобно устройство по фиг. 3, имеющее большее число ступеней регулирования. Как видно из фиг. 3, место омических сопротивлений сО, 31 занимают сопротивления 67, 71 обмоток двухобмоточных реле 60, 70. Вторая обмотка 62 реле 60 выполнена с числом витков, одинаковым с 67. Число витков обмотки 72 равно числу витков обмотки 71. Когда плюс батареи присоединен к проводу 6, обмотки 61 и 62 обтекаются одним и тем же током, но в противоположном направлении; то же с обмотками 71 и 72. Поэтому реле 60 и 70 не срабатывают. Когда плюс переключается на провод 7, ток в обмотке 62 несколько увеличивается, сохраняя свое первоначальное направление, а через обмотку 67 (и сопротивление 200) ток течет в направлении, обратном первоначальному и совпадающему с током в обмотке 62. Ампервитки обмоток 61 и 62. складываются, реле 60 срабатывает и переключает свой контакт 5 в нижнее положение. Вследствие этого, когда импульс поступит при нахождении плюса на проводе 7 и переключит его на два

шага вперед (по схеме фиг. 2), то плюс, переместившись при этом с провода 7 на провод 5, окажется присоединенным через контакт 63 к проводу 9, что поведет к усилению тока в цепи двигателя, в соответствии с формулированным выше условием работы преобразователя. С каждые дополнительным реле (80, 90 количество рабочих ступеней преобразователя увеличивается и практически всегда может быть доведено до необходимого числа. При прекращении поступления импульсов или уменьшении их частоты плюс постепенно перемещается по убывающим номерам ступеней сопротивления и при этом реле 90, 80, 70, 60 последовательно отпадают.

Форма выполнения по фиг. 3 может удовлетворять самым высоким требованиям в отнощении плавности изменения показаний и т. п.

Как видно из сказанного, предлагаемое устройство, используя преимущества компенсационного принципа, не обладает конструктивными недостатками устройства AEG (Stablein,CTp. 50): во-первых, в нем отсутствует импутьсный двигатель - дорогое, громоздкое и неудовлетворительно работающее устройство. Вместе с ним отпадают и толчки тока источника - питания и усиленный износ контактов приемного реле. В устройстве по фиг. 1 мотор заменяется двумя обычными телефонными реле, по фиг. 2 отсутствуют какие-либо заменяющие его устройства, во-вторых, ступенчатое регулируемое сопротивление укреплено неподвижно, что позволяет выбирать для него целесообразную, с точки зрения охлаждения и пр, конструкцию и не нагружать дополнительно магнитоэлектрический двигатель, что повышает точность работы преобразователя.

Наконец, коммутатор делается четырехпластинчатым, что чрезвычайно упрощает его изготовление и уменьшает его вес, а следовательно, трение и вызываемые им погрешности. В случае необходимости большего числа ступеней это достигается введением простых телефонных реле, но

число пластин коммутатора остается неизменным.

Предмет изобретения.

поочередно срабатывали, переключая провода от щеток коммутатора на несколько ступеней в сторону дальнейшего уменьшения сопротивления,

53иг. 1

ГЛЛ

ф

/

и при повторном включении коммутатором первых проводов процесс нарастания тока продолжался.

2

Фи- 3