Способ измерения частоты вращения вала и устройство для его осуществления

Способ измерения частоты вращения вала и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ измерения частоты вращения вала путем модуляции сигнала на выходе индукционного фазовращателя и измерення его фазы, отличающи. йен тем, что, с целью повышения точности при сохранении быстродействия и диапазона измерения, мгновенное значение напряжения на выходе индукционного фазовращателя фнкснруют в момент времени, кратный периоду напряжения питания индукционного фазовращателя, затем измеряют интервал времени от момента перехода напряжения пнтання индукционного фазовращателя через нуль до момента до(;тизкения этим напряжением величины зафиксированного напряжения, по. величине которого судят о частоте вращения вала. 2. Устройство для измерения частоты вращения вала, содержащее индукционный фазовращатель , генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпадення, выход первой схемы совпадення связан с первым входом первого счетчика импульсов, а его выход - с входом нуль-органа, выход второй схемы совпадения - с входом второго счетчика импульсов, а его выход соединен с входом первого буферного регистра, отличающееся тем, что оно снабжено схемой выборки-хранення аналогового сигнала, двумя схемами определения модуля, тремя узлами сравнения, тремя триггерами, третьей-пятой схемами совпадення и вторым буферным регистром, причем выход индукционного фазовращателя подключен к Первому входу схемы выборки-хранення аналогового сигнала, выход которой соединен с входом второго буферного регистра и с входом первой схемы определения модуля, выход которой соединен с вторым входом первого узла сравнения, первый вход индукционного фазовращателя соединен с входом второй схемы определения модуля, выход которой связан с первым входом первого узла сравнения и с входом второго узла сравнения, выходы первого и второго узkn лов сравнения подключены к первым входам четвертой и третьей схем совпадения соответственно, а вторые входы третьей и четвертой схем совпадения соединены с выходом нуль-органа, выход третьей схемы совпадення связан с первым, а выход четвертой - с вторым входами первого триг-. гера, выход которого соединен с вторым входом второй схемы совпадення, выход нуль-органа соединен с вторым входом схемы выборки-хранения аналогового сигнала и с первым входом второго триггера, выход которого связан с вторым входом первой схемы совпадення, второй вход зтого трнггера подключен к выходу пятой схемы, совпадення н к первому вхьду третьего трнггера, второй вход этого трнггера соединен с выходом четвертой схемы совпадення и с вторым входом первого счетчика импульсов, выход индукционного фазрвраща-. теля связан с входом третьего узла сравнения , выход которого соединен с первым входом пятой схемы совпадення, второй вход которой соединен с выходом третьего трнггера.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (()) (51)4 с 01 Р 3/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2833249/18-10 (22) 26.10.79 (46) 07.1185. Бюл, )Р 41 (72) О. Я. Каретный и А. М. Глумчер (53) . 531.767 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1Р 445912, кл. G 01 P 3/48.

2, Авторское свидетельство СССР

1(837197, кл. С 01 P 3/48, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ ВАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) l. Способ измерения частоты вращения вала путем модуляции сигнала на выходе индукционного фаэовращателя и измерения его фазы, о т л и ч а ю щ и, и с я тем, что, с целью повышения точности при сохранении быстродействия и диапазона измерения, мгновенное значение напряжения на выходе индукционного фазоврашателя фиксируют в момент времени, кратный периоду напряжения питания индукционного фазоврашателя, затем измеряют интервал времени от момента перехода напряжения питания индукционного фазоврашателя через нуль до момента достижения этим напряжением величины зафиксированного напряжения, но. величине которото судят о частоте вращения вала.

2. Устройство для измерения частоты вращення вала, содержащее индукционный фаэоврашатель, генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпадения, выход первой схемы совпадения связан с первым входом первого счетчика импульсов, а его выход — с входом нуль-органа, выход второй схемы совпадения — с входом второго . счетчика импульсов, а его выход соединен с входом первого буферного регистра, о тл и ч а ю ш е е с я тем, что оно снабжено схемой выборки-хранения аналогового сигнала, двумя схемами определения модуля, тремя узлами сравнения, тремя триггерами, третьей-пятой схемами совпадення и вторым буферным регистром, причем выход индукционного фазоврашателя подключен к riepному входу схемы выборки-хранения аналогового сигнала, выход которой соединен с входом второго буферного регистра и с входом первой схемы определения модуля, выход которой соединен с вторым входом первого узла сравнения, первый вход индукционного фазовращатсля соединен с входом второй схемы определения модуля, выход которой связан с первым входом первого узла сравнения н с входом второго узла сравнекня, выходы первого и второго узлов сравнения подключены к первым входам четвертой и третьей схем совпадения соответственно, а вторые входы третьей и четвертой схем совпадения соединены с выходом нуль-органа, выход третьей схемы совпадения связан с первым, а выход четвертой — с вторым входамн первого триггера, выход котор()го соединен с вторым входом второй схемы совпадения, выход нуль-органа соединен с вторым входом схемы выборки-хранения аналогового сигнала и с первым входом второго трнггера, выход которого связан с вторым входом первой схемы совпадения, второй вход этого триггера подключен к выходу пятой схемы, совпадения и к первому вхбду третьего триггера, второй вход этого триггера соединен с выходом четвертой схемы сов адения и с вторым входом первого счетчика нмпульсов, выход индукционного фаэовраша. теля связан с входом третьего узла сравне-. ння, выход которого соединен с первым входом пятой схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом третьего триггера.

1190265

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в широкодиапазонных автоматических системах управления . электроприводами, например, машин термической резки и станков с программным управлением.

Известен способ определения скорости вращения, основанный на фазовом модулировании сигнала на выходе фазовращателя

Н.

Недостатками такого способа являются невысокая точность и малый диапазон измерения скорости вращения..

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения скорости вращения вала, основанный на измерении ухода фазы начала (и+1)-го периода сигнала на выходе индукционного фазовращателя по сравнению с фазой начала (и+1) -ro периода эталонного напряжения, питающего фаэовращатель, где n — заданное число периодов измерения (2).

20

Наиболее билзким техническим решением дпя реализации предлагаемого способа явля25 ется устройство, содержащее индукционный фаэовращатель, формирователь, счетчик периодов, две схемы совпадения, генератор импульсов, два счетчика импульсов, буферйый регистр, причем вход формирователя подключен к выходу фаэовращателя, а его выход — к входу счетчика периодов, выход которого соединен с первыми, входами схем совпадения, вторые входы которых связаны с выходом генератора импульсов, выход первой схемы совпадещ я 35 подключен к счетному входу первого счетчика импульсов, выход которого через нульорган соединен с третьими входами схем совпадения, причем выход второй схемы совпадения подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, а выходы первого и второго счетчиков связаны с входами буферного регистра (21.

Однако при измерении известным способом имеет место нелинейность, которая 45 снижает точность измерения. При этом нелинейность возрастает с ростом максимальной частоты вращения вала фазовращателя.

Цель изобретения — повышение точнос- 50 ти при одновременном сохранении .быстродействия и диапазона измерения.

Указанная цель достигается тем, что в способе, основанном на модуляции сигнала на выходе индукционного фазовращате- 55 ля и измерении его фазы, мгновенное значение напряжения на выходе индукционного фазовращателя фиксируют в момент времени, кратный периоду напряжения питания инлукционного фаэовращателя, затем измеряют интервал времени от момента перехода напряжения питания индукционного фаэовращателя через нуль до момента достижения этим напряжением величины зафиксированиого напряжения, по величине которого судят о частоте, вращения вала.

Устройство для измерения частоты вращения вала рсодержашее индукционный фазоврашатель, генератор импульсов, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем совпадения, выход первой схемы совпадения связан с первым входом первого счетчика импульсов, а его выход — с входом нуль-органа, выход второй схемы совпадения — с входом второго счетчика импульсов, а его

В выход соединен с входом первого буферного регистра, снабжено схемой выборкихранения аналогового сигнала, двумя схемами определения модуля, тремя узлами

-сравнения, тремя триггерами, третьей — пятой схемами совпадения и вторым буферным регистром, причем выход .индукционного фазовращателя подключен к первому входу схемы выборки-хранения аналогового сигнала, выход которой соединен с входом второго буферного регистра и с входом первой схе- . мы определения модуля, выход которой соединен с вторым входом первого узла сравнения, первый вход индукционного фазовра-. шателя соединен с входом второй схемы определения модуля, выход которой связан с первым входом первого узла сравнения и с входом второго узла сравнения, выходы первого и второго узлов сравнения подключены к первым входам четвертой и третьей схем совпадения соответственно, а вторые входы третьей и четвертой схем совпадения соединены с выходом нуль-органа, выход третьем схемы совпадения связан с первым, а выход четвертой — с вторым входами первого триггера, выход которого соединен с вторым входом второй схемы совпадения, выход нуль-органа соединен с вторым входом схемы выборки-хранения аналогового сигнала и с первым входом второго триггера, выход которого связан с вторым. входом первой схемы совпадения, второй вход этого триггера подключен к выходу пятой схемы совпадения и к первому входу третьего триггера, второй вход этого триггера соединен с выходом четвертой схемы г совпадения и с вторым входом первого счетчика импульсов, выход индукционного фаэовращателя связан с входом третьего узла сравнения, выход которого соединен с первым входом пятой схемы совпадения, вто3 11902 рой вход которой соединен с выходом третьего триггера.

На фиг. изображены временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 2 — функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие реализацию предлагаемого способа в

4 этом устройстве.

На чертежах приняты следующие обозна- ц> чения: 13,„— сигнал на выходе индукционного фазовращателя (0, — при положительном направлении вращения вала, О,р— при отрицательном направлении вращения вала); ь ц — время измерения; (3 мгновенное значение напряжения на выходе индукционного фазовращателя в момент 3, Uo — напряжение питания индукционного фазовращатепя; .4 ь — измеряемый интервал времени; К- — число импульсов, определяющее измеряемую скорость; К п — число импульсов высокой частоты 1, соответствующее И периодам измерения; частота вращения фазовращателя; 0 в» сигнал на выходе схемы выборки — хранения; — время хранения зафиксированного уровня напряжения; Х вЂ” сигнал направления вращения вала фазовращателя.

Устройство для измерения частоты вращения вала содержит индукционный фаэовращатель 1, узлы 2 — 4 сравнения, триггеры 5 — 7, схемы 8-12 совпадения, генератор 13 импульсов, счетчики 14 и 15 им- пульсов, нуль-орган 16, схему 17 выборкихранения аналогового сигнала, схемы 18 и

19; буферные регистры 20 и 23.

С момента начала периода сигнала на выходе индукционного фазовращателя отмерязо л ( где ь „— время измерения; л

35 и — число периодов измерения;.1 — частота напряжения питания фазовращателя.

При вращении вала индукционного фазовращателя с частотой 5 в частота сигнала

40 U íà его выходе равна (фиг. 1) Ю вы =4 ч > (2) 45 поэтому в момент времени ь„мгновенное значение напряжения на выходе фаэовращателя (3) S0 где A — амплитуда сигнала на выходе индукционного фазовращателя.

Это значение напряжения запоминают с по-.. мощью фиксатора уровня. Затем измеряют интервал времени между точкой перехода через

55 нуль — синусоидального напряжения, питающего индукционный фазовращатель 0 йв1ы

i 2 и f,t (на возрастающей или на убывающей

его части) и точкой, в которой это синусои-;

В устройстве выход генератора 13 импуль.сов соединен с первыми входами схем 9 и 10 совпадения, выход схемы 9 совпадения связан с первым входом счетчика 14 импульсов, выход которого соединен с входом нуль-органа 16. Выход схемы 10 совпадения соединен с входом счетчика 15 импульсов, а выход. последнего с входом первого буферного регистра 20. Выход индукционного фазовращателя 1 подключен к первому входу схемы 17 выборки-хранения аналогового сигнала, выход которой соединен с входом буферного регистра 21 и с . входом схемы 19 определения модуля, а ее выход — с вторым входом узла 3 сравнения. Первый вход индукционного фаэовращателя 1, на который подается напряжение питания фазовращателя, соединен с входом схемы 18 определения модуля, выход которой связан с первым входом узла

4 сравнения и с входом узла 3 сравнения, 65 4 выход которого и выход узла 4 сравнения соответственно .подключены к первым входам схем 11 и 12 совпадения, а их вторые входы соединены с выходом нуль-органа 16.

Выход схемы 12 совпадения связан с первым, а выход схемы 11 совпадения — с вторым входами триггера 7, выход которого соединен с вторым входами триггера 7, выход которого соединен с вторыми входами схемы 10 совладели. Выход нуль-органа 16 также соединен с вторым. входом схемы вы. борки — хранения аналогового сигнала 17. и с первым входом триггера 6, выход которого связан с вторым входом схемы 9 совпадения. Второй вход триггера 6 подключен к выходу схемы 8 совпадения и первому входу триггера 5, второй вход этого триггера 5 соединен с выходом схемы 11 совпадения и вторым входом (входом записи) счетчика 14 импульсов. Выход индукционного фаэовращателя 1 связан с входом узла 2 сравнения, выход которого соединен с -первым входом схемы 8 совпадения, второй вход которой соединен с выходом триггера 5.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

IJ ° As ë (Х(1,1M3g) 1190265

)u.„ :) ü;, гм, ь |. (4) 11 = 4t f»", (6) дальиое напряжение совпадает по велиЧине с зафиксированным уровнем. В этой последней точке справедливо соотношение

Из (3) и (4) следует, что г1

41 fg г . (5)

Измерение указанного интервала времени проводят в тот период напряжения питания иццукционного фазовращателя, который слеп дует непосредственно за моментом ьа.

Полученное соотношение показывает связь между интервалом времени 4т, н частотой вращения вала фазовращателя

Направление вращения определяют по знаку зафиксированного напряжения.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения частоты вращения вала, так как обеспечивает линейную зависимость выходного сигнала от частоты вращения вала индукционного фаэовращателя во всем диапазоне измерения.

Устройство, реализующее предложенный способ, функционирует следующим образом.

В исходном состоянии в счетчике 14 записано число 1, соответствующее и периодам измерения. Триггеры 6 и 7 находятся в состоянии, запрещающем прохождение импульсов or генератора 13 импульсов через . схемы 9 и 10 совнадения соответственно.

Сигнал на выходе триггера 5 разрешает прохождение сигнала через схему 8 совпадения.

Фаэомодулнрованный синусоидальный сигнал "г с выХода индукционного фазовра щателя 1 поступает на узел сравнения (нульорган) 2, который формирует короткий импульс в момент перехода этого сигнала через нуль на возрастающей его части, Этот импульс, проходя через схему 8 совпадения (по ее первому входу), на втором входе которой имеется разрешающий сигнал с триггера 5, переводит триггер б (по второму входу) в состояние, которое разрешает прохождение сигнала через схему 9 совпадения.

Импульс. на выходе схемы 8 совпадения переводит также триггер 5 в состояние, запрещающее прохождение сигнала через схему

8 совпадения.

Импульсы от генератора 13 через схему 9 совпадения поступают на первый вход счетчика 14 импульсов, работающего в режиме вычитания. Счетчик 14 импульсов во время цикла измерения обнуляется в момент времени о „= 1 1 и .( где 1 — частота нм1тульсов, а „= и о

При этом нуль-орган 16, срабатывая, пере10 водит триггер 6 в состояние, запрещающее йрохожденне импульсов через схему 9 совпадения. Сигнал на выходе нуль-органа 16 разрешает прохождение импульсов через схемы 11 и 12 совпадения, а также переводит схему 17 выборки-хранения аналогового сигнала в режим "Хранение". Схема 17 выборки-хранения аналогового сигнала до момента с ц удерживается сигналом на выходе нуль-органа 16 в режиме "Выборка". Таким

20 образом, на схеме 17 выборки-хранения аналогового сигнала запоминается уровень напряжения 0 "„ ц в соответствии с (3), которое затем преобразуется в однополярное схемой

19 определения модуля.

25 . Напряжение питания 0, индукционного фазоврашателя схемой 18 онределення модуля преобразуется в однополярное пульсирующее напряжение г

Это однополярное пульсирующее напряжение IU подается на вход узла сравнения (нуль-органа) 4, который вырабатывает короткий импульс в момент перехода пульсирующего напряжения через нуль, и это пуль35 сирующее напряжение также подается на пер-. вый вход узла 3 сравнения, на второй вход которого в качестве опорного подается сигнал с выхода схемы 19 определения модуля.

На выходе узла 3 сравнения вырабатывается короткий импульс в момент, определяемый равенством (4). Импульсы с выходов узлов

4 и 3 сравнения через схемы 12 и 11 совнадения поступают на первый и второй входы триггера 7, переводя его в состояние,. противоположное исходному, а затем снова в ис45 ходкое состояние. В интервале времени между этими импульсами генератор 13 импульсов через схему 10 совпадения заполняет счетчик

15 импульсов. Таким образом в счетчике оказывается число

50 где М вЂ” подсчитанное число импульсов; 㻠— частота заполняющих импульсов.

Из (6) и (5) следует, что к (7) о

Подсчитанное в соответствии с (7) число импульсов переписывается в буферный регистр 20, где хранится до .следующего измере ния, одновременно в регистр 21 записывается код Х знака напряжения, зафиксированного на схеме выборки-хранения. В буферном регистре 20 оказывается, таким образом, код часто. ты вращения вала фазовращателя, а в регистре 21 — код направления вращения вала;

Короткий импульс с выхода схемы 11 совпадения поступает также на второй вход счетчика 14 импульсов и он устанавливается в исходное состояние, при этом в нем записано число Nq . Этот же импульс поступает на

190265 8 второй вход триггера 5 и переводит его в исходное состояние. Изменившийся вследствие записи в счетчик 14 импульсов числа Мв сит. нал на выходе нуль-органа 16 закрывает схемы 11 и 12 совпадения и переводит схему выборки-хранения аналогового сигнала 17 в режим "Выборка".

Предлагаемое устройство позволяет повыf0 сить точность измерения частоты вращения вследствие полной линейности характеристики измерения во всем диапазоне измеряемых скоростей прн сохранении быстродействия и диапазона измерения.

Фив. Е

ВНИИПИ Заказ 6972146 Тираж 896 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4