Устройство для измерения скорости

Устройство для измерения скорости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалнстическнк

Республик

Ф

7ф S

К .АВУОИЖОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву. (22) Заявлено 1611.79 (21) 2840852/18-10 (51)M с присоединением заявки No

: (23)

G 01 Р, 3/54

G 01 P 3/489

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Приоритет

Опубликовано 150781.бюллетень М 26:

{53) УДК 621. 317. .39."531 ° 7 (088.8) Дата опубликованияописания 150781 "Pr, л, р

В.B. дндрущук „ Е.И. Грозов и А.Л. Логинов - "" «М

I - :-:- ..;, "3, Ленинградский ордена Ленина политехнический ститут" — А- . им. М.И. Калинина (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО цЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости вращения или поступательного перемещения подвижных объектов. 5

Известно устройство измерения ско.рости, основанное на определении периода сигнала дискретного преобразователя перемещения объекта путем подсчета числа импульсов эталонной частоты за интервал времени, равный периоду следования импульсов дискрет.ного преобразователя перемещения объекта 11 .

Основным недостатком известного 15 устройства является низкая точность измерения скорости .движения, обусловленная. динамической погрешностью„ которая наиболее сильно проявляется при нестацнонарных режимах работы 20 исследуемого механизма.

Известно также устройство измерения угловой скорости, работа которого основана на подсчете числа импульсов эталонной частотй за интервал време-, 25 ни, равный периоду .сигнала дискретного преобразователя угла. Это устройство содержит дискретный преобразователь угла, формирователь импульсов, генератор эталонной частоты, счетчик 30 импульсов и логическую схему управления. Дифференцирующая цепочка по переднему фронту прямоугольного импуЛьса дискретного преобразователя угла включает счетчик импульсов, на вход которого подается сигнал эталонного генератора, по заднему фронту останавливает счетчик и приводит схему в исходное состояние (21 .

Основным недостатком данного устройства является низкая точность кэмереиня, обусловленная динамической погрешностью прибора, который фактически измеряет среднее значение скорости эа временной интервал, равный периоду сигнала дискретного преобразователя угла.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены три блока разностй, три блока деления, два регистра памяти и сумматор, причем выход счетчика импульсов подключен к информационным входам первого регистра памяти н блока первой разности, выход которого соединен со входом первого блока деления и с информационным входом блока второй разности, выход которого подключен ко входу второгс(847202 блока деления и к информационному входу блока третьей разности, выход которого соединен со входом третьего блока деления, ныход которого подключен к четвертому входу сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго блока деления, второй вход— с выходом первого блока деления, первый вход — с выходом первого регистра памяти, а выход — с информационным входом второго регистра памяти, при

l этом установочные входы первого регистра памяти и блока первой разности подключены ко второму выходу блока управления., третий выход которого соединен.с установочным входом блока второй разности, четвертый выход — с установочным входом блока третьей разности, а пятый выход — с установочным входо)а второго регистра памяти..

На чертеже показана блок-схема устройства .

Выход дискретного преобразователя

1 угла соединен с входом блока 2 управления и с первым входом ключа 3, выход которого соединен со счетчиком

4 импульсов. Генератор 5 эталонной частоты подключен ко второму входу к 1юча 3. Выход счетчика 4 импульсов соединен с информационными входами .первого регистра б памяти и блока 7 первой разности. Выход блока 7 первой разности подключен к информационному входу блока 8 второй разности и к входу первогб блока 9 деления.

Выход блока 8 второй разности подключен к информационному входу блока

10 третьей разности и к входу второго блока 11 деления. Выход блока 10 третьей разности соединен с входом третьего блока 12 деления. Выход первого регистра б памяти и выходы блоков 9, 11 и 12 деления подключены к соответствующим входам сумматора

13, выход которого соединен с инфор.мационным входом второго регистра

14 памяти. Первый блок 9 деления осуществляет деление поступившего на его вход числа на два, второй блок 11 деления делит число на три и в третьем блоке 12 деления производится деление числа на четыре.

Таким образом на входы сумматора 13 поступают числа с выходов блока 7, 8 и 10 разности, поделенные соответственно на дна, три, четыре.

Первый выход блока 2 управления соединен с установочным входом счетчика 4 импульсов, второй выход — с установочным входом первого регистра 6 памяти, и с установочным входом блока 7 первой разности, третий аыход — с установочным входом блока 8 нторой разности, четвертый выход— с установочным нходом блока 10 третьей разности, пятый выход — с установочным входом пятого регистра 14

11амяти.

Устройство работает следующим образом.

B исходном состоянии ключ 3 закрыт и на вход счетчика 4 импульсов сигнал от эталонного генератора 5 не поступает. С приходом первого импульса дискретного преобразователя 1 угла ключ 3 открывается и на вход счетчика 4 импульсов поступает сигнал с эталонного генератора 5. По окончании импульса преобразователя 1 угла ключ

3 закрынается и на выходе счетчика 4 появляется число 1, пропорциональ-! ное среднему значению скорости

2ЛГд

1N„ р = -----1 (1) где Z — число импульсов, вырабатываемое дискретным преобразователем угла за один оборот;

Г0 — частота эталонного генерато20 ра.

По заднему фронту импульса дискретного преобразователя 1 угла в блоке 2 управления формируется серия коротких импульсов, первый из которых осуществляет запись информации в первый регистр б памяти и в блок 7 первой разности, второй. сбрасывает показания счетчика 4 в ноль, третий переводит информацию из блока 7 пер-. вой разности н блок 8 второй разнос30 ти, четвертый переводит информацию из блока 8 второй разности в блок 10 третьей разности, пятый импульс записывает информацию сумматора 13 во

"второй регистр 14 памяти.

S0

S5

После первого измерения счетчик 4 содержит информацию о среднем значении скорости на первом интервале измерения Т1(показания счетчика N„).

Перепись этой информации осуществляет.— ся первым импульсом блока 2 управления по второму выходу н регистр 6 памяти и в блок 7 первой разности. Затем второй импульс блока 2 управления устанавливает счетчик 4 в нулевое состояние и подготавливает его к новому циклу счета. Третий и четвертый импульсы блока 2 управления не изменяют показания блоков нторой 8 и третьей .10 разности, так как .они не имеют информацию о предыдущих значениях скорости. Пятый импульс записывает показания сумматора 13 в регистр

14 памяти. Эти показания равны среднему. значению скорости на первом интервале измерения и р„, которое поступает.в сумматор 13 с выхода пе9вого регистра б памяти. Информация с остальных блоков устройства в сумматор 13 не поступает. Следующий импульс дискретного преобразователя 1 угла открывает ключ 3 и на счетчик

4 поступают импульсы с выхода эталонного генератора 5 н течение второго интервала Т, . По окончании счета на выходе счетчика 4 появляет<.ч чи..ло

847202 и, определяющее среднее значение скорости

2л fr7

Ъ.

CP2 z и (2)

Х

По заднему фронту импульса дискретного преобразователя 1 угла формируются в блоке 2 управления импульсы, первый из которых записывает показания счетчика 4 (число и ) в первый регистр б памяти и в блок 7 первой разности. При этом на выходе бло» 1О ка 7 первой разности появляется чис-. ло, пропорциональное приращению скорости

Ng= NQ+ 2 d N (4)

После третьего измерения (й8) в описанной последовательности на выходе первого регистра б памяти появляется число N>, на выходе блока 7 первой разности — число 35 1 3 (5) и на выходе блока 8 второй разности появляется число,. равное разности приращения скорости между первым и вторым измерением и вторым и третьим измерением

de й„ = Ь й„ -AN< (б)

В результате на выходах суммато ра 1.3 и соответственно регистра 14 45 памяти формируется сумма вида й, =N> дй + ы1й„

1. (7) :5О

После четвертого измерения импульсами блока 2 управления информация счетчика 4 импульсов в виде числа

N записывается в регистр б памяти и в блок 7 первой разности, íà выходе которого появляется число, пропорциональное приращению скорости между четвертым и третьим измерением

Д и 3 й3 й4 (8)

Это число записывается в блок 60

8 второй разности и на его выходе, формируется число, равное разности двух соседних приращений скорости b Ng * b и " Ьй . (9). дй„= й„-й

Второй Импульс блока 2 управления устанавливает счетчик 4 в нулевое состояние. Третий импульс переписывает показания блоКа 7 первой разнос- . ти в блок 8 второй разности. Четвер- 20 тый импульс не изменяет показания блока 10 третьей разности, так как на его.информационный вход сигнал не поступает. Первый импульс записывает информацию сумматора 13 в ре» 5 гистр 14 памяти. На выходе регистра

14 памяти формируется число равное сумме .

Затем эта разность записывается в блок 10 третьей разности и на его выходе появляется число лдпя N„= дай„-мй2 (10)

Полученные в блоках разности числа проходят через соответствующие блоки деления и на выходе сумматора формируется сумма вида ь

HZ--N4+16Н + ddNZ+

1 которая последним импульсом с блока

2 управления записывается во второй регистр 14 памяти. Эта сумма опреде-, ляет текущее значение скорости в конце четвертого от начала работы при-. бора интервала измерения. Все последующие измерения несут информацию о текущем значении скорости.в конце каждого интервала измерения.

Покажем, что результат измерения скорости в виде суммы (11) включает динамическую погрешность прибора, возникающую при нестационарных режиГ мах работы исследуемого механизма.

Обозначим текущее значение скорости, измеренное прибором, от и запишем выражение для этой величины с учетом формулы (11)

«0т « р4+й «асср 3+ Мср + ЛЬЕ«6ср1 (2)

В этой формуле использованы слеО дующие обозначения

gPgg 23Гфо М с ср4 z й4 сръ йЗ ср2 z й1 щ о д«ю =а

СР.) и )1 о9 ), СР4 ted& с)Р О. СРЪ

= )4Ь у Д«) ср =®ср "ср.) д ®ср =а®ср -д«"ср д я)ср1= d cpa cp - «)J«.pg->< +cps

Таким образом, на выходе предлагаемого устройства текущее значение скорости формируется с учетом следующих поправок 11«ц=рь +(«t).p4 «4 срз) .л 1 характеризует пр3ращейие среднего значения скорости между последним и предыдущим измерением;эддиi р - )L .i

= (3™м р ) характеризует иэмейейие двух соседних приращений, рывок скорости) характеризует приращение двух соседних рывков скорости.

В большинстве производственных механизмов, имеющих значительные инерционности и при малом времени изме- .. рения Т, можно достаточно точно апроксимировать кривую t(t) на участке измерения параболой вида (б (М=Ев +);++.> +1, (1З ) где Я „ — начальное зйачение ускорения на первом участке измерения.

Текущее (мгновенное) значение скорости механизма в конце последнего интервала измерения определяется формулой т. т2

+s=+4 1Ф) *®дед+) Q )В Ид т э; — °

Т

H.I (14)) 847202!

Среднее значение скорости на последнем интервале измерения Т4

t Tt

444 4 Т 4(414 44 "4 (404+)44"А44 )ЛМ4=Ю4+ т- т1 гЗ .

+<о4-+1) ь (15) 5

Сравнивая формулы (14) и (15) приходим к выводу, что динамическая погрешность измерения скорости, если в приборе не вводятся поправки, может быть значительной и определяется вы. Ражением

4 2 ()

4 9.

Первая составляющая ошибки (16) on-)5 . Ределяется постоянным значением ускорения на интервале измерения, вторая составляющая определяется рывком скорости, третья составляющая определяется интенсивностью изменения рывка.

Покажем, что определение приращения скорости по двум соседним измерениям позволяет ввести поправку внда е 4т т 0Ь =-, { ;(„ )=,{e4 ),Маа-,— о3 . 25 т т т

-Т1))Е (h) +=44(It:,(t)atty Ц4))4)4.T+ ) т Tt

-ЦЬ (4)44М)=, (4„.(„4 l 4 ))4.ф44 it+ >()

Tt . +lt )diCh-ТД(ъ ithti,h) )4 = tI(f44Т+,Т 4, kn Ò T. т TS т Ti Ta

-ф — -, + «8 + Q Я„-) -4,, Х, .-,,)= З5 4 03 2 lh" $ h",4Ò)- ZS,Т ЩЯО4Т4

+:. A4T-g 4T )=- е,4т-;1 т8 (n)

При выводе Формулы были испольэо- 40 .ваны следующие соотношения

E (öÆ ) E< -йоъ+Ь„т+ т

ПОкажем, что разность двух соседних приращений позволяет ввести поп- 45 равку вида — Л1т

) .: . 4 Г

-д (. =-((а -аюс )= ® Т вЂ”.Х т 8„т

+ - т )= — { o "Õ4ò 2 Т --1 т -6 т+6-,Х Т )=

«.«(A)т +1 Т )= 1„Т .(-

Ф

При выводе последнего выражения использовано .следующее соотношение (4 аа,г- obT le

Результирующая поправка по реэуль55 татам измерения блока первой и второй разности с учетом выражений (17) и (18), равна

4Ц =)1аиЬ ь+уь саь=у о4 1 т wyly л " щ

= т 1Х тз

504 91

Таким образом предложенная в устройстве поправка, вводимая блоком первой и второй разности, позволяет полностью компенсировать динамическую погрешность применительно к рассмотренному закону движения Е(Ц---

=Е„„ +Л„6 + Л ь(. Можно показать, что если закон движения имеет бЬлее сложную форму и аппроксимируется кривой более высокого порядка, требуется вводить поправку в виде результата, получаемого -блоком третьей разности.

Формула изобретения

Устройство для измерения скорости, содержащее дискретный преобразователь. угла, выход которого соединен с блоком управления и со входом ключа, второй вход которого подключен к генератору эталонной частоты, а выход. — к.счетчику импульсов, установочный вход которого соединен с первым выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,.с целью увеличения точности измерения, в устройство введены три блока разности, три блока деления, два регистра памяти и сумматор, причем выход счетчика импульсов подключен к информационным входам первого регистра памяти и блока первой разности, выход которого соединен со входом первого блока деления и с информацион ным входом блока второй разности, выход которого подключен ко входу второго блока деления и к информационному входу блока третьей разности, выход которого соединен со входом третьего блока деления, выход которого подключен к четвертому входу сумматора, третий вход которого соединен с выходом .второго блока деления, второй вход - с выходом первого блока деления, первый вход — с выходом первого регистра памяти, а выход — с информационным входом второго регистра памяти, при этом установочные входа первого регистра памяти и блОка. первой Разности подключены ко второму выходу блока управления; третий выход которого соединен с установочным входом блока второй разности, четвертый выход — с установочным входом блока третьей разности, а пятый выход - с установочным входом второго регистра памяти.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2583091/10, кл. G 01.Р 3/48 1978.

2."Авторское свидетельствб СССР

9 249798, кл. G 01 Р 3/64, 1967 (прототип).

847202

Составитель M. Хаустов

Редактор О. Иерсиянцева Техред.Н.Бабурка Корректрр,С. Шекмар

Заказ 5478/70 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/$ филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4