Устройство для измерения скорости вращения
Иллюстрации
Реферат
8) Б.М. Матвеев (72) Автор изобретения > у
Опытное производственно-техническое предприятие
"Уралчерметавтоматика"
4 (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ
ВРАЩЕНИЯ
Изобретение относится к техникеизмерения и контроля параметров вращения и может быть использовано для измерения скорости вращения различного рода валов. и механизмов.
Известно устройство для измерения скорости вращения, которое состоит из импульсного датчика скорости, счетчика числа периодов, ключа, триггера и генератора эталонной частоты (1 1.
1о
Счетчик импульсов эталонной частоты вырабатывает сигнал, снимаемый с выхода одного иэ разрядов счетчика импульсов эталонной частоты. Счет времени заканчивается при появлении перво15 го после сигнала импульса с датчика скорости. Фактически определяется полное время, укладывающееся в целое число импульсов с датчика скорости. При этом для определения скорости необходимо делить, целое число оборотов N2 на переменную величину N<, записанйую в счетчик импульсов эталонной частоты, однако узел, производящий это вычисле ние, в устройстве отсутствует вследствие чего оно не позволяет автоматически определять угловую скорость.
Кроме того, устройство не обеспечивает заданную точность, так как за время появления N> импульса определяется неполный интервал времени в связи с тем, что вычисление в счетчике импульсов эталонной частоты начинается от заднего фронта импульса с датчика и прекращается передним фронтом с датчика. Следовательно, ошибка зависит от скважности импульсов с датчика.
При снижении скорости вращения длительность периода с датчика растет, что приводит к переполнению счетчика импульсов эталонной частоты и тем самым к искажению результатов измерения.
Указанные выше недостатки в целом снижают точность измерения.
Также известно устройство для измерения скорости вращения, содержащее кварцевый генератор, датчик оборотов, управляемый делитель частоты, выход 97427 которого соединен с установочными входами первого и второго триггеров, четыре элемента И, счетчик, счетный вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход - к информационному входу регистра Я .
В этом устройсгве скорость вращения определяется по количеству импульсов, поступающих с датчика импульсов за определенный эталонный интервал времени,10 причем начало очередного измерения, т. е. начало очередного эталонного интервала времени синхронизируется с импульсами, поступающими с датчика импульсов.
Устройство обеспечивает прохождение и счет входных импульсов без пропусков, так как в счетчик импульсов записываются импульсы, сдвинутые на половину периода относительно начала отсчета, для чего необходимо, чтобы импульсный датчик имел равные по ширине зубья и впадины на диске модулятора. По окончании каждого цикла измерения с четырех выходов блока команд поступают поочередно команды в различные узлы устройства. Таких сдвинутых во времени команд четыре., Время, за. нимаемое выдачей команд, равно не менее четырем периодам кварцевого гене- З0 ратора. Скорость вращения можно измерить с точностью +0,5 единицы младшего разряда счетчика. Такая точность достигается за счет синхронизации начала отсчета эталонного времени с оче-, редным импульсом от датчика и за счет, 35 сдвига относительно этого сигнала импульса, поступающего в счетчик (2 j.
Однако это устройство характеризуется недостаточной точностью при нару40 шении непрерывности измерения, например, в случае, когда появление очередного импульса с датчика совпадает с циклом работы блока команд, вследствие чего импульс не проходит через узел совпадения, не переворачивает
45 триггер и не запускает новый цикл измерения. При этом не сосчитан следующий сдвинутый импульс, т, е. имеет место пропуск одного импульса. Случай сбоя происходит также при остановке вала, связанного с датчиком, или при переключении устройства на другой датчик, который в данный момент не вра" щается.
В устройстве новый цикл измерения запускается очередным импульсом с датчика и при неподвижном датчике на управляемый делитель частоты и счетчик
4 .ф не поступают соответствующие импульсы и при этом в регистре остается результат измерения, записанный в предыдущем цикле.
Если же в новом цикле измерения прекратится поступление импульсов с датчика. импульсов и импульс в делитель частоты не поступает, то на его выхо" де импульсы отсутствуют. В этом случае блок команд не срабатывает и нулевой результат иэ счетчика не переписывается в регистр, в котором сохраняется результат измерения предыдущего цикла. Эта ошибка в показаниях может быть значительной.
Цель изобретения - повышение точности измерения.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены два триггера, два элемента И, узел сдвига фазы входного сигнала и распределитель, причем выход кварцевого генератора соединен со входом распределителя, первыи выход которого подключен к счетному входу управляемого делителя частоты и ко входу синхронизации третьего триггера, второй выход — ко вторым входам второго, шестого элементов И и узла сдвига фазы входного сигнала, третий выход - ко второму входу первого элемента И и к третьему входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый выход - к сбрасывающему входу первого триггера и к первому входу пятого элемента И, пятый выход - ко входу синхронизации четвертого триггера, а шестой выход - к первому входу узла сдвига фазы входного сигнала, ° четвертый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, со вторым входом пятого элемента И и с третьим входом шестого элемента И, а выход— со вторым входом чеТвертого элемента
И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, сбрасывающий вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а прямой выход — с первым входом шестого элемента И, выход .которого подключен к установочному входу управляемого делителя частоты, выход датчика оборотов соединен с информационным входом третьего триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и к информационному входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход первого триггера подключен к первым входам первого и вто5 974274
6 рого элементов И, выходы которых со- 5.2, выход регистра 9 является выхоединены соответственно со сбрасываю- дом устройства. щим входом счетчика и со вторым вхо- Распределитель 2 может быть выполдом регистра. нен в нескольких вариантах, в частНа фиг. 1 представлена схема устро- g ности в виде цепочки одновибраторов, йства, на фиг. 2 - пример конкретного где каждый последующий одновибратор выполнения узла сдвига входных импуль- запускается при возврате предыдущего сов. одновибратора в исходное состояние.
Устройство для измерения скорости Первый одновибратор запускается имвращения содержит кварцевый генератор 1О пульсом от кварцевого генератора, при1, распределитель 2, управляемый де- чем каждый раз на выходах узла 2 политель 3 частоты, триггеры 4.1-4.4, является сдвинутый во времени пакет элементы И 5. 1-5.6, датчик 6 оборотов, импульсов, вначале на первом выходе, узел 7 сдвига фазы входных импульсов, а затем по порядку на следующих высчетчик 8 и регистр 9. 1 ходах. Цикл работы распределителя 2
Выход кварцевого генератора 1 свя- может быть выбран меньше, чем период зан с входом распределителя 2, первый кварцевого генератора l. выход которого подключен к входу син- Распределитель 2 предназначен для хронизации триггера 4.3 и к счетному тактирования отдельных сигналов в развходу управляемого делителя 3 частоты,щ ных цепях устройства и для предотвравторой выход распределителя 2 - к вто- щения сбоев за счет одновременного рым входам элементов И 5.2 и 5.6, тре- появления импульсов на разных входах
jt тий выход распределителя 3 — к второ- узлов устроиства. му входу элемента И 5. 1, четвертый вы- Управляемый делитель частоты 3 моход - к сбрасывающему входу триггера 2$ жет быть выполнен, например, в виде 4. 1, и к первому входу элемента И 5.5, двоичного счетчика с Устанавливаемым пятый выход распределителя 2 - к вы- коэффициентом пересчета, считающего ходу .синхронизации триггера 4.4, шес- импульсы от генератора 1 (через растой выход - к одному иэ входов узла пределитель 2). Делитель частоты 3
7 сдвига фазы входных импульсов, дру- з служит для получения заданного этагой. вход которого соединен с выходом лонного интервала времени, в течение элемента И 5. 3, с вторым входом эле- которого подсчитываются импульсы с мента И 5.5 и с третьим входом элемен- датчика 6. При подсчете установленно" та И 5.6, первый и второй стробирую- го числа импульсов на выходе счетчищие входы подключены соответСтвенно ка появляется сигнал переполнения и к второму и третьему входам распреде- 35 счетчик устанавливается в исходное солителя 2, установочные входы тригге- стояние. Коэффициент пересчета выбираров 4. 1 и 4.2 соединены между собой ется в соответствии с требуемым значеи подключены к выходу управляемого де- нием эталонного отрезка времени и с выход триггера 4 1 частотой кварцевого генератора 1 и засоединен с первыми входами элементов писывается в виде числа в дополнительИ 5.1 и 5.2, прямой выход триггера ном коде в счетчик при Установке его
4.2 е вому входу элемен- в исходное состояние. Установочный .2 подключен к первому входу эл та И 5.6, а инверсный выход - к р и выход - к пер- вход служит для возврата счетчика в вому входу элемента И 5.4, второй вход исходное состояние при появлении имкоторого подключен к выходу узла 7 пульса на этом входе. сдвига фазы, выход датчика 6 соединен Триггеры 4.1 и 4.2 могут быть выс информационным входом триггера 4.3, полнены, например, в виде К- или Ювыход последнего подключен к информа- триггеров и служат для запоминания ционному входу триггера . и гера 4.4 и к пер- сигнала переполнения с управляемого вому входу элемента И 5.3, второй вход делителя частоты 3 и устанавливаются которого соединен с инверс с инверсным выходом в "1" в момент появления этого сигнатриггера 4.4, выходы элементов И 5. 1 ла. Триггер 4.1 сбрасывается в "О" и И 5.4 подключены к сбрасывающему и третьим стробирующим импульсом от рассчетному входам счетчика 8 соответст- пределителя 2, а триггер 4.2 при появвенно, выход которого подк ого подключен к пер-> лении сигнала на выходе элемента 5.5. вому входу (информационному) регист- Т игге ы 4.3 и 4.4 сл жат для стро- ра 9, второй (записывающий)вход кото- бирования импульсов, поступающих с рого соединен с вых с выходом элемента И датчика импульсов 6, и для формирова74
7 9742 ния одиночного сигнала на выход элемента И 5.3 при появлении сигнала с датчика импульсов б после очередного переполнения делителя частоты 3.
В данном примере триггеры 4.3 и
4,4 - 0-триггеры, но можно использовать ! К- и RS-триггеры.
Элементы И 5.1-5.6 являются обычными потенциальными схемами, которые.при одновременном наличии сигналов,на их 10 входах выдают на своих выходах сигналы.
Элементы И 5.1-5.2 служат в качестве ключей, пропускающих стробимпульсы перезаписи в регистр 9 и сброса счет- 1S чика импульсов 8 в конце такта измерения °
Элемент И 5.3 служит для формирования стробирующих импульсов фиксированной длительности при каждом появлении 20 сигнала с датчика оборотов б.
Элемент И 5.4 блокирует прохождение импульсов на счетчик 8 после окончания цикла измерения.
Элемент,И 5.5 служит для стробиро-,2s .вания импульса сброса триггера 4.2 в этом цикле.
Элемент И 5.6 служит для стробирое вания сигнала с элемента 5.3 установки управляемого делителя 3 в исходное З0 состояние. Да гчик импульсов 6 представляет собой узел, который вырабатывает при вращении контролируемого объекта импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращения вала объекта.
Особых требований к скважности импульсов с датчика б (в отличие от прототипа) не предъявляется, а обеспечение требуемой длительности импульса необходимо только для того, чтобы ус:пел сформироваться импульс на выходе датчика 6. Если на выходе датчика б формируются, например, сигналы синусоидальной формы, то необходимо в уст 4g ройство включить формирователь импульсов, входящий в состав самого датчика.
Узел сдвига фазы входных импульсов 7 предназначен для формирования серии .импульсов, сдвинутых на полпериода относительно импульсов, поступающих с датчика оборотов 6.
Триггер 10.1 является пересчетным и делит в два раза частоту, поступающую на вход счетчика 11.1. Счетчики
11.1 и 11.2 имеют одинаковое число разрядов.
Триггер 10.2 в данном конкретном случае является IК-триггером. Его устанавливающий вход связан с выходом счетчика 11.2. При переполнении этого счетчика появляется сигнал, который своим задним фронтом переводит триггер 10.2 в единичное состояние.
К выходу элемента 12.1 подключен установочный вход счетчика 11.2, к выходу элемента 12.? подключены сбрасывающие входы элементов 10.1, 10.2 и 11. 1. Выход элемента 12.3 является выходом узла 7. Установочные входы счетчика 11.2 поразрядно соединены с инверсными выходами счетчика 11. 1.
Счетные входы тпиггера 10.1 и счетчика 11.2 соединяются между собой и являются одним из входов узла 7, подключенный к шестому выходу распределителя 2 устройства. Соединенные между собой первые входы элементов И 12.1 и 12.2 являются другим входом узла 7 и соединены с выходом элемента И 5.3.
Вторые входы элементов И 12.1 и 12.2 являются стробирующими входами и соединены соответственно к второму и третьему выходам распределителя 2.
При использовании,.например, аналогового варианта эти цепи могут отсутствовать.
Узел сдвига фаз 7 в данном варианте по результатам измерения длительности предыдущего периода вырабатывает в текущем периоде сигнал через интервал времени, равный половине длительности предыдущего периода. Это осуществляется следующим образом.
Счетчик И 11.1 (через триггер 10.1) и 11.2 непрерывно считают импульсы, поступающие с шестого выхода распределителя 2.
При очередном поступлении импульса с датчика оборотов 6 на выходе элемента 5.3 является сигнал, который поступает на первые входы элементов 12 1 и
12.2 и разрешает прохождение стробов с второго и третьего выходов распреПример, конкретного выполнения узла сдвига 7 приведен на фиг. 2.
Узел сдвига фазы входных импульсов
7 (фиг. 2) содержит триггеры 10.1 и
10.2, счетчики 11.1 и 11.2, элементы
И 12.1-12.3.. делителя 2 соответственно на устанавливающий вход счетчика 11.2 и на сбрасывающие входы триггеров 10.1 и 10.2 и счетчика 11. 1. При этом информация, содержащаяся в счетчике 11.1, записывается в дополнительном коде в счетчик 11.2, после чего триггера 10.! и
974274
10.2 и счетчик 11.1 устанавливаются в исходное состояние. Счетчик 11. 1 начинает считать длительность текущего периода, а в счетчике 11.2 начинает с удвоенной скоростью считывать запи- % санное в нем число. Так как счетчик
i1.2 считает с удвоенной частотой, то записанное число сосчитано в два раза быстрее, чем оно было записано, т. е. через полпериода, при этом на выходе счетчика 11.2 появится сигнал переполнения, который поступает на выход узла 7 и сосчитан счетчиком 8 в середине текущего полупериода.
В момент окончания сигнала триггер 1
10.2 перевернется в единичное состоя» ние и закроет элемент И .12.3.до появления следующего импульса с датчика оборотов 6.
Триггер 10.2 и элемент И 12.3 слу- 20 жат для защиты. при необходимости от повторного переполнения по каким-либо причинам счетчика 11.2 в пределах одного .периода.
Таким образом, на выходе узла 7 2S появляется .последовательность импульсов, сдвинутся на 180 относительно сигналов, поступающих с датчика оборотов 6, независимо от скважности этих сигналов. 30
Устройство измерения скорости вра-щения работает следующим образом.
Кварцевый генератор 1, независимо от наличия или отсутствия импульсов на выходе датчика 6, вызывает циклическую работу распределителя 2. При каждом срабатывании распределителя 2 импульсы с его первого выхода сосчитываются узлом 3. На выходе узла 3, синхронно с первым тактом распредели- 4в теля 2, периодически появляется сигнал, который переводит триггера 4.1 и 4.2 в единичное состояние. При этом триггер 4. 1 открывает элементы И 5. 1 и 5.2, а триггер 4.2 выдает разрешаю- „ щий сигнал на элемент И 5.6 и закрывает элемент И 5.4.
При этом второй строб распределителя 2 проходит на синхронмзирующий вход регистра 9, вызывая перезапись в него информации с выхода счетчика
8. Вслед за этим третьим стробом с распределителя 2 счетчик 8 сбрасывается в исходное состояние °
Триггер 4. 1 сбрасывается в нулевое
И состояние четвертым стробом с распределителя 2.
Таким образом, независимо от наличия сигналов с датчика оборотов 6, периодически сигналом с выхода узла 3 осуществляется перезапись информации в регистр 9 из счетчика 8 и сброс последнего.
При каждом появлении очередного импульса на выходе датчика.ф на выходе элемента И 5.3 вырабатывается сигнал начало которого совпадает с началом первого строба распределителя 2, а конец - с началом пятого строба с расI пределителя 2, причем сигнал этот поI является только в такте распределителя, .следующим первым после появления очередного импульса на выходе датчика 6.
Осуществляется это следующим образом.
Триггер 4.3 переписывает состояние
Рыхода датчика 6 каждый раз, когда на триггер 4.3 поступает импульс (первый строб) на его синхронизирующий вход.
Состояние триггера 4.3 переписывается в триггер 4.4 с задержкой, так как на его синхронизирующий вход поступает импульс с пятого выхода распределителя 2. .Предположим, что в исходном состоянии на выходе датчика 6 сигнал отсут" ствует. Тогда в триггерах 4.3 и 4.4 будут записаны нули и на выходе элемента И 5.3 сигнал будет отсутствовать
Если на выходе датчика 6 появится сигнал, то при появлении очередного стро" ба на первым выходе распределителя 2 триггер 4.3 перейдет в единичное состояние. При этом на выходе элемента
И .5.3 появится сигнал, так как. элемент И 5.3 срабатывает, когда в триггере 4.3 записана "1", а в триггере
4.4 — "0". При появлении пятого строба в триггер 4,4 также записывается
"1" и сигнал на выходе. элемента И 5.3 исчезает и не появляется при следующих циклах работы распределителя 2, несмотря на то, что сигнал на выходе датчика 6 будет сохраняться, так как в триггерах 4.3, 4.4.будут записаны "1".
При исчезновении сигнала на выходе датчика триггера 4.3 и 4.4 в той же последовательности вернутся в исходное состояние, но при этом на выходе элемента 5.3 сигнала не будет. Сигнал появится вновь только в момент появления очередного импульса на выходе датчика 6. При появлении сигнала на выходе элемента И 5.3 узел 7 устанавливается в исходное состояние и при установленном в единичное состояние триггере 4.2, разрешается прохождение .
Формула изобретения
9742 второго строба с распределителя 2 че-. рез элемент И 5.6 на установочный вход узла 3 и прохождение четвертого строба с распределителя 2 через элемент
И 5.5 на сбрасывающий вход тригге- s ра 4.2
Таким образом, осуществляется синхронизация начала очередного цикла измерения с очередным, в данном цикле измерение первым импульсом с датчика 6,10
При сброшенном триггере 4.2 сигнал с выхода элемента И 5.3 поступает только на .вход узла 7, управляя его работой.,С узла 7 через элемент И 5.4 импульсы начинают поступать на вход сче-lg тчика 8, в котором сосчитываются, и при очередном срабатывании узла 3 показания счетчика 8 записываются в ре\ гистр 9. С выхода последнего снимается информация об очередном цикле из- gg мерения.
Введение узла сдвига фазы в устройстве позволяет исключить влияние скважности на точность измерения, а также обеспечить необходимый сдвиг фазы на
180 . Исключены сбои и не нарушается непрерывность измерения в случае, когда импульс с датчика совпадает с циклом работы управляемого делителя, так как с помощью вновь введенного распре- о делителя разделены во времени сигналы окончания очередного цикла и сигналы начала нового цикла. За счет того, что считывание в регистр и сброс счетчика сделаны независимыми от наличия
35 или отсутствия сигналов на выходе дат чика, исключены сбои при остановке датчика.
Ь
Устройство для измерения скорости вращения, содержащее кварцевый генератор, датчик оборотов, управляемый делитель частоты, выход которого соединен с установочными входами перво-, го и второго триггеров, четыре элемента И, счетчик, счетный вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, а выход - к информационному входу регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности
74 12 измерения, в него введены два триггера, два элемента И, узел сдвига фазы входного сигнала и распределитель, причем выход кварцевого генератора соединен со входом распределителя, первый выход которого подключен к счетному входу управляемого делителя частоты и ко входу синхронизации третьего триггера, второ" выход - ко вторым входам второго., шестого элементов И и узла сдвига фазы входного сигнала, третий выход — ко второму входу первого элемента И и к третьему входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый выход - к сбрасывающему входу первого триггера и к первому входу пятого элемента И, пятый выход — ко входу синхронизации четвертого триггера, а шестой выход — к первому входу узла сдвига фазы входного сигнала, четвертый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, со вторым входом пятого элемента И и с третьйм входом шестого элемента И, а выход - со вторым входом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, сбрасывающий вход которого соединен с выходом пятого элемента И, а прямой выход — с первым входом шестого элемента И, выход которого подключен к установочному входу управляемого делителя частоты, выход датчика оборотов соединен с информационным входом третьего триггера, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И и к информационному входу четвертого триггера, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго элементов И, выход которых соединен соответственно со сбрасывающим входом счетчика и со вторым входом регистра.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
У 670890, кл. G 01 Р 3/48, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР
М 645085, кл. G 01 P 3/54, 1977 (прототип).
974274
/ р0 х g
Заказ 8687/62
Тираж 887 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент",, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Составитель М. Хаустов
Редактор Н. Киштулинец Техред E.Õàðèòoéöèê Корректор Г. Огар