книги / Цифровые приборы с частотными датчиками

счета. На счетный вход триггера Т г пройдут лишь два импульса, так как при перебросе триггера Т г в исходное состояние вторым импуль­ сом возвращается в исходное состояние и триггер Т2. На этом соб­ ственно измерение заканчивается, и в счетчике Сч 1 фиксируется ре­

зультат измерения, пропорциональный либо отношению частот (на­

пример, fjfl), либо одной из этих частот в зависимости от положения переключателя Я 2.

После возвращения триггера Г 2 в исходное состояние мультивибра­

тор разблокируется и через определенное время снова запускает при­

бор для измерения по следующему каналу.

Измеряемая частота может умножаться умножителем в 100 раз,

что позволяет во столько же раз повысить точность измерения без

увеличения времени измерения. Измерительный интервал в приборе может быть установлен в пределах от 0,01 сек до 10 мин.

Рассмотрим теперь работу прибора в режиме измерения с реги­

страцией. В исходном состоянии триггеров Т3 и Т4 ключи К3 и К4 за­ крыты, реле обесточено и двигатель печатающей машины неподви­

жен. Импульсом от кнопки или от блока времени триггер цикла пе­

чати Т3 устанавливается в положение, при котором блокируется муль­ тивибратор М и запускается двигатель печатающей машины Дв через

реле P Q. Одновременно по сигналу с триггера Т3 с помощью формиро­

вателя ФИС2 устанавливаются в нулевое состояние счетчики комму­

татора печати Сч 3 и переключателя каналов Сч 2, а также через цепи «ИЛИ»3 и «ИЛИ»! запускается одновибратор Од и устанавли­ вается в исходное состояние, при котором ключ К г закрыт, триггер Т г.

Таким образом, независимо от того, в каком состоянии находились

элементы устройства, с приходом сигнала начала печати они устанав­

ливаются в исходное положение.

Далее известным порядком осуществляется измерение.

Цепь совпадения ЦС нулевых уровней сигналов одновибратора Од и триггера Т3 разрешает прохождение через ключ К3 сигнала разре­ шения печати данного канала. Этот сигнал формируется от заднего фронта импульса триггера Т 2 при его возвращении в исходное состоя­

ние по окончании собственно измерения. Ключ К3 и цепь ЦС, с одной

стороны, препятствуют прохождению этого сигнала, когда двигатель выключен, т. е. устройство работает в режиме измерения без печати, а с другой стороны, не пропускают сигнал от триггера Т 2 в момент исходной установки Т г (а следовательно, и Т 2) сигналом триггера Т4.

По окончании измерения по данному каналу сигнал с триггера Т 2 устанавливает триггер Т4 в положение, разрешающее прохождение синхроимпульсов СИ от пишущей машины через ключ К4 на счет­

чик Сч 3 коммутатора печати.

Коммутатор печати непосредственно управляет печатающей ма­

шиной. С выхода коммутатора информация, подлежащая печати,

поступает на вход машины в двоично-десятичном коде, который далее

дешифруется с помощью диодно-релейного дешифратора.

После окончания печати каждого знака с машины в прибор вы­

дается синхроимпульс СИ, который включает печать следующего

знака и таким образом осуществляет обратную связь между измери­ тельным устройством и машиной.

На рис. 12-5 показана структурно-принципиальная схема части коммутатора печати, управляющей реле Р 4. На это реле через цепь «И—ИЛИ» подаются потенциалы с правых коллекторов четвертых триггеров опрашиваемых декад счетчиков. На реле Р и Р 2, Р 3 подаются через такие же цепи «И—ИЛИ» потенциалы соответственно первых, вторых и третьих триггеров декад. Печать служебных знаков (плюс, минус и т. д.), пропуск между числами и возврат каретки осуще-

Рис. 12-6. Схема релейио-диодного дешифратора печатающей машины

ствляются путем подачи фиксированного кода на реле Р г—Р4 при соответствующих состояниях коммутатора печати.

С момента начала работы двигателя печатающая машина выдает синхроимпульсы, однако они не могут пройти на счетчик Сч 3, так как /(* закрыт. Счетчик Сч 3 находится в состоянии «О» (он сбрасы­ вается одновременно с включением двигателя), и возбужденная нуле­ вая шина дешифратора Дш 2 отрицательным потенциалом через соот­ ветствующий усилитель включает реле блокировки Р5. Последнее

(рис. 12-6) своими контактами разрывает цепь питания всех четырех

реле дешифратора печати и соленоидов, что исключает возможность печати во время производства измерений и возврата каретки. После

окончания измерения открывается ключ /С4 и первый синхроимпульс

переводит счетчик Сч 3 из «О» в «1». При этом возбужденная первая

шина дешифратора через схемы »И« пропустит на входы усилителей

релейного дешифратора фиксированный код, соответствующий сра­

батыванию электромагнита «пропуск между словами».

После поступления второго синхроимпульса возбужденная вторая шина дешифратора откроет ключи, присоединяющие выходы счетчика десятков часов ко входам усилителей релейного дешифратора. Подоб-

Рис. 12-7. Структурно-принципиальная схема пере­ ключателя каналов

ным образом опрашиваются счетчики времени, результата измерения

и номера канала. После прихода последнего, 14-го, синхроим­

пульса Сч 3 вернется в исходное, нулевое состояние, и реле Р5 снова

потенциалом, диод Д г закрыт и ключ работает как обычный усили­

тель. При отсутствии отрицательного потенциала на шине диод откры­

вается и шунтирует транзистор Т Диоды Д 2 образуют цепь «ИЛИ»,

благодаря которой напряжение с выхода включенного в данный момент

ключа поступает еще на один усилительный каскад, а затем на форми­ рователь.

Схема оконечной части счетчика времени изображена на рис. 12-8.

Для упрощения устройства регистрации десятки минут подсчиты­

ваются с помощью четырех триггеров. Связи между триггерами обра­ зованы таким образом, что этот узел счетчика имеет коэффициент

пересчета 6, а его код совпадает с кодом декад счетчика. Диоды Д, присоединенные к счетчикам единиц и десятков часов, обеспечивают

запуск формирователя импульса сброса ФИС тогда, когда в этих

счетчиках оказывается записанным число 24. При этом импульс сброса устанавливает счетчики единиц и десятков часов в нулевое состояние

(на рис. 12-8 цепь сброса не показана). Таким образом обеспечивается

получение интервалов времени, равных одним суткам (переход от 23 к 00 н).

Начальная установка счетчика времени на текущее время осу­

ществляется путем подачи на его оконечную часть импульсов с перио­ дом,, меньшим, чем 1 мин (10 сек, 1 сек, 0,1 сек) при визуальном кон­

троле его состояния по цифровому табло.

12-2. Прибор для измерения быстро меняющихся величин

Описываемый в настоящем параграфе прибор был разработан

В. С. Гутниковым, А. М. Марголиным, Э. К. Шаховым при участии Е. Ф. Трифонова. Прибор предназначен для измерений силы и давле­ ния, а также их интегральных значений с помощью дифференциаль­

ных индуктивных и струнных датчиков.

Сигналы с двух генераторов датчика через формирователи посту­ пают на умножители частоты (в случае использования высокочастот­ ного индуктивного датчика умножители не используются), а далее

балансный модулятор и фильтр низкой частоты выделяют сигнал разностной частоты, который подается на цифровое и измерительное устройство.

Структурная схема частотно-цифрового измерительного устройства. В основу работы измерительного устройства положен синхронный метод измерения с соприкасающимися измерительными интервалами.

Усредненные за измерительный интервал значения частоты реги­

стрируются с помощью кодовой (при скорости измерения от 1 до 1000 отсчетов в секунду) либо цифровой (при скорости измерения от 1 до 10 отсчетов в секунду) регистрации. Кроме того, устройство снаб­

жено аналоговым каналом (типа конденсаторного частотомера) для

получения качественной картины регистрируемого процесса. Инте­

гральное значение (импульс силы или давления) отсчитывается либо визуально с помощью цифровой индикации на лампах типаТ4Н-1, либо документально с помощью цифровой регистрации (если таковая используется) по окончании процесса измерения.

Устройство имеет три режима измерения:

A. Циклическое измерение с получением визуального отсчета, пропорционального усредненному за измерительный интервал значе­ нию частоты. Время индикации может устанавливаться в пределах от 0,5 до 10 сек.

Б. Циклическое измерение с получением визуального отсчета из­

меряемого физического параметра в единицах его измерения либо

впростых кратных соотношениях с ними.

B. Рабочий режим непрерывного измерения, когда последова­ тельные измерительные интервалы соприкасаются, а соответствующие

усредненные значения параметра регистрируются и суммируются

в счетчике интегрального значения.

Рис. 12-9. Структурная схема прибора для измерения быстро меня­ ющихся величин

Структурная схема устройства (рис. 12-9) дана в самом общем виде с целью изложения лишь основных принципов его работы. Назначе­ нием входного блока ВБ является формирование импульсов входного

сигнала и преобразование его частоты (умножение и деление с необхо­

димым коэффициентом) для получения отсчета в единицах измеряемого

параметра и возможно более полного использования шкалы измери­

тельного устройства при каждой конкретной величине измеритель­ ного интервала, выбор которого определяется требуемым быстродей­

ствием. Наряду с умножителями частоты и делителями обычного типа

с целочисленными коэффициентами деления (2, 5, 10, 20, 50, 100)

входной блок содержит и масштабный делитель на основе двоичного

перемножителя, описанный в § 10-3.

Блок формирования измерительного интервала БФИ формирует

измерительный интервал с использованием сетки образцовых частот с выхода делителя Д частоты кварцевого генератора ГОЧ. Коэффи­ циент деления делителя переключается в зависимости от требуемого

быстродействия измерительного устройства. Блок БФИ обеспечивает

открывание ключа K i в каждом цикле измерения на время, необхо­ димое для получения отсчета, пропорционального разности текущего и начального значений разностной частоты дифференциального струн­

ного датчика.

Блок управления БУ предназначен для выработки командных

сигналов на перепись кода измеренных значений из Сч1 в регистр

памяти РПу на управление устройством кодовой регистрации УКР>

на гашение счетчиков и т. д. Сч2 интегральных значений с блоком циф­ ровой индикации БЦИ используется для визуального отсчета усред­

ненных значений частоты в режимах А и Б и интегрального значения

врежиме В.

Взависимости от предполагаемой длительности регистрируемых процессов с помощью блока времени интегрирования БВИ , представ­

ляющего собой предварительный делитель частоты на входе Сч2, уста­

навливается необходимый коэффициент деления (1, 10, 100 или 1000)

с тем, чтобы общая емкость счетчика интегрального значения (вклю­

чая указанный делитель) соответствовала требуемому числу знаков

отсчета интегрального значения, снимаемого с Сч2 (максимум пять знаков десятичного числа).

При интегрировании, если не принять специальных мер, может

иметь место весьма значительная погрешность, источником которой является уход (даже очень небольшой величины) начальной частоты

датчика. Эта погрешность тем больше, чем более длительное время си­ стема измерения находится в состоянии готовности перед началом из­

меряемого процесса и чем больше промежуток времени от момента

окончания процесса до момента снятия отсчета интегрального значе­

ния, так как интеграл от малой величины за длительное время может достигать существенных значений. Для исключения этой погрешности в данном случае введено устройство блокировки интегрирования УБ,

которое определяет начало и конец процесса интегрирования соот­ ветственно при превышении измеряемым параметром определенного порогового значения в начале измерения и уменьшении его ниже по­ рогового значения в конце измерения.

При работе устройства в режиме А блок БФИ периодически от­ крывает ключ K i на время, равное выбранному значению измеритель­ ного интервала. В Сч2 фиксируется число, пропорциональное измерен­ ному значению частоты. В этом случае импульсы с выхода ключа К± поступают на Сч2, минуя блок БВИ. Соответствующие переключения

производятся при переводе устройства на данный режим работы с по­

мощью специального переключателя, имеющего три положения со­ ответственно трем возможным режимам измерения. Использование Сч2, снабженного цифровой индикацией, дает возможность визуаль­

ного отсчета результата измерения. Блок БФИ выдает команды на

гашение Сч2 перед каждым циклом измерения. В специальном реги­

стре блока БФИ запоминается измеренное значение частоты, которое затем используется для смещения шкалы устройства (учета началь­

ного значения частоты датчика) при работе его в режимах Б и В, как

об этом упоминалось выше.

В режиме Б работа устройства происходит так же с той лишь раз­

ницей, что ключ /Ci открывается на время, обеспечивающее измерение только приращения частоты от значения, равного f0 (при условии, что начальное значение f0 частоты датчика было предварительно измерено при положении А переключателя рода работы).

В режиме В Ся2 производит непрерывный счет импульсов, посту­ пающих на него с ключа К х через блок БВИ. В Сч1 фиксируются те­

кущие значения измеряемого параметра. Перед началом каждого из­

мерительного интервала значение кода, записанного в счетчике, пере­ писывается в регистр памяти РП . В то время как Ся1 находится в ре­

жиме счета, с регистра памяти с помощью блока УКР производится

считывание информации и ее регистрация в виде единичного кода на

ет и режим самоконтроля, в ко­ тором производится проверка

нормального функционирования большинства наиболее ответственных узлов.устройства. Для повышения надежности предусмотрена возмож­ ность записи на магнитофон М выходных сигналов датчика и сигнала образцовой частоты. Это позволяет при необходимости повторно вос­

производить измеряемый процесс с обработкой информации в данном

измерительном устройстве. Запись сигнала образцовой частоты в этом случае исключает погрешность от нестабильности скорости протяжки.

Ниже приводится несколько более подробное описание некоторых

узлов измерительного устройства.

Блок формирования измерительного интервала (БФИ) производит вычитание числового эквивалента начальной частоты датчика. Струк­ турная схема блока представлена на рис. 12-10. Перед началом изме­

ряемого процесса в регистр памяти РП /0, представляющий собой

обычный двоичный счетчик, вводится числовой эквивалент N0 = f0tu

начального значения f0 частоты датчика (/и — установленный изме­

рительный интервал, равный периоду выходных импульсов делителя Д

на рис. 12-9). Это осуществляется в режиме А работы устройства,

когда импульсы измеряемой частоты через ключ К г поступают не

только на Ся2, снабженный цифровой индикацией, но и на регистр

РП /0. Соответствующая цепь связи регистра с ключом К i на рис. 12ЛО

не показана, так как с переводом устройства на режимы Б и В она разрывается, и код числа N0 запоминается в регистре РП /0 на все последующее время измерения.

Импульсы с выхода делителя Д (см. рис. 12-9) поступают на логи­ ческий вход триггера Т г (рис. 12-10). Каждый импульс ставит триг­ гер в положение, при котором ключ /С2 открывается, а ключ /Ci за­

крывается. Через ключи /С2 и /С3 импульсы измеряемой частоты на­

чинают поступать на СчЗ, в который предварительно был переписан

из регистра РП /0 дополнительный код числа N0. Выходная шина

цепи совпадения ЦС на состояние «1» всех триггеров СчЗ остается невозбужденной до момента прихода (ЛГ0 — 1)-го импульса измеряе­

мой частоты, что обусловливает открытое состояние ключа /С3 и за­

крытое — ключа /С4.

С приходом (N0 — 1)-го импульса все триггеры, СчЗ становятся

вположение «1» и потенциал с цепи совпадения открывает ключ /С*

изакрывает ключ /С3. Следующий, N0-f[, импульс измеряемой частоты через посредство системы импульсно-потенциальных вентилей произ­

водит перепись дополнительного кода числа NQ из регистра РП f0

вСчЗ. Тот же A/Q-й импульс с выхода ключа /С4 возвращает триггер

висходное состояние, и в течение оставшейся части измерительного

интервала на вход Сч1 и Сч2 (см. рис. 12-9) поступит число импульсов

ЛГ = / (#. - J 1) = f (/„ - - у 1) * * V- to.

т. е. пропорциональное разности текущего / и начального /0 значений измеряемой частоты. С приходом следующего импульса образцовой

частоты описанный цикл повторяется.

Время, в течение которого ключ /Ci остается закрытым, исполь­ зуется для переписи в регистр памяти РП (см. рис. 12-9) результата

измерения, относящегося к предшествующему измерительному' ин­ тервалу, а также для исходной установки Сч1. Это позволяет в опи­ сываемом устройстве реализовать измерение с соприкасающимися

измерительными интервалами при использовании одного канала вместо

двух параллельно работающих, как это имеет место обычно в подоб­ ных случаях.

Регистрация показаний. Используемая в измерительном устрой­ стве цифровая регистрация с помощью цифропечатающей машины МШб-i может применяться Лишь при скорости регистрации не более 10 отсчетов в секунду. В случаях, когда требуется более высокое бы­ стродействие, используется кодовая осциллографическая регистрация в единичном -коде, принцип которой описан в § 10-9.

Устройство кодовой регистрации допускает изменение скорости

отсчетов от I до 1000 в секунду с возможностью установки 1, 2, 5, 10,

20, 50 и т. д. отсчетов в секунду.

Следует заметить, что часть схемы устройства кодовой регистра­ ции используется и при цифровой регистрации, в основу которой

положен метод досчета декадрегистра памяти (при вводе в него ин-

формации обратным кодом) десятью синхроимпульсами от печатаю­ щей машины. В этом случае вместо тактовых импульсов на входы де­ кад регистра подаются синхроимпульсы от печатающей машины, а

импульсы переполнения декад регистра РП используются для фор­ мирования импульсов, включающих электромагниты печати, которые

в свою очередь приводят в движение печатающие молоточки, прижи­

мающие бумажную ленту через красящую ленту к цифровым колесам

соответствующих разрядов.

Устройство блокировки интегратора (УБ). Структурная схема

данного устройства представлена на рис. 12-11, а . Каждый импульс образцовой частоты, задающей измерительный интервал, с выхода

Рис. 12-11. Схема построения устройства блокировки инте­ гратора

/ — пороговое значение; 2 — уход

делителя Д ставит триггер Т 2 в положение, при котором импульсы

гашения с блока управления могут пройти через открывающийся при

этом ключ К5 на гашение декад /, //, III предварительного делителя частоты, стоящего на входе Сч2 интегрального значения. Если коли­

чество импульсов измеряемой частоты, поступающих на вход одной из указанных декад (в зависимости от положения переключателя вре­ мени интегрирования ПВИ) за измерительный интервал, превышает 8,

то выходной импульс соответствующей цепи совпадения на состояние

«8» возвращает триггер Т 2 в исходное положение. В этом случае про­ хождение импульса гашения на декады запрещается. Если указанное число импульсов меньше 8, триггер остается в положении, разрешаю­

щем гашение декад предварительного делителя по истечении каждого измерительного интервала. Ключи запрета К р Кп и Кш предназна­

чены для того, чтобы не допустить срабатывания декад старших раз­ рядов от возможного перепада напряжения, образующегося на вы­

ходе декады, стоящей первой в цепи счета, при ее гашении.

Таким образом исключается накопление погрешности в интегра­ торе, являющейся следствием возможного ухода начальной частоты

датчика, в случаях, о которых упоминалось выше. Фиксируемое по