книги / Цифровые приборы с частотными датчиками

окончании измеряемого процесса значение интеграла пропорционально

площади, показанной штриховкой на графике рис. 12-11, б.

Значение порога срабатывания устройства блокировки (8 импуль­ сов за измерительный интервал) соответствует уходу начальной ча­ стоты, заведомо большему величины, имеющей место в действитель­ ности у датчиков, для работы с которыми предназначено измеритель­ ное устройство. В то же время погрешность за счет неучитываемой части интегрального значения (соответствует площадям, покрытым

двойной штриховкой на рис. 12-11, б) пренебрежимо мала.

12-3. Приборы с выходом на аналоговую телеметрическую систему

При выполнении с помощью частотно-цифровых приборов измере­

ний в местах, удаленных от оператора, возникает ряд специфических

ную на передачу постоянного напряжения в пределах от 0 до 6 в. Прибор для измерения числа оборотов. Описываемый прибор пред­ назначен для измерения частоты от импульсного индукционного дат­ чика. Структурная схема прибора разработана В. Ф. Тарасовым и по­ казана на рис. 12-12. Основными узлами схемы являются генератор

образцовой частоты ГОЧ, задающий время измерения (0,01 сек); дво­

ичный пятиразрядный счетчик импульсов измеряемой частоты Сч, формирователь Ф, система.импульсно-потенциальных ключей «пере­ пись» для переноса кода из счетчика в регистр памяти РЯ,„преобра­ зователь код—аналог ПКА и блокинг-геиератор БГ в ждущем ре­ жиме для формирования импульсов гашения счетчика.

Импульсы измеряемой частоты непрерывно поступают на вход

счетчика. Импульсы генератора ГОЧ с помощью ключей переписи че­

рез каждые 0,01 сек производят перенос кода счетчика в регистр па­ мяти РП . С некоторой задержкой (3—4 мксек) после импульса пере­

носа следует импульс гашения с блокинг-генератора. Преобразова­

тель ПКА преобразует код числа, хранящегося в регистре памяти,

в соответствующий уровень выходного напряжения.

Поскольку число различимых уровней при аналоговой регистра­

ции не может быть сделано произвольно большим, счетчик и регистр

памяти содержат лишь пять двоичных разрядов, чему соответствует 32 возможных дискретных уровня выходного напряжения. Однако

с помощью такого измерительного устройства возможны отсчеты ре­

зультатов измерения с погрешностью дискретности, меньшей, чем

1/32. В случае поступления на счетчик за время измерительного ин­

тервала числа импульсов, большего, чем 32, счетчик может перепол­ ниться один, два и даже три раза. При этом по виду осциллограммы

записи процесса вполне возможна расшифровка усредненных за из-

Рис. 12-13. Пример записи на приемной стороне телемет­ рической системы показаний прибора по схеме рис. 12-12

мерительный интервал 0,01 сек значений измеряемой частоты с пог­

решностью дискретности, не превышающей —-— , где т — число пере-

32т

полнений счетчика. Для пояснения сказанного на рис. 12-13 приведен примерный вид осциллограммы записи некоторого процесса (для про­

стоты взят случай одного переполнения счетчика).

Переключатель П на схеме рис. 12-12 служит для калибровки шкалы регистрирующего устройства перед началом измерения. При установке его в положение «калибровка» и отключенном входном сиг­ нале на носителе регистрирующего устройства последовательно в по­ рядке нарастания прописываются 32 отсчетных уровня.

Прибор для работы с дифференциальным струнным датчиком. При­

бор разработан В. С. Гутниковым при участии А. Н. Ясенского,

В. А. Русских, Е. Ф. Трифонова, В. В. Царькова. Для получения

необходимого быстродействия в приборе производится измерение разности периодов (а не разности частот) напряжений с двух генера­ торов дифференциального струнного датчика.

Структурная схема (рис. 12-14) включает в себя входные узлы, состоящие из формирователей Ф\ и Ф 2 и делителей частоты Д ± и Д 2;

генератор образцовой частоты КГ, стабилизированный кварцем; трех­ разрядный десятичный счетчик Сч, логический блок и коммутатор Км.

В приборе производится заполнение счетчика импульсами образцовой

.частоты (1 Мгц) за время, равное разности 15 периодов частоты /,

и 15 периодов частоты / а. Для выделения 15 периодов и служат де-

Рис. 12-14. Структурная схема прибора для измерения разности пе­ риодов с дифференциального струнного датчика

лители частоты Д х и Д 2, каждый из которых представляет собой че­ тырехразрядный двоичный счетчик. Логический блок содержит три

а левый закрыт. Ключи К и закрыты, а /С3» К4 открыты. Положительный импульс с коммута­

тора опрокидывает триггер Г8, который открывает ключ К i- Одно­ временно подается импульс сброса на счетчик. Ключ К \ открывается с некоторой задержкой (обеспечивается интегрирующей ДС-цепью), которая необходима для того, чтобы в счетчике успели закончиться

переходные процессы при его сбросе.

Входные импульсы с частотой f± поступают на делитель Д х и через ключ /С3, который в данный момент открыт, на первый вход триггера

7V Триггер Т 19 опрокидываясь от первого импульса частоты f lt от­

крывает ключ Д5, и на счетчик поступают импульсы от генератора КГ. При опрокидывании триггера 7 \ импульсом с его левого коллектора

опрокидывается триггер Т 2, который закрывает ключи К 3 и К4- Как только открывается ключ К 2, первый же импульс частоты / 2 возвра­

щает триггер Тг в исходное состояние, прекращая тем самым запол­

нение счетчика импульсами образцовой частоты от генератора КГ

Рис. 12-16. Схема коммутатора прибора для измерения разности пе риодов

ключи /С3 и /С4. Затем приходит импульс с выхода делителя Д г и воз­ вращает триггер Тг в состояние «О». Счет прекращается.

Положительный перепад напряжения с триггера 7 \ проходит че­ рез открытый ключ К 4 и устанавливает в состояние «О» триггер Т3. Логический блок возвратился в исходное состояние, измерение за­

кончено, начинается выдача показаний в линию телеметрии.

Схема коммутатора приведена на рис. 12-16. Она содержит муль­

тивибратор М, триггеры Т4 и Г5, диодный дешифратор и три преобра­

зователя код—аналог (ПКА). Преобразователя построены на резисто­

рах, сопротивления которых обратно пропорциональны весовым ко­

эффициентам триггеров в декаде. Напряжения на. выходах триггеров счетчика принимают значения 0 или — 6,5 в.

На рис. 12-16 декада Дек 1 схематично показана в виде четырех

переключателей, подсоединяющих резисторы преобразователя то к шине — 6,5 в, то к шине 0.

Коммутатор производит последовательное подключение к выход­ ным зажимам прибора напряжений с ПКА декад счетчика, а также

передачу калибровочных уровней, соответствующих числам 0 и 10. Последовательность переключений задается диодным дешифратором,

входы которого присоединены к коллекторам триодов мультивибра­

тора и триггеров Té и Тъ. Если обозначать состояния мультивибратора так же, как и триггеров T3 n T it цифрами 0 и 1, то последовательность

подачи напряжений на выход прибора определяется кодовыми ком­

осциллограмме группы уровней, соответствующие отдельным изме­

рениям.

Выходные сопротивления ПКА и источников калибровочных на­ пряжений одинаковы (1,5 ком), поэтому соотношение между величи­

нами различных уровней не зависит от величины сопротивления, на которое нагружается выход прибора. Если сопротивление нагрузки велико, то уровню 10 на выходе прибора соответствует — 6 в, уровню 0 — соответствует 1 в, каждой единице, записанной в декаде счет­ чика,— приращение напряжения над уровнем — 1 в, равное — 0,5 в.

Вид записи показаний прибора по схеме рис. 12-14 приведен на

рис. 12-17. Поскольку при передаче калибровочных уровней напря­

жение с дешифраторов декад не используется, то именно в это время по сигналу с коммутатора и производится измерение разности перио­ дов. Частота мультивибратора должна быть выбрана так, чтобы обес­ печить окончание измерения за время, равное половине периода муль­

тивибратора.

12-4. Приборы с дополнительными цепями обработки информации

Внастоящем параграфе описаны два частотно-цифровых прибора,

вкоторых наряду с задачей измерения решается задача дополнитель­

ной обработки полученной информации. Один из приборов имеет цепь, выдающую импульсы на устройство регулирования в случае, если

измеряемая величина отличается от заданной. Второй прибор опреде­

ляет и фиксирует максимальное значение частоты на входе.

Прибор для активного контроля диаметра вала разработан В. С. Гутниковым, Ю. Н. Мастюкиным и Н. В. Никитковым и основан на измерении диаметра вала во время его обработки путем подсчета импульсов, приходящих за один оборот вала от измерительного дат­

чика, содержащего ролик, обкатывающий вал. При вращении ролика

при помощи нанесенных на прозрачный диск радиальных штрихов модулируется поток света, падающий на фотодиод от лампочки. За

счет этого на выходе фотодиода образуются импульсы, частота кото­ рых пропорциональна скорости вращения ролика, а количество —

пропорционально пройденному роликом пути. При обкатывании ро­

рой фотодиод. Образованное этим фотодиодом, лампочкой и пальцем устройство было названо командным датчиком.

Описываемый прибор имел два режима работы — режим измере­

ния и режим слежения.

Режим измерения реализовался структурной схемой, показанной на рис. 12-18. Импульсы от измерительного датчика ИД через форми­

рователь Ф г и ключ K i поступают на пятиразрядный десятичный счет­

чик, снабженный устройством индикации. Для того чтобы обеспечить пропускание импульсов на счетчик в течение времени, за которое вал совершает точно один оборот, схема содержит блок управления, вклю­

чающий в себя триггеры Т г и Т 2, одновибратор Од 1 и ключи К г, К 2>

Кг. Такт работы блока управления задается импульсами от команд­ ного датчика КД, проходящими через формирователь Ф 2. Возможны

два варианта режима измерения — автоматический и ручной. В пер­

Во втором варианте процесс измерения происходит по сигналу от

кнопки «пуск», затем производится индикация до тех пор, пока снова

не будет нажата кнопка «пуск» и начнется новое измерение.

Работа прибора в режиме автоматического измерения происходит

следующим образом. Управляющий вход ключа К 2 присоединен к земле, и, таким образом, ключ К 2 находится в открытом состоянии.

Импульсы от командного датчика поступают на счетный вход триггера

Тг и обеспечивают заполнение счетчика импульсами от измеритель­

ного датчика в течение периода импульсов командного датчика, затем выдерживают ключ Кг закрытым в течение периода этих импульсов,

затем снова открывают ключ Кг и т. д. Одновибратор Од 1 обеспечи­

вает задержку переключения триггера Тг на время, необходимое для

Рис. 12-19. Структурная схема прибора для контроля диаметра вала в ре­ жиме слежения

сброса счетчика. Импульс сброса формируется от переднего фронта одновибратора и проходит на счетчик через такт — в конце периода индикации, что обеспечивается ключом /С3-

При ручном управлении режимом измерении ключ К 2 пропускает на запуск триггера Т г только два импульса, определяющих время заполнения счетчика. Затем триггер Т 2 опрокидывается импульсом

с триггера Т г и закрывает ключ К 2Д° тех пор, пока импульс с кнопки

снова не опрокинет триггер Т 2 и тем самым не откроет ключ /С2. Режим слежения обеспечивается схемой, показанной на рис. 12-19.

В режиме слежения переключателями П г и Я 2, каждый из которых имеет 10 положений, устанавливаются две младшие цифры заданного диаметра, соответствующие десятым и сотым долям миллиметра. После

этого на одном из концов обрабатываемого вала суппорт станка вруч­

ную устанавливается в положение, соответствующее получению за­ данного диаметра, причем погрешность установки не должна превы­ шать ± 0,09 м. Затем станок включается на автоматическую работу,

и прибор начинает производить периодические измерения диаметра

вдоль обработанного вала, и если этот диаметр отличается от задан­ ного, то подаются импульсы на шаговый двигатель, который изменяет положение суппорта так, чтобы получить нужный диаметр по всей длине вала.

В режиме слежения используются те же пять счетных декад, ко­ торые образовывали пятиразрядный счетчик в режиме измерения.

Однако здесь эти декады не соединены последовательно друг с другом

и используются для выполнения различных функций. Блок управле­ ния в режиме слежения усложняется: в него включаются дополни­

тельно одновибраторы Од 2 и Од 3, цепи переписи одноразрядного де­ сятичного числа в прямом и обратном коде, цепь записи заданного диа­

метра, шесть цепей И (Иг — # с), мультивибратор М и ключи /С4 — /(?•

Порядок работы прибора в режиме слежения следующей. Вначале в декады Дек lu Дек 2 записывается в дополнительном коде значение

заданного диаметра (две младщие цифры). Затем производится подача

на вход счетчика, образованного декадами Дек 1 и Дек2, количества

импульсов, соответствующего действительному диаметру вала. Если диаметр вала в точности равен заданному, то после окончания счета

(декады Дек1 и Дек 2 во время счета переполняются многократно) де­

кады окажутся в состоянии 00. Если же действительный диаметр от­

личается от заданного, то в декадах Дек 1 и Дек2 будет записана раз­ ница этих значений в прямом коде (если действительный диаметр

больше заданного — положительное рассогласование) или в допол­

нительном коде (если действительный диаметр меньше заданного — отрицательное рассогласование). Предполагается, что при нормаль­

ной работе станка различие между действительным и заданным диа­

метрами не превышает нескольких единиц младшей декады. Поэтому

декада Дек 2 после окончания счета может оказаться в одном из двух состояний: «0» или «9», что соответствует положительному или отри­

цательному рассогласованию.

После окончания счета число, записанное в декаде Дек 1, перепи­ сывается в декаду Дек 5 в прямом коде через цепь переписи прямого кода ППКу если рассогласование отрицательно, и в обратном коде

через цепь переписи обратного кода ПОК, если рассогласование по­

ложительно. После переписи производится операция «считывание» —

дополнение декады Дек 5 импульсами от мультивибратора до 9, если

декада Дек 2 находится в состоянии «0» или до 0, если состояние этой декады соответствует цифре 9.

Импульсы с мультивибратора в зависимости от знака рассогласо­ вания поступают на «выход + » или на «выход —» прибора.

Проиллюстрируем работу прибора численным примером. Пусть

заданный диаметр равен 587,24 мм. В этом случае переключатель Я 2

устанавливается в положение 2, а переключатель П 1 — в положение 4.

При записи числа в декадах Дек 1 и Дек 2 установится дополнитель­

ный код числа 24, т. е. 76. Предположим, что измеряемый диаметр оказался равен 587,18 мм, т. е. на 0,06 мм меньше заданного. Тогда на счетчик за измерительный интервал придет 58 718 импульсов. Если

принять во внимание, что в счетчике перед измерением было записано

76, то после окончания измерения в счетчике должно быть зафикси­ ровано число 58718 -р 76 = 58794. Поскольку старшие декады в счет­ чике отсутствуют, то в декадах Дек 1 и Дек 2 окажутся записанными только две последние цифры этого числа, т. е. 94. Нетрудно видеть,

что это как раз и есть дополнительный код отрицательного рассогла­

сования, равного 6.

Так как в декаде Дек 2 записано число 9, то число 4 из Дек 1 пере­ пишется в прямом коде в Дек 5, и затем импульсами мультивибратора эта декада будет дополняться до числа 0. Для этого потребуется шесть

импульсов, которые и поступят на «выход —» прибора, с тем чтобы

шаговый двигатель уменьшил подачу станка на 0,06 мм и привел таким образом в соответствие заданный и действительный диа­

метры.

Поскольку обкатывающий ролик конструктивно может быть уста­

новлен только на некотором расстоянии за резцом, обрабатывающим вал, то для правильной работы системы регулирования (для устране­ ния автоколебаний) может оказаться необходимой некоторая задержка

в срабатывании системы. Поэтому в приборе предусмотрена возмож­

ность производить измерение диаметра и подрегулировку станка один раз за два, пять или десять оборотов вала. Для установки соответст­

вующего режима служит декада Дек 3 и переключатель Я 3.

Рассмотрим более подробно работу прибора по структурной схеме рис. 12-19. Импульс с переключателя Я 3 опрокидывает триггер Т 2

и открывает ключ К 2 (если измерение производится один раз за два

оборота, то триггер Т 2 постоянно находится в состоянии, при котором

ключ К 2 открыт). Импульс с командного датчика запускает одновибратор Од 1. Передний фронт напряжения от одновибратора проходит через открытый ключ К 3 и записывает в декадах Дек 1 и Дек 2 обрат­

ный код числа, установленного переключателями П г и Я 2. Одновре­ менно запускается одновибратор Од 2t по заднему фронту которого на вход декады Дек 1 добавляется еще один импульс. В итоге в счет­

чике оказывается записанным дополнительный код числа, установлен­

ного переключателями П 1 и Я2. Задний фронт напряжения с одно­ вибратора Од 1 (выдержка одновибратора Од 1 больше, чем выдержка

одновиьратора Од 2) опрокидывает триггер 7 \ и открывает ключ К г.

Импульсы с измерительного датчика начинают поступать на счетчик

(Дек 1, Дек 2).

Следующий импульс от командного датчика снова запустит одновибратор Од 1. Однако импульс от переднего фронта одновибратора не пройдет через ключ /С3, так как последний закрыт напряжением с триггера 7 \. Задний фронт одновибратора Од 1 возвратит триггер Т г в первоначальное состояние, и ключ Кг закроется. Возникающий при

опрокидывании триггера Т г положительный импульс с его правого

коллектора опрокинет триггер Т2 и закроет тем самым ключ К 2, а также запустит одновибратор Од 3. По заданему фронту одновибратора Од 3 производится перепись числа из Дек 1 в Дек 5. Причем в зависи­ мости, от того, какое число записано в декаде Дек 2 (0 или 9), появится

напряжение на выходе или цепи «Их», или «И2». Соответственно будет

открыт или ключ К*, или Кь, что определяет, в каком коде, в прямом или в обратном, перепишется число из Дек 1 в Дек 5.

Мультивибратор М во время счета был блокирован напряжением

с правого коллектора триггера T v После окончания счета блокировка

по этой цепи прекращается, и мультивибратор может начать генери­ ровать импульсы. Однако он построен так, что после снятия сигнала блокировки до момента выдачи первого импульса проходит время, большее, чем выдержка одновибратора Од 3. Поэтому до прихода пер­ вого импульса с одновибратора процесс переписи числа в Дек 5 будет закончен.

Импульсы с мультивибратора будут поступать в Дек 5 до тех пор,

пока не появится напряжение на выходе цепи «И5» или цепи «Иб»,

которое снова заблокирует мультивибратор. Напряжение на выходе цепи «И5» появляется тогда, когда декада Дек 5 приняла состояние 9

и в декаде Дек 2 записано число 0, а напряжение на выходе цепи. «И6» появляется при условии, что декада Дек 5 приняла состояние $0» и в

Дек 2 записано число 9. Импульсы с мультивибратора, которые до­

полняли Дек 5, поступают также на один из выходов в прибор в за­

висимости от того, какой из ключей KG или К7 открыт, что опреде­ ляется состоянием декады .Дек 2.

Контроль импульсов, поступившйх на выход прибора, осущест­

вляется декадой Дек 4 (рис. 12-19). Все декады, входящие в прибор, соединены с устройством индикации, что дает возможность контроли­

ровать правильность работы прибора в режиме слежёния.

Прибор для определения максимальной скорости вращения. При­

бор разработан В. С. Гутниковым, Ю. Н. Мастюкиным, В. И. Прихно и И. М. Семеновым и используется в комплекте с тахометрическим им­

пульсным датчиком. Измерение скорости вращения производится пу­

тем заполнения счетчика импульсами образцовой частоты в течение времени, равного одному периоду напряжения с датчика. Из всех

поступивших на вход периодов выявляется и фиксируется наимень­

ший период, соответствующий наибольшей скорости. Кроме того, из­

меряется длительность периода сигнала с датчика, соответствующая

моменту окончания цикла измерения.

Структурная схема прибора показана на рис. 12-20. Она содержит

два счетчика Сч1 и Сч2> снабженных световой индикацией; дополни­

тельный счетчик СчЗу позволяющий производить измерения в примы­ кающих интервалах; генератор образцовой частоты ГОЧ и блок уп­ равления. Сигналы на начало и конец цикла измерения подаются в прибор извне или вырабатываются путем нажатия соответствующих кнопок на передней панели прибора.

Последовательность работы прибора следующая. Вначале Сч1 за­

полняется импульсами образцовой частоты в течение времени, равного

периоду сигнала с датчика. Затем число из Сч1 переписывается в об­

ратном коде в Сн2. В течение следующего периода предварительно

установленный на нуль Ся1 снова заполняется импульсами образцо­

вой частоты. Одновременно подаются импульсы на Сч2. Если этот второй период сигнала с датчика оказался длиннее предыдущего, то