Устройство для измерения разности частот вращения
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности скоростей вращения валов, скольжения и относительного изменения скорости вращения. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содержит формирователь 1 частоты сети, два импульсных тахометра 6 и 7, три счетных триггера 3, 4 и 5, осуществляющих выделение периодов сигналов с датчиков, коммутатор 8 и реализованные на двух программируемых таймерах 12 и 13 два канала измерения длительности периода, причем между счетными триггерами и счетчиками числа импульсов генератора 9 эталонной частоты, реализованными на счетчиках программируемых таймеров, включены управляемые делители частоты на нулевых счетчиках программируемых таймеров, коэффициент деления которых изменяется в зависимости от результатов обработки первичной измерительной информации в блоке 15 вычисления и управления определяющего, в течение скольких периодов информативных сигналов с датчиков необходимо производить измерение, чтобы погрешность измерения была меньше заданной. 1 ил.
(1Е (11
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК. (51)5 6 01 Р 3/489
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМЪ(СВИДЕТВЛЬСЧ БУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4139303/24-10 (22) 27;09,86 .(46) 15.12.90. Бюл. Ф 46 (71) Винницкий .политехнический институт (72) В.А.Поджаренко, В.В,Кухарчук, А.Я.Кулик и А.Н.Дидык (53) 621. 317.39: 531. 7 (088.8) (56 Ковалев А.М. Цифроаналоговый измеритель скольжения электрических машин. Известия ВУЗов. Приборостроение, 1978, М 2, с.22-26, Авторское свидетельство СССР
Ф 957109, кл. Г 01 P 3/56, 1980
{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РА3НОСТИ ЧАСТОТ ВРАЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности скоростей вращения валов, скольжения и относительного изменения скорости вращения, Целью изобретения является повышение точности и расширение диапаз она H3ìåðåíèé . УстройсtBQ LoJTep— жит Формирователь 1 частоты сети, два импульсных тахометра 6 и 7, три счетных триггера 3 — 5, осуществляе— мых выделение периодов сигналов с
1613959
40 датчиков, коммутатор 8 и реализованные на двух программируемых таймерах 12 и 13 два канала измерения длительности периода, причем между счетными триггерами .и счетчиками числа импульсов генератора 9 эталонной
: частоты, реализованными на счетчиках про..раммируемых таймеров, включены управляемые делители частоты на нулевых счетчиках программируемых
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности скоростей вращения валов, скольжения и относительного изменения скорости вращения.
Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения разности частот вращения.
Устройство содержит формирователь
1 частоты сетевого напряжения, синтезатор 2 частот, счетные триггеры 3—
5, импульсные тахометры 6 и 7, коммутатор 8, генератор 9 эталонной ! частоты, инверторы 10 и 11, программируемые таймеры 12 и 13, программи-! руемый контроллер 14 прерываний, ! блок 15 вычисления, состоящий из ! системной шины 16, центрального процессора 17, блока 18 оперативной памяти и блока 19 индикации с соответствующими связями.
Устройство для измерения разности частот вращения работает следующим образом.
При подаче найряжения питания на устройство центральный процессор 17 согласно программе инициализации дает команду, запрещающую прерывания, и в диалоговом режиме запрашивает оператора о параметре, подлежащем регистрации, и о погрешности измерения. Введенное значение погрешности фиксируется в одной из ячеек блока 18 оперативной памяти. В зависимости от измеряемого параметра продолжается программа инициализации.
Если необходимо измерить разность скоростей вращения двух валов, центральный процессор 17 устанавливает коммуатор 8 в состояние,, разрешаютаймеров, коэффициент деления которых изменяется в зависимости от результатов обработки первичной измерительной информации в блоке 15 вычис5 ления и управления, определяющего, в течение скольких периодов информапивных сигналов с датчиков необходимо производить измерение, чтобы погрешность измерения. была меньше заданной, 1 ил, щее прохождение импульсов с выхода импульсного тахометра 6 через счетный триггер 4 на .тактовый вход С нулевого счетчика СТО программируемого таймера 13. Счетные триггеры 3 — 5 выделяют период информативных сигналов измерительных преобразователей.
Поскольку при дискретизации периодов информативных сигналов соблюдаются соотношения:
Т» = ТоIC„
Т = Г„И, (1) где Т» — период сигнала, сформированного импульсным тахо0
Т вЂ” период cHI HBJIR ° AGE"fHpo4 ванного импульсным тахометром 7;
Т вЂ” период импульса генератора
9 эталонной частоты;
N» — показания счетчика, фиксирующего длительность периода сигнала,. сформированного импульсным тахометром 6;
И вЂ” показания счетчика, фиксирующего длительность периода сигнала, сформированного импульсным тахометром 7, то разность периодов информативных
45 сигналов сос та вля ет:
ЬТ = Т, - Т, = То(ы, - И»). (2)
Погрешность определения разности периодов является основной составляющей при измерении разности скорости вращения. Для повьпнения точности регист50 рации необходимо фиксировать значе-: ния Т» и Т не за один, а за к периодов, тогда е учетом изложенного:
ЬТ„= кт, — кт,— кт,(И,- Ы,), (3) где АТ вЂ” разность п риодов информативных сигналов, определенная при регистрации к периодов Т» т Т .
1 3959
0 = („ » „ -, ° 100ж. к И -Я (4) Учитывая, что к(- 1 ) АТк
Т о (5) (6) (7) Т
Т, (8) 5 16
Погрешность регистрации разности периодов составляет: можно получить выражение;
$ Т, = -100X
Подставляя (6) в (3) получим:
100 к = х
Ь (N - N,) Для определения коэффициента к и измерения периодов информативных сигналов устройства программируются таким образом, что счетчики CTO программируемых таймеров 12 и 13 работают в режиме деления частоты, а счетчики СТ1 и СТ2 обоих таймеров . 12 и 13 программируются на режим прерывания терминального счета. В счетчике СТО программируемых таймеров 12 и 13 записана 1. Программа инициализации завершается командой разрешения прерываний. Центральный процессор 17 переходит в режим ожидания прерывания.
Импульсы, поступившие с выхода импульсного тахометра 7 через триггер 5 и счетчик CTO программируемого таймера 12, коэффициент. деления частоты которого равен 1, зафиксируют на разрешающем входе P одного из счетчиков (например СТ1) уровень
"0" на время, равное периоду импульса, сформированного импульсным тахометром 7. Тогда на разрешающем входе P счетчика СТ2 программируемого таймера 12 в течение этого же времени будет установлен. уровень
i "1" и счетчик начнет регистрировать импульсы эталонной частоты генератоI ра 9. По окончании импульса в счетчике СТ2 программируемого таймера
12 будет зафиксировано число:
Второй полупериод импульса, сформированного -счетчиком CTO программируемого таймера 12 установит на разрешающем входе P счетчика СТ2 таймера 12 уровень "0" и работа этого счетчика будет остановлена.
Перепад напряжения из "0" в "1" на нулевом входе программируемого к4нтроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 иэ режима ожидания.
Следуя сигналу прерывания к.программе его обработки, центральный процесосор 17 записывает значение N в ячейку блока 18 оперативной памяти, увеличивает адрес ячейки памяти и, подготовив к новому циклу работы счетчик СТ2 программируемого таймера
12» возвращаются в режим ожидания прерывания.
Сигнал, поступивший с выхода импульсного тахометра 6 через триггер
4, коммутатор 8 и счетчик CTO программируемого таймера 13, коэффициент
20 деления которого также равен 1, установит на разрешающем входе P одного из счетчиков 13 (например СТ1) уровень "0" на время периода сигнала, сформированного импульсным тахомет25 ром 4. В этом случае íà разрешающем входе P счетчика СТ2 программируемого таймера 13 в течение такого же времени будет установлен уровень
"1", и счетчик СТ2 фиксирует импульсы эталонной частоты генератора 9, в течение времени, определяемого периодом импульс; >, сформированного импульсным тахометром 4. Как только на выходе тахометра 4 появляется очередной импульс, триггер 4 изменяет состояние на противоподожное и на разрешающем входе Р счетчик": СТ2 программируемого таймера 13 устанавливается уровень "0". Работа счетчи40 ка прекратится и н нем будет зафиксировано значение:
Т<
ТО (9)
Перепад напряжения иэ "0 в на втором входе программируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания.
Следуя этому сигналу и программе 0 обработки прерывания, центральный процессор 17 записывает значение N1 во вторую ячейку блока 18 оператив, ной памяти, увеличивает адрес ячейки памяти и, подготовив к новому
55 циклу регистрации счетчик СТ2 таймера 13, завершает цикл предварительного измерения, Сформировав сигнал, запрещающий прерывания, центральный процессор 17 вычисляет зна1613959 чение коэффициента к по формуле (7), исходя из зафиксированных значений
М„, N и погрешности измерения (1 введейной в блок 15 вычисления и управления в диалоговом режиме, храня5 щихся в ячейках блока 18 оперативной памяти ..Результат вычисления записывается в счетчики СТО программируе. ых таймеров 12 и 13. Этап предварительного измерения заканчивается командой, разрешающей прерывания .
В результате этого этапа определяется число периодов информативных(сигналов, в течение ксторых необходимо производить дискретизацию, чтобы достичь заданной погрешности измерения. Центральный процессор 1/ снова переходит в режим ожидания прерывания. 2О
Нулевые счетчики СТО программируемых таймеров 12 и 13 работают в режиме деления частоты, причем коэффициент деления равен к. Сигнал, выработанный импульсным тахометром / 25 пройдет счетчик CTO программируемого таймера 12 и устяновит на разрешающем входе Р одного из дв, счетчиков этого же таймера (например CT1) уро-вень 1 на время кТ . Тогда счет- 30 чик зафиксирует число импульсов генератора эталонной частоты, равное:
М кТ< (10)
Т
По окончании. полупериода импульса, сформированного счетчиком CTÎ программируемого таймера 12 и в счетчике
СТ1 будет зафиксировано значение N так как на его разрешающем входе Р установится уровень "0", Перепад напряжения из "0" в "1" на первом входе программируемого контроллера
14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания. 45
Следуя этому сигналу, согласно программы его обработки центральный
У ( процессор 17 запишет значение N, зафиксированное счетчиком СТ1 программируемого таймера 12 в ячейку блока оперативной памяти, увеличит адрес ячейки памяти и, подготовив счетчик к новому циклу измерения, перейдет в режим ожидания прерывания, 55
Одновременно с этим на разрешающем входе Р счетчика СТ2 программруемого таймера 12 будет установлен уровень
"1", счетчик регистрирует количество импульсов генератора 9 эталонной частоты, прошедшее sa второй полупериод импульса, сформированйого счетчиком СТО программируемого таймера 12.
Сигнал, выработанный импульсным тахометром 6, пройдя счетчик СТО программируемого таймера 13, установит на разрешающем входе одного из двух других счетчиков этого же таймера (например CT1) уровень " 1" на время кТ . Тогда счетчик зафиксирует число импульсов генератора эталонной частоты, равное:
N кТ ) (11)
1 Та
По окончании полупериода импульса, сформированного счетчиком СТО программируемого таймера 13, в счетчике СТ1 будет зафиксировано значение !
N так как на его разрешающем входе Р установится уровень "О". Перепад напряжения из "0" в "1" на третьем входе программируемого контроллера
14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания.
Следуя этому сигналу, согласно программе его обработки, центральный процессор 17 запишет значение И
I зафиксированное счетчиком СТ1 программируемого таймера 13, во вторую ячейку блока оперативной памяти 18, уве (ичит адрес ячейки памяти и, подготовив счетчик к новому циклу измерения, завершит обработку прерывания.
Одновременно с этим на разрешающем входе Р счетчика СТ2 программируемого таймера 13 будет установлен уровень "1". Счетчик регистрирует количество импульсов генератора 9 эталонной частоты, прошедших за второй полупериод импульса, сформированного счетчиком CTO программируемого таймера 13.
Поскольку программируемые таймеры
12 и 13 функционируют как внешние устройства и их работа не зависит от работы центрального процессора
17. а также учитывая, что время счета импульсов достаточно велико, целесообразно сразу производить математическую обработку зарегистрированных значений по формуле (12) с помощью блока 15 вычисления и управления.
IN - И,(1 00_#_ (12)
N х
1613959
Результат вычисления относительной разности скоростей выводится на блок 19 индикации. После этого центральный процессор 17 возвращается в режим ожидания прерывания до приходов перепадов из "0" в "1" на нулевом или втором входах программируемого контроллера 14 прерываний, свидетельствующих об окончании регистрации периодов вторых импульсов, сформированных импульсными тахометрами 4 и 7. После этого центральный процессор снова производит вычисление значения(. Процесс измерения продолжается да тех пор, пока оператор в диало-говом режиме не даст сигнал в блок
15 вычисления и управления прекратить работу.
При измерении скольжения электро-двигателя центральный процессор
17 устанавливает коммутатор 8 в состояние, в котором через него будет проходить сигнал, сформированный формирователем 1 частать1 сетевого напряжения и преобразованный синтезатором 2 частот ла формуле: с (13) где f. — частота импульсов на вы/ с ходе сии те затора 2;
Z — коэффициент пересчета сви-" те за тора, рав ный ра э ре шающей способности импульсного.òàõoìåòðÿ 7; частота импульсов на выходе с формирователя 1.
Умножение частоты сети производится для получения соизмеримых значений периодов вращения ротора и электромагнитного поля асинхронной машины.
Все выражения, полученные для режима измерения разности скорости вращения двух валов истинны и для режима измерения скольжения, с учетом тога, чта в данном случае Т период сигнала, сформированного жчпульсным тахаметрам 7. Работа устройства в режиме измерения скольжения аналогична работе в режиме измерения разности скоростей с учетом указанных особенностей. Вычисление результата производится по формуле;
S = -"- :-"- - ° 10OZ, (14) 12 где S — скольжение электродвигателя
N - число импульсов эталонного ..
1 генератора 9, з афиксированное одним из счетчиков программируемого таймера 13 и характеризующее период напряжения, питающего контролируемый электродвигатель;
И числа импульсов эталонноГО генератора 9, зафиксированное одним из счетчиков программируемого таймера 12 и характеризующее. период вращения ротора контролируемого электродвигателя.
В случае выбора режима измерения атнасительнага изменения скорости 5 вращения програиирование устройств осуществляется таким образом, что счетчик СТО программируемого таймера
12 работает как делитель частоты с коэффициентам деления, равным 1.
Счетчики СТ1 и СТ? таймера 12 программируются на прерывание терминального счета. Таймер 13 не работает, а на второй и т1.етий входы контроллера 14 прерываний программным путем накладывается мас ка, блокирующая регистрацию периодов сигнала ат коммутатора 8, гырабатаннага имлульсilым таха:;-:етром 4 или фармирсвателем частоты сетево а н .лряжения .
3С
Л там случае прап с измерения состоит иэ двух эталав — регистрации значений, характеризующих скорость вращения вала, и и тематической обработки з".?åãècтрированныл.
35 значений, ?егистрация значений начинается ITpH формировании центральным процессором f 7 команды, pàýðålíàþlöåé прерывания.
Сигнал, выработанный импульсным ч0 тахометрам ?, проходит через триггер
5 и счетчик СТО программируемага таймера 12 и устанавливает на разрешающем входе ? одного из двух счетчиков (например, СТ?) уровень "1"
45 на время, равное периоду импульса, вырабатаннога тахаметрам 7, Счетчик
СТ2 регистрирует импульсы генератора
9 эталонной частоты в течение указанного времени. Па окончании им5О пульса на разрешающем в аде P счетчика СТ2 програьщируемаго таймера 12 установится уровень "0" и его рабата будет прекращена. В счетчике будет зафиксировано:
Я (1") )
То где Т - длительность периода" лервоФ го импульса, сфармированного импульсным тахаметрам 7;
3О
ll 161395
Т - период импульса генератора 9.
Одновременно с этим на разрешающем входе Р счетчика СТ1 программируемого таймера 12 будет установлен уро5 вень "1" и счетчик получает возможность работать в течение времени, определяемого периодом второго импульса, сформированного импульсным тахометром 7.
Перепад напряжения из "О" в "1" на нулевом входе программируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания. Следуя этому сигналу и программе обработки прерывания, центральный процессор 17 запишет в первую ячейку блока 18 оперативной памяти показания счетчика СТ2 программи- Ю руемого таймера 12, увеличит адрес ячейки памяти и, подготовив счетчик к новому циклу регистрации, вернется в режим. ожидания прерывания.
Третий импульс, сформированный 25 тахометром 7, снова переведет триггер 5 в состояние, противоположное исходному, и на разрешающем входе P счетчика CTI таймера 12 установится уровень "О", счетчик зафиксирует значение:
9 12 полнена. По окончении первой части процесса измерения в памяти блока
15 вычисления и управления будет сформирован массив значений N, каждое из которых характеризует мгновенную скорость вращения вала контролируемого электродвигателя.
Относительное изменение скрости вращения определяется по формуле: мокс . мин
g n — — — — — ° 100% > (17) и где п „- максимальное значение ма кс скорости вращения; и „„ н — минимальное значение скорости вращения; п — текущее (среднее) значение скорости вращения.
Приступая к обработке зарегистрированных значений, центральный процессор 17 дает команду запрещения прерываний, блокируя таким образом сигналы, поступающие на входы программируемых таймеров 12 и 13 и контроллера 14 прерываний, после чего приступает к поиску значений N
N+,нн иэ числа зафиксированных результатов измерения. Пересчет значений N, в gn," осуществляется по формуле (16) 1
"и =N(— ——
1 1мин льность периода второTz
Т где Т вЂ” длите
Х го ююпульса, сформированного тахометром 7.
Одновременно с этим будет установлен уров нь "1" на разрешающем входе
Р счетчика СТ2 программируемого таймера 12, и счетчик начнет регистра- 40 цию импульсов. Перепад напряжения иэ "О" в "1" на первом входе програм» мируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 иэ режима ожидания прерывания, Следуя сигналу прерывания по первому входу и программе обработки прерывания, центральный процессор 17 запишет зарегистрированное значение во вторую ячейку блока 18 оперативной памя- 5р ти. После увеличения адреса ячейки памяти и подготовки счетчика к новому циклу работы центральный процессор
17 снова возвращается в режим ожидания. 55
Процесс регистрации продолжается до тех пор, пока вся область блока
18 оперативной памяти, отведенная под регистрируемые значения не будет за1 — — — — ) 100, мак (18) где Имднс — максимальное значение показаний счетчика иэ числа эарегистриррванных;
N мнн —. минимальное значение показаний счетчика из числа зарегистрированных;
- N — текущее значение показа1 ний счетчика из числа зарегистрированных.
Вычисление значения выводится на блок 19 индикации в виде отдельных значений, таблиц или графиков.
В предлагаемом устройстве целесообразно использовать в качестве счетных D-триггеры, информационные входы которых соединены с инверсными выходами, а счетными входами являются тактовые входы С. В качестве коммутатора может быть применена логическая схема 2И-ИЛИ со схемой управления и фиксации. выполненной, например, на RS-триггере. Функции блока вычисления и управления можно выполнить при использовании микроформула изобретения ления и управления.
Составитель А.Кирилюк
Редактор Т.Парфенова Техред М.яндык Корректор О.Цилле
Заказ 3890 Тираж 461 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101
13 161
ЭВМ, построенной на базе микропроцессорного комплекта К 580, например "Электроника МС 0401", применив в качестве блока индикации видеотерминал алфавитно-цифровой ВТА-200030, Устройство для измерения разности частот вращения, содержащее два импульсных тахоме гра, синтезатор частот, генератор эталонной частоты и два триггера, входы которых соединены с выходами импульсных датчиков, блок вычисления, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, в него дополнительно введены формирователь частоты сетевого напряжения, третий триггер, коммутатор, два инвертора, два программируемых таймера, программируемый контроллер прерываний, а блок вычисления выполнен в виде центрального процессора, блока оперативной памяти, блока индикации, связанные между собой, причем все три триггера выполнены счетными, выход формирователя частоты сетевого напряжения соединен с входом синтезатора частот, выход которого через третий триггер соединен с первым информационным входом .коммутатора, второй информационный вход которого сое3959 14 динен с выходом триггера, а,управляющий вход соединен с системной шиной блока вычисления и управления, причем выход первого триггера соединен со счетным входом счетчика первого программируемого таймера, выход которого соединен с разрешающим входом первого счетчика того же таймера и нулевым входом программируемого контроллера прерываний, а через первый инвертор - с разрешающим входом второго счетчика того же таймер.=. и первым входом программируемого контроллера прерываний, при этом вы15 ход коммутатора соединен со счетным .входом нулевого счетчика второго программируемого таймера, выход которого соединен с разрешающим входом первого счетчика того же таймера и вторым входом программируемого контроллера прерываний, а через второй инвертор— с разрешающим входом второго счет- чика того же тм :мера и третьим входом программируемого контроллера прерываний, причем счетные входы первых и вторых счетчиков первого и второго программируемых таймеров соединены с выходом генератора эта— лонной частоты, а первый и второй программируемые таймеры и программируемый контроллер прерываний соединены с системной шиной блока вычис
