Цифровой измеритель мощности

Союз СаеетскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ он 901859(22) Заявлено 160 б 30 (21) 2940081/18-10 О 01 1 3/24 с присоединением заявки Ко Государственный комитет СССР ив дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.А.Гончарук, О,М.Дерфель и М.В.Хохряков Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институтавтоматизированных систем управления транспортом газа(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть щспользовано для измерения мощности, передаваемой вращающимися валамн.Известен циФровой измеритель мощности, содержащий Фазовый измеритель деформации, блок синхронизации и схеМу управления, связанные посредством элементов И со входами счетчика измерения деформации, и устройства воз ведения ,в квадрат, выходы которых через свои анализаторы нуля соединены с соответствующими командными входами схемы управления 1.Однако такой измеритель не обеспечивает требуемой точности измерения.Наиболее близким к предлагаемому является цифровой измерительмощности, содержащий Фазовый измеритель деформации вращающегося вала, блок управления, блок синхронизации в виде последовательно соединенных генератора импульсов и делителя, счетчики определения деформации, угловой скорости и результата измерения, связанные через свои анализаторы нуля с соответствующими управляющими входами блока управления, синхронизирую" .щий вход которого соединен с выходом генератора блока синхронизации, блок вентилей, связанный с разрядными входами счетчика угловой скорости, иэлементы И н ИЛИ, посредством кото рых выход делителя блока синхрониза-:ции "и режимные выходы блока управления соединены с соответствующимисчетчиками 12.Недостатком известного измерителя 10 является низкая точность измерения,обусловлен ная неидентичностью изготовления зубьев индукторов фазовогоизмерителя деформации и использованием Фиксированного интервала време-,. ни измерения, а также некратностьювремени измерения и периода следования импульсов с измерителя деформацииЦель изобретения - повышение точности измерения.указанная цель достигается тем,что в измеритель введены счетчикчисла зубьев индукторов измерителядеформации, первый и второй управляющие триггеры, ограничитель длительности, вспомогательный,.счетчик, дополнительный элемент ИЛИ и два дополнительных элемента И, а счетчик угловой скорости снабжен вычитающим входом, при этом вход счетчика числазубьев соединен с измерителем дефор 901859гацци, а выход связан с нулевым вхо- рой режимный выход блока 5 управления дом второго управляющего триггера и соединен со вторым входом элемента дополнительным синхронизирующим вхс- ИЛИ 18, выход которого через огранидом блока управления, нулевой вход читель длительности 9 подключен к нупервого управляющего триггера соеди- левому входу первого управляющего нен через ограничитель длительности 5 триггера 7, чей нулевой выход связан с выходом дополнительного элемента со вторыми входами элементов И 14 и ЛИ, первый и второй входы которого 15. Третий режимный выход блока 5 связаны с соответствующими режимны- управления подключен ко вторым вхоми выходами блока управления, вход дам элементов И 11, 13 и 16. Выходы вспомогательного счетчика, соединен элементов И 10 и 11 связаны соответного выходом с блоком вентилей, свя- ственно с суммирующим и вычитающим зан через один дополнительный элемент входами счетчика 21, выход которого И с выходогл генератора импульсов бло- через анализатор 26 нуля подключен ка синхронизации и выходом первого к первому управляющему входу блока 5 управляющего триггера, причем единичУпРавлениЯ, Выходы элементов И 12 и ные входы первого и второго управляю связаны через элемент ИЛИ 19 со щих триггеров соединены соответствен- входом счетчика 22, чей выход через но с выходом анализатора нуля счетчи- анализатор 27 нуля подключен ко втока угловой скорости и выходом анали- рому управляющему входу блока 5 уп-затора нуля счетчика результата, а 20 Равления и к единичному входу тригвычитающий вход счетчика угловой ско- гера 8. Выход элемента И 14 связан рости через другой дополнительный со входом счетчика 23. Выходы элезлемент И связан с выходом второго ментов И 15 и 16 связаны через элеуправляющего триггера, соответствую- мент ИЛИ 20 с суммирующим входом щим режиглньм выходом блока управле счетчика 24, чей вычитающий вход.соения и дополнительным выходом делите- динен с выходом элемента И 17. Выход ля блока синхронизации. счетчика 24 через анализатор 28 нуляНа чертеже представлена блок-схе- подключен к третьему управляющему ма предлагаемого измерителя, входу блока 5 управления, к первомуцифровой измеритель мощности со- входу элемента И 13 и к единичному30держит фазовый измеритель 1 деформа- входу триггера 7. Разрядные выходы ции, блок 2 синхронизации, включаю- счетчика 23 через блок 25 вентилей щий задающии генератор 3 опорных связан с разрядными входами счетчиимпульсов и делитель 4, блок 5 управ- ка 24, а командный вход блока 25 ленив, счетчик 6 числа зубьев индук- вентилей соединен с командным выходом торов, первый и второй управляющие блока 5 управления. Единичный выход35триггеры 7 и 8, ограничитель 9 дли- триггера 8 подключен к первому входу тельности, элементы И 10 - 13, один элемента И 17 (цепи начальной уста- дополнительный элемент И 14, элемен- новки всех счетчиков и триггеров не ты И 15 и 16, другой дополнительный показаны)элемент И 17, дополнительный эле 40 Измеритель работает следующим обмент ИЛИ 18, элементы ИЛИ 19 и 20, разом.счетчик 21 определения деформации, Иа выходе фазового измерителя 1счетчик 22 результата измерения, деформации формируются импульсы, дливспомогательный счетчик 23, счет- тельность которых Т соответствует вечик 2.4 угловой скорости, блок 25 вен личине фазового сдвига сигналов даттилей и анализаторы 26 - 28 нуля. чиков деформации и пропорциональнаВыход фазового измерителя 1 дефор- отношению угла закручивания вала при мации связан с первыми входами эле- передаче крутящего момента Мк к угментов И 10 и 15, а также со входом ловой скорости вращения вала игПесчетчика 6, выход которого подключен 50 риод следования этих импульсов рак нулевому входу второго управляюще- вен Т и определяется расстоянием го триггера 8 и к дополнительному между двумя соседними зубьями индуксинхронизирующему входу блока 5 уп- торов датчиков деформации. равления, Выход задающего генерато- Процесс определения мощности УстРа 3 связан со входом делителя 4, ройства состоит из трех режимов: с синхронизирующим входом блока 5 уп- Р 1 - измерение; Р 2 - коррекция; равления, а также с третьим входом РЗ - вычисление. элемента И 10 и с первыми входами В режиме Р 1 на первом режимном элементов И 12, 14 и 16. Основной вы- выходе блока 5 управления ,.формируход делителя 4 соединен с первым вхо- ется разрешающий потенциал, постудом элемента И 11, а дополнительный пающий на вторые входы элементов И60выход - с третьимвходом элемента 10, 12 и 17, а также через элемент И 17. Первый режимный выход блока 5 ИЛИ 18 и ограничитель длительносуправления подключен ко вторым вхо- ти 9 ,на нулевой вход триггера7, с дам элементов И 10, 12 и 17, а также. нулевого выхода которого подается к первому входу элемента ИЛИ 18. Вто" разрешающий потенциал на вторые вхоА 5ды элементов И 14 н 15, При этом на счетчик 21 по суммирующему входу через элемент И 10 поступают пачки импульсов от задающего генератора 3 с числом импульсов в каждой пачке, равном - , где Тц - период следоТвания имйульсов от. задающего генератора 31 на счетчике 22 поступлением импульсов от задающего генератора 3 через элементы И 12 и ИЛИ 19 формируется время измерения Тщ, = 10С, Тэ(, где С( - емкость счетчика 22.Одновременно аналогичным образом (через элемент И 14) производится счет времени в счетчике 23, а в счетчике 24 по суммирующему входу через элементы И 15 и ИЛИ 20 осуществляется подсчет импульсов с выхода фазового измерителя 1 деформации с перно; дом следования Т. Эти импульсы поступают также на вход счетчика б числа зубьев индукторов датчиков деформации. Счетчик б настроен таким образом, что его переполнение происходит после отсчета числа импульсов (с периодом Т), соответствующего числу зубьев одного индуктора, т.е. после каждого полного оборота ва- ла. Начало режима Р 1 синхронизируется сигналом переполнения счетчика б, поступающим на дополнительный синхро- З 0 низирующий вход блока 5 управления. Этим же сигналом триггер 8 устанавливается в нулевое состояние, формируя запретный потенциал на первом входе элемента И 17. В момент пере- З 5 полнения счетчика 22 (окончания Тщ ) процесс подсчета импульсов в счетчике 21 не прекращается, а.продолжается до завершения режима Р 1, который оканчивается в момент ближайшего 40 переполнения счетчика б.В процессе реализации режима Р 1 устройство работает следующим образом.Предварительно в счетчик 24 вносится уставка, которая определяет 4 жесткость вала. Эта уставка выбирается таким образом, чтобы переполнение счетчика 24 произошло раньше окОнчания времени измерения Тщ, отсчитываемого счетчиком 22. В момент переполнения счетчика 24 на выходе анализатора 28 нуля формируется сигнал, поступающий на единичный вход первого управляющего триггера 7, в результате чего на вторые входы 55 элементов И 14 и 15 подается запрещающий потенциал и счет импульсов в счетчиках 23 и 24 прекращается. Так как переполнение счетчика 24 произойдет от момента начала режима Р 1 через время, равно .С ф Т (С - емкость счетчика 24), то в счетчике 23 эа это время будет зафиксировано число с тиФТс,( 65а счетчик 24 после переполнения будет в нулевом состоянии. Затем, отсчитав время Т , переполнится счетчик 22 и сигнал с выхода анализато-. ра 27 нуля установит второй управляющий триггер 8 в единичное состояние, в результате чего на первый вход элемента И 17 будет подан разрешающий потенциал и импульсы с дополнительного выхода делителя 4 будут посту- пать на реверсивный вход счетчика 24. Таким образом определяется величина приращения времени измеренияЬТцти от момента окончания Тщ до момента окончания режима Р 1, который завер" шается при очередном переполнении,счетчика б, свидетельствующего о прохождения целого числа оборотов вала. При этом переполнении счетчика б сигнал с его выхода поступит на нулевой вход триггера 8 и на дополнительный синхранизирующий вход блока 5 управления. В результате счет импульсов в счетчике 24 прекратится, где но каналу вычитания ,.будет отсчитаноТан импульсов, где К, = - - коэффициентЮ деления на дополнительном выходе делителя 4, и разрешающий потенциал будет переключен в блоке 5 управле-, ния с первого на второй режимный выход, чем обеспечивается переход к режиму Р 2. За время реализации режима Р 1 на счетчик 21 поступит А Тцд + Тцзкт пачек импульсов, в результате чего в нем будет зафиксировано следующее число, пропорциональное величине ИТ (Тцц ф ЬТмзуф 1Тсч Т .В режиме р 2 сигнал со второго Ре" жимного Выхода блока управления через элемент ИЛИ 18 и ограничитель 9 длительности установит триггер 7 в нулевое состояние, подавая разрешающие потенциалы на вторые входы элементов И 14 и 15, через которые на вход счетчика 23 поступят импульсы от задающего генератора 3 с периодом Т(ч, а на суммирующий вход счетчика 24 импульсы от Фазового измерителя 1 деформации с периодом Т . При этом, учитывая отсчитанное в режиме Р 1 число импульсов в счетчике 24, на нем формируется интервал времени- ткть,Одновременно с этим в течение режима Р 2 в счетчик 23 поступит дополнительное число импульсов Ьпточности измерения, в него введены д счетчик числа, зубьев индукторов измерителя деформации, первый и второй управляющие триггеры, ограничитель: длительности, вспомогательный счетчик, дополнительный элемент ИЛИ и два дополнительных элемента И, а счетчик угловой скорости снабжен вычитающим входом, .при этом вход счетчика числа зубьев соединен с измерителем деформации, а выход связан с нулевым входом второго управляющего триггера и дополнительным синхронизирующим входом блока управления, ну - левой вход первого управляющего триггера соединен через ограничитель длительности с выходом дополнительного 4 О элемента ИЛИ,плевый и второй входыкоторого связаны с соответствующимй режимными выходами блока управления, вход вспомогательного счетчика, соединенного выходом с блоком вентилей, связан через один дополнительный элемеит И с выходом генератора импульсов блока синхронизации и выходом первоРежим Р 2 завершится при перепол-нении счетчика 24, сигнал с выхода которого через анализатор 28 нуля поступит на третий управляющий вход блока 5 управления и на единичный вход триггера 7, запрещая поступление импульсов в счетчики 23 и 24.В режиме РЗ реализуется подсчет в счетчике 22 результата числа им- пульсов, характеризующих величину измеряемой мощности, период следования которых обратно пропорционален угловой скорости (величина которой ха-, рактеризуется подсчитанным числом импульсов в счетчике 23), за интервал времени, пропорциональный крутящему моменту М.С переходом на режим РЗ разрешающий потенциал переключается на третий режимный выход блока 5 управления, подавая сигнал разрешения на вторые входы элементов И 11, 13 и ,16. При этом на вычитающий вход счетчика 21 поступают импульсы с основного выхода делителя 4 с периодом следования КТ(К- коэффициент деления) . Формйруемйй счетчиком 21 интервал времени (длительность режима РЗ) равен п К Т. Одновременно схемой реализуются цйклические действия, заключающиеся в том, что число и +Ьп , хранимое в счетчике 23, по сигналу с командного выхода блока 5 управления через блок 25 вентилей пересылается в дополнительном коде в счетчик 24, на суммирующий вход которого через элементы И 16 и ИЛИ 20 поступают серии импульсов от задающего генератора 3 (число импульсов в каждой серии равно и +ьп). Сигналы переполнения счетчика 24 поступают через анализатор 28 нуля на вход счетчика 22 результата (через элементы И 13 и ИЛИ 19), а также на третий управляющий вход блока 5 управления, по которому осуществляется реализация каждого следующего цикла, и описанНые действия повторяются. Таким образом, на счетчик 22 результата поступают импульсы с периодом следования (и, +Оп) Тв течение времени реализации режима РЗ, равного иКТд . Режим РЗ завершается при йоступлении на первый управляющий вход блока 5 управления сигнала с выхода анализатора 26 нуля, свидетельствующего об обнулении счетчика 21. В результате этого число, зафиксированное счетчиком 22 результата, будет пропорционально мощности, передаваемой вращающимся налом.Использование предлагаемого измерителя позволит .повысить точность измерения мощности за счет обеспечения определения величины деформации вала за целое число оборотов последнего, что приводит к устранению погрешности, определяемой неидентичностью зубьев индукторов и некратностью времени измерения и периода сле дования импульсоа с выхода фазового измерителя деформации.Формула изобретенияЦифровой измеритель мощности, содержащий фазовый измеритель деформации вращающегося вала, блок управления, блок синхронизации в виде последовательно соединенных генератора импульсов и делителя, счетчики определения деформации, угловой сно- О рости и результата измерения, связанные через свои анализаторы нуля с соответствующими управляющими вхо,дами блока управления, синхронизирующий вход которого соединен с выхо дом генератора блока синхронизации,блок вентилей связанный с разрядными входами счетчика угловой скорости, и элементы И и ИЛИ, посредством которых выход делителя блока 20 синхронизации и режимные выходы блока управления соединены с соответствующими счетчиками, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения го управляющего триггера, причем единичные входы первого и второго управляющих триггеров соединены соот,ветственно с выходом анализатора нуля счетчика угловой скорости и выходом анализатора нуля счетчика результата, а вычитающий вход счетчика угловой скорости через другой дополнительный элемент И связан с выходомвторого управляющего триггера, соответствующим режимным выходом блокауправления и дополнительным выходомделителя блока синхронизации. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 690339, кл. С 01 Ь 3/24,21.09.77.2. Авторское свидетельство СССРр 673974,кл.6 01 (. 3/24,19.05.77 (прототип.),901859 Составитель Г.Целибеевинская Техред Ь Савка Корректор О,Билак едактор Е.д илиал ППП;ффПатентфф, г. Ужгород, ул. Проектная акаэ 12364/51 Тираж 88 ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, ЖПодписноеного комитета СССРеннй и открытийРаушская иаб., д. 4/5