Устройство для измерения частоты импульсов

Класс 21 е, 36 И 54368 ПИ ИЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,1 ДАННОМУ НАРОДНЫМ КОМИССАРИАТОМ ОБОРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИй регисарачии Здрегггстрировдно в Бюро ггоследуизобретений Госгг,гана ггри СИЛ ССС М. И, Парецкий.Устройство для измерения частоты варя 1937 года за М 71о 31 марта 1939 года. явленоОпубли кция приемников, импульсно-компенПри телеметрии по частотно-импульсному методу на приемной стороне требуется преобразовывать поступающие импульсы в показания прибора, пропорциональные частоте импульсов. Удобнее всего преобразовывать импульсы в пропорциональный их частоте постоянный ток и измерять этот ток магнитоэлектриским прибором. Преобразование импульсов в постоянный ток осуществляется обычно одним из трех методов: конденсаторным, импульснотахометрическим или импульсно- компенсационным (см. 77, 31 аЫе 1 п, Р 1 е Тес 11 п 1 К с 1 ег Гегпъ 1 гКап 1 адеп, стр, 50, Электричество, 1935 г.23, стр. 17 и Известия Электропромышленности слабого тока, 1936 г,10, стр, 60), По принципу действия наиоолее совершенным методом преобразования является последний, так как он . основан на автоматической компенсации, все больше внедряю. щейся в технику автоматики и телемеханики и нашедшей разностороннее приложение и в телеметрии (см. Электричество, 1933 г.13,. стр. 9).Однако конструоснованных на сационном принципе (см, 51 аЫе 1 п стр, 50 и 250, фиг, 125 и Известия Электропромышленности слабого тока, 1936 г.10, стр. 60), обладает рядом существенных недостатков, значительно снижающих ее достоинства, Недостатки эти заключаются в следующем:1. Поступающие импульсы при помощи импульсного двигателя перемещают щетку по коллектору. Для этого приемное реле своим контактом попеременно возбуждает обмотки импульсного двигателя. Обмотки эти потребляют ток, в несколько раз превышающий ток самого измерительного двигателя, что приводит к излишним толчкам тока от источника питания и к быстрому износу контакта приемного реле.2. Якорь импульсного двигателя обладает очень большой инерцией, так как через его зубцы должен пройти магнитный поток, достаточный для создания необходимого вращающего момента, Характер изменения вращающего момента в зависимости от взаимного расположения зубцов якоря и полюсных наконеч ников электромагнитов таков, чтопри совпадении их магнитных осейвращающий момент равен нулю (как, например, в синхронной машине); таким образом при совершении шага якорь, достигнув положения совпадения магнитных осей и развив к этому моменту большую скорость, в этом положении не останавливается, а па инерции идет дальше, возвращается обратно и совершает несколько таких колебаний при каждом шаге, Так как это ведет к неправильному регулированию тока в указанной цепи, то для успокоения хода якоря применяется масляный успокоитель в виде укрепленного на оси импульсного двигателя плоского бака, внутри которого, окруженный маслом, лежит металлический диск (см. ЯаЫе 1 п, стр. 250, фиг. 125), но и с этим успокоителем максимальная частота, при которой двигатель, устойчиво работает, до. стигает лишь 2,5 импульсов в секунду. Такая малая частота неприемлема для указате,льного прибора, который тем труднее успокоить, чем реже колебания. Кроме этих принципиальных недостатков, самая конструкция получается дорогой; в слу. чае течи в масляном баке, находящемся в самой верхней части прибора, весь прибор оказывается залитым маслом.3. Регулируемое ступенчатое сопротивление должно вращаться, что ведет к сильной загрузке измери. тельного двигателя и к сложной его конструкции,4. Вращающийся многопластинча. тый коллектор (соответственно числу ступеней тока) должен быть изготовлен с большой точностью, и ось щетки и ось коллектора должны находиться строго на одной прямой линии. Если эти условия не выполнены, то в показаниях указательного прибора появляются колебания с большим периодом, которые трудно сгладить.Предлагаемое устройство, отли чаясь простотой конструкции, свободно от упомянутых недостатков и поэтому в полной мере позволяет ис. пользовать преимущества компенсационного принципа, Устранение не. достатков и упрощение конструкции достигнуто благодаря применению коммутационного метода, изложенного в авторском свидетельстве48810,На фиг, 1 предлагаемого чертежа представлена схема предлагаемого устройства с применением реле, , включенных по циклической схеме, на фиг, 2 - упрощенный вариантс одним лишь приемным реле и на фиг. 3 - вариант с увеличенным числом ступеней регулирования.Устройство по фиг. 1 состоит из магнитоэлектрического двигателя 10 коммутатора 20, сопротивлений 30, 31 и включенных по циклической схеме реле 40 и 50, Когда через ли.нию связи в приемное реле 100 поступают импульсы тока, реле пульсирует и периодически переключает свой контакт 101 вниз и вверх, При первом импульсе контакт 101 переключается вниз, возбуждая при этом через замкнутое (спокойное) поло-жение контакта 53 реле 50 обмот-ку 41 двухобмоточного реле 40. ) Последнее возбуждается и замыкаетсвой контакт 43, По окончании первого импульса реле 100 обесточивается и контакт 101 переключается в верхнее положение, Через замкнутый контакт 43 продолжает оставаться возбужденным реле 40 (через свою вторую катушку 42) и кроме того возбуждается также катушка 51 двухобмоточного реле 50. Последнее переключает свой контакт 53 из левого положения в правое. При следующем импульсе в реле 100 контакт 101 переключается вниз; при этом обе обмотки 41 и 42 реле 40 оказываются обесточенными, реле 40 отпадает и размыкает свой кон-такт 43. По окончании второго импульса контакт 101 вновь отпадает.После этого обе обмотки 51 и 52 реле 50 оказываются обесточенными и реле 50 отпадает, В дальнейшем цикл повторяется.Реле 40 управляет также контактом 44, а реле 50 в контактами 54 и 55, Контакты 44, 54 и 55 совершают при работе реле 40 и 50 последовательно присоединение линий 1, 2, 3 и 4 к плюсу батареи. Работа реле, включенных по циклической схеме, видна из нижеследую- 3 ное состояние реле или спокойное изображенное на фиг, 1) состояние контактов обозначено знаком минус,гней таблицы, охватывающей два цикла. Возбужденное состояние реле или рабочее состояние контакта обо. значено знаком плюс. ОбесточенРеле 40 Контакты Контакт К плюсу присоеаинена линия4 через 44 спок. 54 спок. Как видно из таблицы, плюс бата-контактов 44 - 54, провод 4, пластиреи циклически переключается по, ну 24, щетку 23 присоединен к пропроводам 1, 2, 3 и 4, как будто они ( воду 8, и сила тока в якоре двигаприсоединяются к плюсу через вра- теля 10 достигла максимума, то при щающийся переключатель, Прово- вращении коммутатора пластина 24, да 1, 2, 3 и 4 присоединены через присоединенная к плюсу, будет пекотактные кольца к пластинам 21, реводить этот плюс последовательно 22, 23, 24 коммутатора 20 (на фиг, 1 на щетки 27, 23. 25, т. е. на провопоказано жесткое соединение) ида 7, б, 5, постепенно уменьшая тав изображенном положении комму- ким путем силу тока в цепи якоря. татора 20, через щетки 25, 23, 27, При одновременнэй работе цикли, - к проводам 5, 6, 7 и 8ческой схемы и коммутатора напраПри циклической работе реле 40вленне и скорость перемещения и 50 плюс батареи перемещается попляса батареи по сопротивлениям 30 проводам 1, 2, 3 и 4 и, следователь-и 31, т. е. скорость изменения силы но, по проводам 5, б, 7, 8. При этом тока в якоре двигателя 10 будет величина сопротивления, включен- равна разности скоростей цикличеного в цепь якоря двигателя 10, ского переключения реле и вращеуменьшается и сила тока в якорения коммутатора. Реле и коммутатор увеличивается. При вращении двига-, будут работать, как автоматический теля 10 он вращает коммутатор 20 регулятор скорости вращ ния двига. в направлении, показанном стрелкой.: теля, причем среднее положение Если предположить, что цикличе- плюса на провздах 5, б, 7, 8 уста ская схема остановилась в изобра- навливается таким, чтобы скорость женном положении, т. е. когда плюс двигателя была равна скорости батареи через спокойное положение циклических перек 1 ючений реле ибыла, следовательно, пропорцио нальна частоте поступающих импульсов, Пропорциональность между силой тока и скорослью вращения присуща магнитоэлектрическому двигателю. Измерительный прибор может быть включен последовательно в цепь якоря, или же, если это удобнее, как вольтметр (показано пунктиром).В некоторых случаях, при соответствующих соотношениях вращающего мсмента и момента инерции магнитоэлектрического двигателя 10, нет необходимости в циклическом переключении плюса батареи; достаточно простое двухпроводное переключение, как это показано на фиг. 2.В изображенном положении контакта 101 приемного реле 100 плюс батареи подан через пластину 21 и щетку 2 б на провод б; цепь прервана. При поступлении импульса на реле 100 контакт 101 переключается влево и присоединяет плюс батареи через провод 3, пластину 2 З и щетку 27 к проводу 7. Двигатель 10 начинает вращаться, поворачивая при этом коммутатор 20 в указанном стрелкой направлении. Присоединенная к плюсу батареи пластина 28 переходит со щетки 27 на щетку 26, переводя плюс батареи с провода 7 на провод 6, и уменьшая, таким образом, ток в цепи двигателя. Если импульс к этому времени окончился, контакт 101 опять переключается вправо, подключая плюс батареи к пластине 21, которая к этому моменту находится под щеткой 28 и подает плюс батареи на провод 8, вновь усиливая ток в цепи денга. тели 10.Для правильной раболы преобразователя по фиг. 1 и 2 должно быть выполнено следующее условие. Переклк чени е ступенч атых сс пр отивлеыий 0 и 81 под действием поступающих импульссв должно происходить в сторону усиления тока, а при вращении коммутатора 20 - в сторону ослабления тока. Если же, например, при положении плюса на провод 8 поступит новый импульс, то плюс переключится на одну из предыдущих ступеней, что ведет; к ослаблению тока, в разрез с при, веденным выше условием. В выпол- , пении преобразователя по фиг. 1переключения плюса по ступенчатому сопротивлению 80, Л при поступлении импульсов происходят каж, дый раз на один шаг (одну ступень);.поэтому положение плюса к моменту поступления следующего переключения должно быть не дальше ступе, ни 7. В выполнении по фиг. 2 переключение при поступлении импульса происходит на два шага (две ступени); поэтому к моменту поступления нового импульса плюс должен нахо , диться не дальше ступени 6. В остальном работа устройства по фиг, 1 и 2 в принципе одинакова.Для измерения мало или медленноменяюшейся частоты устройство по фиг. 1 и 2 вполне удовлетворительно, В других случаях небольшое число ступеней не обеспечивает достаточно быстрого и плавного следования ; скорости двигателя 10 за изменениемчастоты поступающих импульсов.В этих случаях удобно устройство по фиг. 3, имеющее большее число , ступеней регулирования. Как видноиз фиг. 3, место омических сопротивлении .О, 81 занимают сопротивления 61, 71 обмоток двухобмоточных реле 60, 70. Вторая обмотка 62 реле 60 выполнена с числом витков, одинаковым с 61. Число витков обмотки 72 равно числу витков обмотки 71. Когда плюс батареи присоединен к проводу 6, обмотки 61 и 62 обтекаются одним и тем же током, но в противоположном направлении: то же с обмотками 71 и 72. Поэтому реле 60 и 70 не срабатывают, Когда плюс переключается на провод 7, ток в обмотке 62 несколько увеличивается, сохраняя свсе первоначаль ное направление, а через обмотку 61(и сопротивление 200) ток течет в направлении, обратном первоначальному и совпадающему с током в обмотке 62. Ампервитки обмо, ток 61 и 62 складываются, реле 60срабатывает и переключает свой кон такт 63 в нижнее положение, Вследствие этого, когда импульс поступит при нахождении плюса на проводе 7 и переключит его на двашага вперед (по схеме фиг. 2), топлюс, переместившись при этомс провода 7 на провод б, окажется 1присоединенным через контакт бЗк проводу 9, что поведет к усиле.нию тока в цепи двигателя, в соот-,ветствии с формулированным вышеусловием работы преобразователя,С каждым дополнительным реле (80,90) количество рабочих ступеней преобразователя увеличивается и практически всегда может быть доведенодо необходимого числа. При прекращении поступления импульсов илиуменьшении их частоты плюс постепенно перемещается по убывающим,номерам ступеней сопротивления ипри этом реле 90, 80, 70, б 0 последовательно отпадают,Форма выполнения по фиг. 3 может удовлетворять самым высокимтребованиям в отношении плавностиизменения показаний и т. п.Как видно из сказанного, предлагаемое устройство, используя пре-имущества компенсационного прин-пипа, не обладает конструктивныминедостатками устройства АЕ 6 (ЯаЬ-1 е 1 п,стр. 50): во.первых, в нем отсутствует имиу 1 ьсный двигатель - дорогое, громоздкое и неудовлетвори.тельно работающее устройство. Вме.сте с ним отпадают и толчки токаисточника . питания и усиленныйизнос контактов приемного реле.В устройстве по фиг, 1 мотор заменяется двумя обычными телефонными реле, по фиг, 2 отсутствуюткакие-либо заменяющие его устройства, во-вторых, ступенчатое регулируемое сопротивление укреплено неподвижно, что позволяет выбиратьдля него целесообразную, с точкизрения охлаждения и пр. конструкцию и не нагружать дополнительномагнитоэлектрический двигатель, чтоиовышает точность работы преобразователя.Наконец, коммутатор делается четырехпластинчатым, что чрезвычайноупрощае 1 его изготовление и умень.шает его вес, а следовательно, трение и вызываемые им погрешности.В случае необходимости большегочисла ступеней это достигается введением простых телефонных реле, но число пластин коммутатора остаетсян: изменным. Предмет изобретения. 1. Устройство для измерения частоты импульсов, основанное на уравнении скорости вращения двигателя, регулируемой изменением сопротивления, отдельные участки которого включены между пластинами надетого на вал двигателя коммутатора, со скоростью вращения, зависящей от измеряемой частоты, причем мерой последней служит сила тока в цепи якоря двигателя или напряжение на его зажимах, отличающееся тем, что сопротивле. ние выполнено неподвижным и со единение отдельных его точек с пластинами коммутатора осуществляется через наложенные на последний щетки, причем пластины, кроме того, соединены с контактами реле, управляемых импульсами измеряемой частоты, с той целью, чтобы происходило поочередное циклическое включение пластин в цепь двигателя и вызывало такое изменение сопротивления, чтобы скорость двигателя регулировалась в сторону совпадения со скоростью переключения пластин коммутатора,2. В устройстве по и. 1 использование, с целью поочередного циклического включения пластин коммутатора в цепь двигателя. устройства для суммирования импульсов по авторскому свидетельству Мо 48810.3. Форма выполнения устройства ио и, 1, отличающаяся тем, что для включения пластин коммутатора применено одно двухпозицнонное реле, под действием импульсов поочередно включающее в цепь двигателя две диаметрально противоположные пластины коммутатора.4. Форма выполнения устройства по пп, 1 и 3, отличающаяся тем, что, с целью увеличения числа ступеней регулирования тока, примечены двух. обмоточные реле ио числу пластин коммутатора, включенные в цепь регулируемого сопротивления таким образом, чтобы при выключении отдельных ступеней сопротивления онипоочередно срабатывали, переключаяи при повторном включении комму- провода от щеток коммутатора нататором первых проводов процесс несколько ступеней в сторону даль-нарастания тока продолжался.нейшео уменьшения сопротивления,