Устройство для измерения и контроля технологических параметров

(19 (П) СУДО ДЕЛ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ е. то тр. -ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИКОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ,содержащее первый датчик контролируемого параметра, последовательносоединенные усилитель постоянноготока, первый ключ, интегратор инуль-орган, последовательно соединенные генератор опорной частоты,второй ключ и первый счетчик импульсов, третий ключ, выход которогоподключен к входу интегратора, иисточник опорного напряжения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности контролируемого параметра и надеежности устройства, в него введены второй датчикконтролируемого параметра, блок распределения импульсов управления,содержащий первый триггер, распределитель импульсов управления, первыйи второй элементы Й и первый элементНЕ, компаратор, регистр памяти,второй и третий счетчики импульсов,блок контроля, содержащий третий ичетвертый элементы И, второй элементНЕ, второй и третий триггеры, пятыйи шестой элементы И и первый элементИЛИ, регулируемый источник опорногонапряжения, блок автоподстройки, содержащий седьмой элемент И, четвертый и пятый триггеры, восьмой и де"вятый элементы И и второй элементИЛИ, десятый элемент И, первый и второй элементы задержки и коммутатор, к измерительным входам которо - го подключены первый и второй датчики контролируемого параметра и источник опорного напряжения, а выход коммутатора подключен к входу усилителя постоянного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом регулируемого источника опорного напряжения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа, выход нуль-орган соединен с вторым входом интегратора, счетным входом четвертого триггера, входом первого элемента НЕ, первыми входами пятого и шестого элементов И, компаратора и десятого элемента И, первый вы- Я ход первого счетчика импульсов подключен к информационному входу регистра памяти, второму входу компаратора и первым входам третьего, четвертого и седьмого элементов И, а второй выход - к счетному входу первого триггера, неинвертирующий выход которого подключен к входу распределителя импульсов и второму входу первого ключа, а инвертирующий выход - к первым входам первого и второго элементов. И, а также к вторым входам нуль-органа и седьмого элемента И, выход которого подключен к счетному входу пятого триггера, выход первого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым управляющим входом коммутатора, второй выходс первыми входами второго и третьего счетчиков импульсов, установочными входами четвертого и пятого триггеров и вторым управляющим входом коммутатора, третий выход - с третьим управляющим входом коммутатора и вторым входом.113 б 11 б десятого элемента И, выход второгоэлемента И подключен к входу, второго элемента НЕ и вторым входам пятого и"шестого элементов И, выход десятого элемента И подключен к входупервого элемента задержки, выходкоторого соединен с вторым входомвторого ключа и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к установочному входу регистра памяти, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к счетным входам второго и третьего триггеров, а выход второго элемента НЕ соединен сустановочными входами третьего ичетвертого триггеров, неинвертирующий выход второго триггера подключенк третьему входу пятого элемента И,инвертирующий выход третьего триггера - к третьему входу шестого элемента И, выходю пятого и шестого эле.ментов И соединены соответственно ключ, счетчик импульсов и цифровоеотсчетное устройство, генератор опорной частоты, выход которого подключен к второму входу второго ключа, 5 последовательно соединенные источникопорного напряжения и третий ключ,выход которого подключен к входуинтегратора, устройство управленияЯ.10 Недостатками известного устройстваявляются .необходимость периодических калибровок, уменьшение точностиизмерений в процессе эксплуатации,после калибровки, из-за нестабильности характеристик усилителя постоянного тока и интегратора, наличиетемпературной составляющей погрешности измерения в момент включенияустройства и при работе его в широком диапазоне температур окружающей среды, отсутствие контроля градуировочной характеристики датчика и,следовательно, низкая функциональнаянадежность.Цель изобретения - повышение точности измерения контролируемого параметра и надежности устройства.Поставленная цель. достигается темчто в устройство для измерения иконтроля технологических параметров,содержащее первый датчик контролируемого параметра, последовательносоединенные усилитель постоянного. тоха, первый ключ, интегратор инуль-орган, последовательно соеди ненные генератор опорной частоты,Изобретение относится к автомати-..ке и может использоваться для построения систем сигнализации и управ.ления.Известно устройство, осуществляю.щее цифровое преобразование контролируемого параметра, сравнение егос заданным значением и выдающее команду в схему управления, состоящееиз задатчика, дифференциального усилителя,генератора пилообразного напряжения, двух компараторов, генерато.ра импульсов, счетчика, цифроаналогового устройства и декадного переключателя 1,Недостатками такого устройстваявляются необходимость периодических калибровок, уменьшение точностиизмерения и регулированйя температуры в процессе эксплуатации, послекалибровки, из-за нестабильностихарактеристик дифференциального усилителя и генератора пилообразногонапряжения слабая помехозащищенность от импульсных и периодических помех, поскольку дифференциаль"ный усилитель и компараторы не обесчивают эффективное подавление помех, отсутствие контроля градуировочной характеристики датчика и,следов- ельно, низкая Функциональнаянадежность устройства.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяцифровой термометр, содержащий последовательно соединенные датчик,усилитель постоянного тока, первыйключ, интегратор, нуль-орган, второй с первым и вторым входами первогоэлемента ИЛИ, первый выход компаратора подключен к второму входу второго счетчика, а второй выход компаратора - к второму входу третьегосчетчика, выкод второго счетчикасоединен с четвертым входом пятогоэлемента И, а выходы третьего счетчика - с четвертым входом шестогоэлемента И, неинвертирующий выходчетвертого триггера подключен кпервому входу восьмого элемента И,а инвертирующий - к первому входудевятого элемента Я, неинвертирующийвыход пятого триггера соединен свторым входом девятого триггера, аинвертирующий выход - с вторым входом восьмого элемента И, инвертирующий выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, авйход девятого элемента И - к второму входу второго элементаИЛИ,второй ключ и первый счетчик импульсов, третий ключ, выход которого подключен к входу интегратора, и источник опорного напряжения, введены второй датчик контролируемого параметра, блок распределения импульсов управления, содержащий первый триггер,распределитель импульсов управления, первый и второй элементы И и первый элемент НЕ, компаратор, регистр памяти, второй и третий счетчики импульсов, блок контроля, со-. держащий третий и четвертый элементы И, второй элемент НЕ, второй и третий триггеры, пятый и шестой элементы И и первый элемент ИЛИ,регулируемый источник опорного напряжения, блок автоподстройки,содер жащий седьмой элемент И,четвертый и пятый триггеры, восьмой и девятый элементы И и второй элемент ИЛИ, десятый элемент И, первый и второй элементызадержки и коммутатор, к измерительным входам которого подключены первый и второй датчики конт ролируемого параметра и источник опорного напряжения, а выход коммутатора подключен к входу усилителя 25 постоянного тока, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом регулируемого источника опорного напря. жения, выход которого подключен к первому входу третьего ключа, выход нуль-органа соединен с вторым входом интегратора , счетным входом четвертого триггера, входом первого элемента НЕ, первыми входами пятого и шестого элементов И, компаратора и десятого элемента И, первый выход первого счетчика импульсов подключен к информационному входу регистра памяти, второму входу компаратора и первым входам третьего, четвертого и седьмого элементов И, а второй 40 выход - к счетному входу первого триггера, неинвертируюший выход кото;. рого подключен к входу распределителя импульсов и второму входу первого ключа, а инвертирующий выход - 4 к первым входам первого и второго элементов И, а также к вторым входам нуль-органа и седьмого элемента И, выход которого подключен к счет-: ному входу пятого триггера, выход перо вого элемента НЕ соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к второму входу третьего ключа, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второго элемента И и первым управляющим входом коммутатора, второй выход - с первыми входами второго.и третьего счетчиков импульсов, . установочными входами четвертого и пятого триггеров и вторым управляю щим входом коммутатора, третий выход - с третьим управляющим входом коммутатора и .вторым входом десятого элемента И, выход второго элемента И подключен к входу второго злемен та НЕ и вторым входам пятог 9 и шестого элементов И, выход десятого элемента И подключен к вход 9 первого элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом второго ключа и входом второго элемента задержки, выход которого подключен к установочному входу регистра памяти, выходы третьего и четвертого элементов И подключены соответственно к .счетным входам второго и третьего триггеров, а выход второго элемента НЕ соединен с установочными входами третьего и четвертого триггеров, неинвертирующий выход второго триггера подключен к третьему входу пятого элемента И, инвертирующий выход третьего триггера - к третьему входу шестого элемента И, выходы пятого и шестого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, первый выход компаратора подключен к второму входу второго счетчика, а второй выход компаратора - к второму входу третьего счетчика, выход второго счетчика соединен с четвертым входом пятого элемента И, а выход третьего счетчика - с четвертым входом шестого элемента И, неинвертирующий выход четвертого триггера подключен к первому входу восьмого элемента И, а инвертируюший - к первому входу девятого элемента И, неинвертирующий выход пятого триггера соединен с вторым входом девятого триггера, а инвертирующий выход - с вторым входом восьмого элемента И, инвертирующий выход кото" рого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, а выход девятого элемента И - к второму входу второго элемента ИЛИ.На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временная диаграмма его работы; на фиг.3-5 - структурные схемы соответственно блока распределения импульсов, блока контроля и блока автоподстройки.устройство (фиг,1) содерит коммутатор 1, усилитель 2 постоянного тока, первый ключ 3, интегратор 4, нуль-орган 5, генератор 6 опорной частоты, второй ключ 7, первый счетчик 8 импульсов, блок 9 распределения импульсов, десятый элемент И 10, компаратор 11, регистр 12, второй счетчик 13 импульсоЪ,третий счетчик 14 импульсов, блок 15 контроля, третий ключ 16, регулируемый источник 17 опорного напряжения, блок 18 автоподстройки, источник 19 опорного напряжения, первый датчик 20 контролируемого параметра, второй датчик 21 контролируемого параметра. Блок 9 распределения импульсов (фиг.3) содержит первый триггер 22, 1136116распределитель 23 импульсов, первыйэлемент И 24, второй элемент И 25,и первый элемент НЕ 26.Блок 15 контроля (фиг.4) содержиттретий элемечт И27, четвертыйэлемент И 28, второй триггер 29, 5третий триггер 30, второй элемент РЕ31, пятый и шестой 33 элементы И ипервый элемент ИЛИ 34.Устройстно (фиг1) также содержитпервый 35 и второй 36 элементы задерж 10ки.Блок 18 автоподстройки (фиг.5)содержит седьмой .элемент И 37,четвертый 38 и пятый 39 триггеры,восьмой 40 и девятый 41 элементы И 15и второй элемент ИЛИ 42,Устройство работает автоматически с непрерывным повторением одинаковых циклов работы. Цикл работысостоит из трех тактов: автоподстройки, измерения сигналапервого датчика 20 контролируемогопараметра, измерения сигналавторого датчи 1 а 21 контролируемогопараметра, 25Формирование циклов работы обеспечивается блоком 9 распределенияимпульсов (Фиг.З) . Сигналы с выходов триггера 22 управляют первым 3и третьим 16 ключами, а сигналы с выходов распределителя 23 импульсовформируют такты работы. ЭлементИ 25 предназначен для получениясигнала в промежутке времениВ момент времени , (фиг.2) напряжение , соответствующее заданному 35значению контролируемого параметра(уровня сигнализации или регулирования), с выхода источника 19 опорногонапряжения через коммутатор 1, усилитель 2 постоянного тока и первый 40ключ 3 подается на вход интегратора4. В результате выходное напряжениеинтегратора начинает линейно увеличиваться. Через интервал времен) Т,определяемый временем заполнения пер ного счетчика 8 импульсов, имеющегоемкость 8 , импульсами от генератораб опорной частоты, на втором выходе первого счетчика импульсов появляется сигнал, взводящий триггер 22 блока 9 распределения импульсов. Сигналы с выходов триггера 22размыкают первый ключ 3 и замыкаюттретий ключ 16. На вход интегратора4 от регулируемого источника 17опорного напряжения подается напряжение о , имеющее полярность, обратную полярность 5. Напряжениена выходе интегратора 4 линейноуменьшается. В моменг временидостижения выходным напРяжением интегратора 4 нулевого уровня на выходенуль-органа 5 появляется сигнал,который устанавливает интегратор 4 висходное состояние и через первыеэлементы НЕ 26 и И 24 размыкает треч 65где Тю - интервал времени, соответствующий напряжениюю,Т - интервал времени, определяемый временем заполненияпервого счетчика 8 импульсон;)ю выходное напряжение регулируемого источника 17опорного напряжения;0 Э - выходное напряжение источника 19 опорного напряжения.В то же время Ньо(2) где Б - количество импульсов заЭполнения первого счетчика8 импульсов, соответствующее напряжению Э,частота генератора б опорной частоты. В промежутках времени 11-1, - , и 1 - 6( куль-орган 5 сигналом с выхода блока 9 распределения импульсов устанавливается в исходное состояние. тий ключ 16. Одновременно сигнал с выхода нуль-органа 5 поступает в блок 18 автоподстройки (Фиг.5), который работает только в промежутке времени ( - 1 Э и взводит четвертый триггер 38. В этот же промежуток времени в блок 18 автоподстройки поступает сигнал с первого счетчика 8 импульсов. В момент заполнения первого счетчика 8 импульсов количеством импульсов ЙЭ, соответствующим напряжению ОЭ, на выходе седьмого элемента И 37 появляется сигнал, который возводит пятый триггер 39 (Фиг.5). Если четвертый триггер 38 срабатывает раньше пятого триггера 39, то на выходе восьмого элемента И 40 появляется импульс отрицательной полярности, в противном случае на выходе девятого элемента И 41 появляется импульс положительной поляр" ности с длительностью, равной промежутку времени между срабатыванием четвертого 38 и пятого 39 триггеров. Указанные импульсы изменяют напряжение регулируемого источника 17 опорного напряжения так, что срабатывание четвертого 38 и пятого 39 триггеров происходит одновременно, т.е. осуществляется подстройка интервала времени Тю до величины, соответствующей измеряемому напряжению ОЭ ,Поскольку 01 =сол 1то для рассматриваемого процесса заряда интегратора 4 справедливо равенство(4) где получаем Первый счетчик 8 импульсов, в который непрерывно в течение всего цикла поступают импульсы с генератора б опорной частоты, автоматически устанавливается в нулевое состОяние в моменты времени 1В эти моменты на его втором выходе появляется сигнал, вызывающий срабатывание первого триггера 22. В момент временик входу интегратора 4 подключается напряжение , и начинается такт измерения сигнала первого датчика 20 контролируемого параметра. В момент срабатывания нуль-органа 5 справедливо равенство ТТ = - 0О(3)огде Т, - интервал времени, соответствующий напряжению Цнапряжение с первого датчика 30 контролируемогопараметра.Преобразуя выражение (3), используя равенства (1) и (2) и зависи- мость И - число импульсов, накопленное счетчиком 8 импульсов в момент срабатывания нуль-органа 5 и соответствующее напряжению Ц И = -П(5)3Из формулы ,5) видно, что коэффициентпреобразования напряжения в. число импульсов не зависит от параметров усилителя 2 постоянного тока, интегратора 4, генератора б опорной частоты. Это позволяет повысить точ- ность измерения контролируемого параметра.Сигнал с выхода нуль-органа 5 вызывает срабатывание первого 35 и второго Зб элементов задержки, при этом выходной сигнал с первого элемента 35 задержки в течение промежутка времени- 1 запрещает про 5хождение импульсов с выхода генератора б опорной частоты через второй ключ 7 на вход первого счетчика 8 импульсов, а сигнал с выхода второго элемента Зб задержки в момент времениразрешает запись кода числа импульсов , в регистр 12 памяти, так как в прОмежутке времени 1-18 разрешается прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через десятый элемент И 10. Информация с выхода регистра 12 памяти подается на внешнее устройствоВ момент времени , начинается такт измерения сигнала второго дат 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 чика 21 контролируемого параметра, .протекающий аналогично второму такту, но при этом не происходит сраба тывание первого 35 и второго Зб эле ментов задержки.Во втором и третьем такте в момент срабатывания нуль-органа 5 компаратор 11 проверяет соотношение между К, и й Н , где 1 число импульсов, соответствующее напряжению Ь, и соответственно выдает счетный импульс во второй 13 или третий счетчик 14 импульсов. Если ), и )( больше или меньше )1, то на выходе соответственно второго 13 или третьего 14 счетчика импульсов в течение промежутка времени о - , будет сигнал о превышении или понижении величины измеренного параметра от заданного. В течение промежутка времени -1, второй 13 и третий 14 счетчики им-пульсов установлены в исходное со стояние сигналом с выхода блока 9 распределения импульсов.В течение промежутка времени 1 ю -О на выходе блока 15 контро-. ля будет сигнал Неисправность датчиков, если гри К ъ,(,Й или ) с Н - НЗ будет соответствеи - но выполняться условие И( 8 или ,) И) , где ) - число, соответствующее величине допустимого отклонения сигналов датчиков 20 и 21 контролйруемого параметра один от другого, Схема блока 15 контроля(фиг.4), обеспечивающая описанный алгоритм, работает следующим образом. Сигнал с выхода блока 9 распределения импульсов в течение промежутка времени , .1 разрешает срабатывание второго 29 и третьего30 триггеров по счетным входам ст сигналов соответственно с выходов третьего 27 и четвертого 28 элементов И и прохождение сигнала с выхода нуль-органа 5 через пятый32 и шестой 33 элементы И.Сигнал на выходе третьего элемента И 27 появляться тогда когда в первом счетчике 8 импульсовнакоплено число импульсов а при накоплении счетчиком 8 импульсов числа импульсов Й - М сигналбудет на выходе чвхвертого элемента И 28. Исходное состояние второго29 и третьего 30 триггеров таково, что сигнал с выхода второго трггера 29 разрешает, а с третьего триггера 30 запрещает соответственно прохождение сигнала с выходануль-органа 5 через пятый 32 и шестой 33 элементы И. На выходе первого элемента ИЛИ 34 появляется сит.:нал Неисправность датчиков,если при йй )( или ИИ 1 йна выходах соответственно второго113611 б 1 О Ь 13 или третьего 14 счетчика импульсов не будет сигнала, запрещающего прохождение сигнала с выхода нуль- органа 5 через пятый 32 и шестой 33 элементы И.Таким образом, преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известным являются повышенная точность, воэможность длительной работы без калибровки при значительныхнэменениях температуры окружающейсреды, высокое быстродействие эасчет исключения времени прогрева,повышенная надежность,1136116 У Составитель М.БелинковаС,Саенко Техред Т.фанта Корректор М.Максимиши дак к Филиал ППП фПатентф, г.Ужгород, Ул.Проектная Заказ 10284/34 Тираж 863ВНИИЛИ Государственногпо делам изобретений 113035, Москва, ЖПодписноеомитета СССРоткрытийаушская наб., д.4/5