Устройство для контроля подвижной системы электромагнитного аппарата

(51) Н 01 Н 49/00, С 05 В 23/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ев) ,ССС1971ССР1981 4) УСТРОЙСТВО ДЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТТА ПОДВИЖ АППА" иг,(21) 4287962/24-07(57) ИзоЬретение относится к устройствам регистрации качества работыподвижной системы различных электромагнитных механизмов, которые находятширокое применение в различных отраслях промышленности. Цель изобретенияповышение точности и достоверностиконтроля. Для контроля подвижной сис"темы обмотка 6 контролируемого аппарата включает автоколебательный контур, частота автоколеЬаний котороговыбирается значительно выше резонансной частоты электромагнитного аппара.1605286 та. Импульсы напряжения автоколебанийс обмоткой б через блок 11,согласования, формирователь 13 импульсов поступают на вход элемента И 14, управление которым осуществляется по входу15 путем задания временного интервала,за который. импульсы подсчитываютсяпреобразователем выходного сигнала,состоящего из счетчика 16 и регистра 1 О17, с. выхода которого код частоты поступает на выход 18 и запоминается,после чего на вход 21 поступает сигнал обнуления счетчика 16 и регистра17. На следующем такте из ЭВМ на вход 1519 поступает код, который через цифроаналоговый преобразователь 26 и реэисИзобретение относится к устройствам регистрации качества работы подвижной системы различных электромагнитных механизмов, являющихся приводами клапанов, заслонок, сервомеханизмов и т.д., которые находят широкоеприменение в различных отраслях промышленности. 30Цель изобретения - повышение точности и .достоверности контроля эасчет возбуждения колебаний якоря подвижной системы электромагнитного аппарата магнитным полем автоколебательного контура, включающего в себя об"мотку электромагнитного аппарата.На фиг. 1 приведена функциональнаясхема устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства; 40на Фиг. 4 - алгоритмы управления ианализа результатов контроля,Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, выходом соединенныйс управляющими входами ключа 2 и другого ключа 3, входы которых соединенысоответственно с выходом источника 4питания и другого источника 5 питанияс напряжением Е, а выходы ключей 2 и3 объединены и соединены с первым выводом для подключения обмотки 6 электромагнитного аппарата, второй выводдля подключения электромагнитногоаппарата через первый резистор 7 соединен с общей шиной и через второй ре 55эистор 8 с инвертирующим входом (ц-входом) дифференциального усилителя 1,неинвертирующий вход (Н-вход) которогочерез третий резистор 9 соединен с об) тор 20 в виде постоянного напряженияпоступает на вход усилителя 1. Приэтом увеличивается индуктивность об"мотки б из"за движения якоря, а частота автоколебаний аналогично описанному (с выдержкой времени на переходный процесс) запоминается в ЭВМ. Поокончании циклограммы последовательности напряжений на входе усилителя 1осуществляется обработка информациив ЭВМ, О работе подвижной системы судят по величине девиации частоты ав"токолебаний и в случае ее отсутствияили несоответствия заданной выявляютдефекты подвижной системы электромагнитного аппарата. 4 ил. щей шиной и через шестой резистор.10 с выходом усилителя 1. Вход блока 11 рассогласования соединен с первым выводом для подключения обмотки б электромагнитного аппарата, а выход через четвертый резистор 12 - с входом формирователя 13 импульсов, выход которого соединен с первым входом элементаИ 14, второй вход которого соединенс первым входом .15 устройства, а выход элемента И 14 - с входом преобразователя выходного сигнала, выполненного в виде счетчика 16 импульсов ирегистра 17, выходом соединенного с выходом преобразователя выходного сигнала и выходом 18 устройства. Третийвход 19 устройства через пятый резистор 20 соединен с 0-входом усилителя1. Второй вход 21 устройства соединен с входом установки в нулевое состоя"ние преобразователя выходного сигнала,состоящего из счетчика 16 и регистра 17. Обмотка 6 электромагнитного аппарата имеет комплексное сопротивление,которое состоит иэ резистора 22 и ка" тушки 23 индуктивности. Блок 11 согласования состоит из резисторов 24 и 25.Цифроаналоговый преобразователь 26входного сигнала подсоединен междутретьим входом 19 и пятым резистором20. Режим работы ключей 2 и 3 выбран так, что ключ 2 замыкается при положительном напряжении на его управля" ющем входе, а ключ 3 замыкается при286 КБ = БЕ + 1либо 0: Цгде 9, 1 О - резисторы цепи положительной обратной связи.Например, на выходе усилителя 1установилось напряжение Б . Под действием этого напряжения ключ 3 закрывается, а ключ 2 открывается, подключая обмотку 6 к источнику 4. Ток в 25обмотке 6 начинает нарастать, а падение напряжения на резисторе 7 прямопропорционально выходному току, черезрезистор 8 поступает на Б-вход усилителя 1 (Б на фиг,2 а). В момент времени 27 напряжение Б достигает уровнянапряжения Б (фиг.2 а), в результате+чего происходит переключение усилителя 1 (момент времени - точка 27,фиг.2 б), При изменении знака напряжения на выходе усилителя 1 ключ 2 заЗ 5 крывается, а ключ 3 открывается. Обмотка 6 оказывается подключенной кисточнику 5, в результате чего токиндуктивности обмотки 6 начинаетуменьшаться (фиг.2 в). В момент време ни 28 усилитель 1 вновь переключается.Далее процессы повторяются периодичес"ки, в результате чего на выходе усилителя 1 формируются импульсы со скважностью 0,5 (фиг.2 б). Частота формиру емых импульсов при прочих неизменныхвеличинах определяется индуктивностьюобмотки 6, являющейся нагрузкой автоколебательного контура.Если на 11-вход усилителя 1 подано 50 постоянное напряжение, то на резисторе 7 создается такое напряжение и стаким знаком, чтобы скомпенсироватьна Б-входе усилителя 1 входной сигнал,На участке 29-30 (фиг.2) приведенадиаграмма установившегося процесса ь для случая, когда входное напряжениеотрицательное. Из диаграммы видно,что скважность импульсов на выходеусилителя 1 отлична от 0,5, а ско" 5 1605отрицательном напряжении на его управляющем входе.Режим работы дифференциальногоусилителя выбран так, что он имеетгистерезисную характеристику за счетдействия цепи положительной обратнойсвязи, образованной резисторами.9 и10, Резистор 7 в устройстве выполняет функцию датчика обратной связи,выход которого через резистор 8 соединен с 11-входом усилителя 1.Контроль качества работы подвижной системы электромагнитного аппарата основан на известном положениио том, что индуктивность обмоткиэлектромагнитного аппарата при прочих неизменных величинах определяется магнитным сопротивлением зазорав магнитопроводе электромагнита контролируемого аппарата. При отсутствии тока в обмотке контролируемогоаппарата якорь его подвижной системыудерживается в нейтральном положении,а индуктивность обмотки электромагнитного аппарата в этом случае минимальна, При движении якоря электромагнита зазор в магнитопроводе электромагнита уменьшается, а индуктивность обмотки возрастает, и при повороте якоря на максимальный угол зазор в магнитопроводе катушки электромагнита полностью перекрывается, аиндуктивность становится максимальной,С учетом указанного обстоятельства обмотка 6 контролируемого аппарата включается в автоколебательный контур (фиг.1), частота автоколебаний которого выбирается выше собственной механической резонансной частоты контролируемого электромагнитного аппарата, а рабочий диапазон токов устройства. выбирается значительно мень-ше токов насыщения для исключения изменения частоты автоколебаний контура из-за попадания на нелинейную зону экспоненциального переходного процесса тока нагрузки (выбирается начальный линейный участок экспоненты).Устройство работает следующим образом.Перед началом работы схемы на вход 21 устройства подают короткий импульс под действием которого преобразовател выходного сигнала, состоящий из счет 1 чика 16 и регистра 17, устанавливается в нулевое состояние. При включении питания на выходеусилителя 1 благодаря действию положительной обратной связи скачкомустанавливается либо положительное 5 +напряжение ц, либо отрицательноенапряжение Б (знак напряжения определяется знаком смещения нулевогоуровня усилителя), При этом на Н-входе усилителя 1 устанавливается соот-ветственно либорость изменения тока в нагрузке принарас гании и спаде оказывается различными,Действительно, для изображенногослучая при замыкании ключа 2 к катушке 23 индуктивности приложено напряжение (Е-Бт;: так как напряжение Еисточника ч и напряжения Б 7 включенывстречно, При замыкании ключа 3 к 10катушке 23 индуктивности приложенонапряжение (Е+Бт), так как напряженйеЕ источника 5 и напряжение У включены согласно. Так как (Е-УТ) ( (Е+Б ),то скорость нарастания оказывается 15ниже скорости спада тока в нагрузке.Это различие тем больше, чем большевходное напряжение.Таким образом, каждому знаку входного сигнала соответствует определенная скважность импульсов на выходеусилителя 1 (фиг.2 б), а постояннаясоставляющая тока нагрузки линейнозависит от уровня входного сигналана ц-входе усилителя 1. Частота широтно-импульсного сигнала, как и принулевом сигнале на входе 19 устройст"ва, определяется при прочих неизменных величинах индуктивностью нагрузки.Рабочий диапазон токов устройствавыбирается значительно меньше токовнасыщения нагрузки, а частота автоколебаний контура значительно вь 1 шесобственной механической резонанснойчастоты контролируемого аппарата.При этом ток в обмотке электромагнитного аппарата изменяется с частотой автоколебаний контура (фиг,3, интервал времени до точки ), Изменение. тока в обмотке электромагнитного 40аппарата создает магнитное поле, поддействием которого возбуждается якорьэлектромагнитного аппарата с частотойавтоколебаний контура. Импульсы напряжения автоколебаний, поступающие на 45нагрузку, через блок согласования ирезистор 12 поступают на вход формирователя 13 импульсов, с выхода которого импульсы поступают на первыйвход элемента И 14, который закрытдо момента поступления сигнала наначало счета на вход 15 устройстваСигнал на начало счета может бытьсформирован на вход 15 иэ ЭВМ (например, типа микроЭВМ).По приходу сигнала начала счетана вход 15 устройства открываетсяэлемент И 1 ч и импульсы с выхода формироватепя импульсов 13 через элемент И 1 ч поступают на вход преобразователя выходного сигнала, а следовательно, на вход счетчика 16, который в течение времени с (также определяемой ЭВМ) подсчитывает поступающие импуль" сы частоты автоколебаний контура, преобразованной в код. По приходу из ЭВМ сигнала по останову счета на вход 15 устройства закрывается элемент Й 11 и подсчет импульсов прекращается. Частота автоколебаний, записанная в счетчике 16 в виде кода, поступает на вход регистра 17, с выхода которого код частоты с периодом Т (фиг,3 ж) поступает на выход 18 устройства и принимается ЭВМ, которая фиксирует и запоминает информацию, направляя ее в А ячейку. По окончании записи кода1частоты ЭВМ выдает на вход 21 устройства сигнал обнуления, под действием которого устанавливаются в нулевое состояние счетчик 16 и регистр 17 На следующем такте ЭВМ выдает команду "Код-напряжение" из ячейки В на вход 19 устройства, который поступает на цифроаналоговый преобразователь 26 входного сигнала, с выхода которого сигнал в виде постоянного напряжения (момент времени г, фиг.3 д) поступает через резистор 20 на Б-вход усилителя 11(ак описывалось ранее, ток в обмотке 6 начинает нарастать, якорь электромагнита начинает двигаться в сторону уменьшения зазора в магнитопроводе, а индуктивность катушки электромагнита возрастает, следовательно снижается частота автоколебаний, период которой становится Т, По окончании переходного процесса (выдержка времени задается из ЭВМ) с момента времени(аналогично описанному выше) в ЭВМ запоминается информация по частоте с периодом Т, а также в момент времени с,г с периодом Т. По окончании циклограммы последовательности управляющих напряжений, подавае-мой на 0-вход усилителя 1, осуществляется обработка информации в ЭВМ путем анализа изменения частоты автоколебаний контура, При нормальном функционировании подвижной системы должно выполняться условие ТТ 2Тз (фиг.3 ж).По величине изменения частоты авто- колебаний по фиксированным точкам движения якоря судят о положении якоря и работе подвижной системы электромагнитного аппарата.Алгоритм управления и анализа может быть построен как показано нафиг. 4.В случае заклинивания подвижнойсистемы изменение частоты автоколебаний контура отсутствует с моментапрекращения движения якоря подвижнойсистемы (фиг.3 и,к), а в случае затирания изменение частоты автоколебаний 10не соответствует заданной по фиксированным точкам движения якоря подвижной системы электромагнитного аппаратав процессе контроля.Изобретение повышает точность идостоверность контроля, так как предлагаемое устройство по сравнению сизвестным позволяет не только осу.ществлять регистрацию факта наличиядефекта в работе подвижной системы,но и воздействовать на подвижную систему путем создания магнитного поляавтоколебательным контуром, что позволяет осуществлять контроль качестваработы подвижной системы по всему диа пазону движения якоря подвижной системы электромагнитного аппарата исоздает условия для выявления скрытыхдефектов типа перекосов, затиранияили неполного срабатывания подвижнойсистемы в процессе ее контроля, аследовательно, повышается надежностьработы электромагнитного аппарата впроцессе эксплуатации,Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано как устройство для управления электромагнитнымаппаратом с одновременным контролемкачества работы его подвижной системы,так как частота автоколебаний контура40выбирается значительно выше собственной резонансной частоты электромагнит"ного аппарата и не влияет на работуустройства при использовании его вкачестве устройства управления электромагнитным аппаратом.формула изобретения Устройство для контроля подвижнойсистемы электромагнитного аппарата,50 содержащее дифференциальный усилитель, источник питания, ключ, первыйи второй выводы для подключения обмотки электромагнитного аппарата,первый, второй и третий резисторы,причем выход источника питания черезключ соединен с первым выводом дляподключения обмотки контролируемогоаппарата, второй вывод для подключения обмотки контролируемого аппаратачерез первый резистор соединен с общей шиной и через второй резистор синвертирующим входом дифференциального усилителя, неинвертирующий входкоторого соединен с первым выводомтретьего резистора, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности контроля, в него введены другой ключ, другой источник питания, четвертый,. пятыйи шестой резисторы, формирователь импульсов, элемент И, преобразовательвходного сигнала, преобразователь выходного сигнала и блок согласования,вход блока согласования подключен кпервому выводу для подключения обмотки контролируемого аппарата, а выходчерез четвертый резистор - к входуФормирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединенс первым входом устройства, а выход -с входом преобразователя выходногосигнала, вход установки в нулевоесостояние которого соединен с вторымвходом устройства, а выход - с выходом устройства, инвертирующий входдифференциального усилителя через пятый резистор и преобразователь входного сигнала соединен с третьим входом устройства, неинвертирующий входдифференциального усилителя через шестой резистор соединен с выходом дифФеренциального усилителя, соединенногос управляющими входами ключа и другогоключа, подключенного между входом блока согласования и выходом другого источника питания, второй вывод третьегорезистора соединен с общей шиной.1605286 Начал Выдать сигнал обнуление на вхо 21 Выдать обнулениепараметров цикла Выдать обнуление парамет ов Цикла Вычислить девиацию частоты автоколебаний Выдать сигнал начало счета на.вход 15ыдать задержкув мени нет енитьв до скели Выдать сигнал остановсчета на вход 15 да н т буются лище циклйт Опросить выход 18 да Записать информациюв ячейку Увеличить параметр. цикла на 1 Выдать сигнал обнуление на вход 21 ребуются л нееще циклы 7 ВЦЫть код-напряжениеиз ячейки В навхо 19 Увеличить параметр . цикла на 1 Конец Выдать временную:задержку на времяпереходного процесса Фиа 4 Составитель Е.Сафонова Редактор Н.Лазаренко Техред Л.Сердюкова Корректор Э.ЛончаковаЗаказ 3456 Тираж 461 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Н, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,101У Вцавть признак "Норка" и эначе ние всех парамет ров Выдать признак Ърак" и значени всех параме ров