Устройство для измерения разности частот вращения

це а 6 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51)5 6 01 Р 3/48 Бюл, М полите 4 ический В.В.Кухарчук,нко, Лидык 531.7ЦиФ жения ВУЗо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И А ВТОРСНОМУ СИИ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ ВРАЩЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности скоростей вращения валов, скольжения иотносительного изменения скоростивращения, Целью изобретения являетсяповышение точности и расширение диапазона измерений. Устройство содер -жит Формирователь 1 частоты сети,два импульсных тахометра 6 и 7, трисчетных триггера 3 - 5, осуществляе -мых выделение периодов сигналов с161395 9 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 прораммируемых таймеров, включены управляемые делители частоты на нулевых счетчиках программируемых Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения разности скоростей вращения валов, скольжения и относительного изменения скоростивращения.Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерения.На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого устройства дляизмерения разности частот вращения.Устройство содержит формирователь1 частоты сетевого напряжения, синтезатор 2 частот, счетные триггеры 3 -5, импульсные тахометры 6 и 7, коммутатор 8, генератор 9 эталоннойчастоты, инверторы 10 и 11, программируемые таймеры 12 и 13, программи руемый контроллер 14 прерываний,блок 15 вычисления, состоящий изсистемной 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 наустройство центральный процессор 17согласно программе инициализациидает команду, запрещающую прерывания,и в диалоговом режиме запрашиваетоператора о параметре, подлежащемрегистрации, и о погрешности измерения. Введенное значение погрешности фиксируется в одной из ячеекблока 18 оперативной памяти, В зависимости от измеряемого параметрапродолжается программа инициализации.Если необходимо измерить разностьскоростей вращения двух валов, центральный процессор 17 устанавливаеткоммуатор 8 в состояние разрешаютаймеров, коэффициент деления которыхизменяется в зависимости от результатов обработки первичной измерительной информации в блоке 15 вычис 5ления и управления, определяющего,в течение скольких периодов информапивных сигналов с датчиков необходимо производить измерение, чтобыпогрешность измерения, была меньшезаданной, 1 ил,щее прохождение импульсов с выходаимпульсного тахометра 6 через счетный триггер 4 на .тактовый вход С нулевого счетчика СТО программируемоготаймера 13, Счетные триггеры 3 - 5выделяют период информативных сигналов измерительных преобразователей.Поскольку при дискретизации периодов информативных сигналов соблюдаются соотношения:Т, =Т,11,;Т = Г 1, (1)где Т - период сигнала, сфорьярованного импульсным тахо 0 метром 5Т - период сигнала, сформированного импульсным тахометром 7;Т - период импульса генератора 359 эталонной частоты;М - показания счетчика, фиксирующего длительность периодасигнала сформированного импульсным тахометром 6;И - показания счетчика, фиксирующего длительность периода сигнала, сформированногоимпульсным тахометром 7,то разность периодов информативных 45сигналов составляет:ЬТ = Т - Т, = То 01 - 1) . (2)Погрешность определения разностипериодов является основной составляющейпри измерении разности скорости вращения. Для повьпнения точности регистрации необходимо фиксировать значе-:ния Ти Тне за один, а за к периодов, тогда е учетом изложенного: Ь Т( кТд КТ ктд (Я 11 ) р (3)где АТ к - разность приодов информативных сигналов, определенная при регистрации к периодов Т т Т.5 16 Погрешность регистрации разности периодов составляет:(8) Второй полупериод импульса, сформированного счетчиком СТО программируемого таймера 12 установит на раз" решающем входе Р счетчика,СТ 2 таймера 12 уровень "0" и работа этого счетчика будет остановлена. Для определения коэффициента к и измерения периодов информативных сигналов устройства программируются таким образом, что счетчики СТО программируемых таймеров 12 и 13 работают в режиме деления частоты, а счетчики СТ 1 и СТ 2 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 СТО программируемого таймера 12, коэффициент деления частоты которого равен 1, зафиксируют на разрешающем входе Р одного из счетчиков (например СТ 1) уровень "0" на время, равное периоду импульса, сформированного импульсным тахо- метром 7. Тогда на разрешающем входе Р счетчика СТ 2 программируемого таймера 12 в течение этого же времени будет установлен. уровень"1" и счетчик начнет регистрировать импульсы эталонной частоты генератора 9. По окоцчании импульса в счетчике СТ 2 программируемого таймера 12 будет зафиксировано число: 113959 6падна нулевом входе программируемогоконтроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 иэ режима ожидания,Следуя сигналу прерывания к.программе его обработки, центральныйпроцесосор 17 записывает значение Ив ячейку блока 18 оперативной памяти,увеличивает адрес ячейки памяти и,подготовив к новому циклу работысчетчик СТ 2 программируемого таймера12, возвращаются в режим ожиданияпрерывания.Сигнал, поступивший с выхода импульсного тахометра 6 через триггер4, коммутатор 8 и счетчик СТО программируемого таймера 13, коэффициент20 деления которого также равен 1, установит на разрешающем входе Р одного из счетчиков 13 (например СТ 1)уровень "О" на время периода сигнала,сформированного импульсным тахомет 25 ром 4, В этом случае ца разрешающемвходе Р счетчика СТ 2 программируемого таймера 13 в течение такого жевремени будет установлен уровень"1", и счетчик СТ 2 фиксирует импульсы эталонной частоты генератора 9,в течение времени, определяемогопериодом импульса, сформироваццогоимпульсным тахометром 4. Как толькоца выходе тахометра 4 появляетсяочередной импульс, триггер 4 изменяет состояние ца цротивоподожцое ина разрешающем входе 1 счетчика СТ 2программируемого таймера 13 устанавливается уровень "О". Работа счетчи 40ка прекратится и н цем будет зафиксировано значение:ИТ(9)Перепад напряжения иэ "О" вна втором входе прогрлммируемого контроллера 14 прерываний выведет центральный процессор 17 из режима ожидания.Следуя этому сигналу и программе50 обработки прерывания, центральныйпроцессор 17 записывает значение М 1во вторую ячейку блока 18 оператив,ной памяти, увеличивает адрес ячейки памяти и, подготовив к новому55циклу регистрации счетчик СТ 2 таймера 13, завершает цикл предварительного измерения, Сформировав сигнал, запрещающий прерывания, центральный процессор 17 вычисляет зца 1613959чение коэффициента к по Формуле (7;,исходя из зафиксированных значенийМ, 11 и погрешности измерениявведейной в блок 15 вычисления и управления в диалоговом режиме, храня 5щихся в ячейках блока 18 оперативнойпамятиРезультат вычисления записывается в счетчики СТО программируеых таймеров 12 и 13. Этап предварительного измерения заканчиваетсякомандой, разрешающей прерывания .В результате этого этапа определяется число периодов информативныхсигналов, в течение ксторых необходимо производить дискретизацию,чтобы достичь заданной погрешностиизмерения, Центральный процессор 17снова переходит в режим ожиданияпрерывания, 2 ОНулевые счетчики СТО программируемых таймеров 12 и 13 работают в режиме деления частоты, причем коэффициент деления равен к, Сигнал, выработанный импульсным тахометром 7 25пройдет счетчик СТО программируемоготаймера 12 и устяновит на разрешающем входе Р одного из дв,счетчиковэтого же таймера (например СТ 1) уровень "1" на время кТ, . Тогда счетчик зафиксирует число импульсов генератора эталонной частоты, равное: МкТ(10)а. Т,35По окончании. полупериода импульса,сформированного счетчиком СТО программируемого таймера 12 и в счетчикеСТ 1 будет зафиксировано значение Итак как на его разрешающем входе Рустановится уровень "0", Перепаднапряжения из "О" в "1" на первомвходе программируемого контроллера14 прерываний выведет центральныйпроцессор 17 из режима ожидания, 45Следуя этому сигналу, согласно программы его обработки центральный(процессор 17 запишет значение И,зафиксированное счетчиком СТ 1 программируемого таймера 12 в ячейкублока оперативной памяти, увеличитадрес ячейки памяти и, подготовивсчетчик к новому циклу измерения,перейдет в режим ожидания прерывания,55Одновременно с этим на разрешающемвходе Р счетчика СТ 2 программруемоготаймера 12 будет установлен уровень" 1", счетчик регистрирует количество импульсов генератора 9 эталонной частоты, прошедшее за второй полу- период 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 СТ 1) уровень " 1" на время кТ. Тогда счетчик зафиксирует число импульсов генератора эталонной частоты, равное:ИкТ(11)1 ТаПо окончании полупериода импульса, сформированного счетчиком СТОпрограммируемого таймера 13, в счетчике СТ 1 будет зафиксировано значениеЯ, так как на его разрешающем входе Р установится уровень "0", Перепад напряжения из "0" в "1" на третьемвходе программируемого контроллера14 прерываний выведет центральныйпроцессор 17 из режима ожидания.Следуя этому сигналу, согласно программе его обработки, центральныйпроцессор 17 запишет значение Изафикси ров анно е сч ет чиком СТ 1 программируемого таймера 13, во вторуюячейку блока оперативной памяти 18,увеличит адрес ячейки памяти и, подготовив счетчик к новому циклу измерения, завершит обработку прерывания.Одновременно с этим на разрешающемвходе Р счетчика СТ 2 программируемого таймера 13 будет установлен уровень "1", Счетчик регистрирует когщчествс импульсов генератора 9 эталонной частоты, прошедших за второй полупериод импульса, сформированногосчетчиком СТО программируемого таймера 13.Поскольку программируемые таймеры12 и 13 Функционируют как внешниеустройства и их работа не зависитот работы центрального процессора17. а также учитывая, что время счета импульсов достаточно велико, целесообразно сразу производить математическую обработку зарегистрированных значений по Формуле (12) спомощью блока 15 вычисления и управления,Ъа- и,(1 ООХ (12)ИРезультат вычисления относительной разности скоростей выводится наблок 19 индикации. После этого ценгральный процессор 17 возвращаетсяв режим ожидания прерывания до приходов перепадов из "О" в "1" на нулевом или второмвходах программируемого контроллера 14 прерываний,свидетельствующих об окончании регистрации периодов вторых импульсов,сформированных импульсными тахометрами 4 и 7. После этого центральныйпроцессор снова производит вычисление значения. Процесс измерения продолжается да тех пор, пока оператор в диалоговом режиме не даст сигнал в блок15 вычисления и управления прекратитьработу.При измерении скольжения электро-.двигателя центральный процессор17 устанавливает коммутатор 8 всостояние, в котором чрез него будет проходить сигнал, сформированный формирователем 1 частоты сетевого напряжения и преобразованныйсинтезатором 2 частот ла формуле:й =21 (1 З)где 1 - частота импульсов ца выIсходе синтезатора 2;2 - коэффициент пересчета син-"тезатора, равттьтй разрешающей способности импульсного,тахометра 7;частота импульсов ца выходесформирователя 1.Умножение частоты сети производится для получения соизмеримых зцачений периодов вращения ротора и электромагнитного поля асинхронной машины,Все выражения, полученные для режима измерения разности скоростивращения двух валов истинны и длярежима измерения скольжения, с учетом тога, чта в данном случае Тпериод сигнала, сформированного импульсным тахаметрам 7, Работа устройства в режиме измерения скольжения аналогична работе в режиме измерения разности скоростей с учетомуказанных особенностей. Вычислениерезультата производится по формуле;ч :в -А-100%, (14)12где 8 - скольжение электродвигателя0 - число импульсов эталонногогенератора 9, зафиксированное одним из счетчиков программируемого таймера 13 ихарактеризующее период напряжения, питающе го кот 1 тролируемый электродвигатель;/И числа импульсОВ эталоннОГОгенератора 9, зафиксированное одним из счетчиков программируемого таймера 12 ихарактеризующее. период вращения ротора контролируемогоэлектродвигателя,В случае выбора режима измеренияатцасительнага изменения скоростит 5вращения лрограмттировацтте устройствосуществляется таким образом, чтосчетчик СТО программируемого таймера12 работает как делитель частоты скоэффициентам деления, равным 1.2 ОСчетчики СТ 1 и СТ 2 таймера 12 программируются на прерывание терминалького счета, Таймр 13 це работает,а ца второй и третий входы контроллера 14 прерываний программным путемнакладывается маска, блокирующая регистрацию периодов сигнала ат коммутатора 8, вьтрабатаццага имлульсттьтм таха:етром 4 или ттармирсвателемчастоты сетево.а цалряткения,ЗОВ "там случае проц с измерениясостоит из двух этапов - регистрации значений, характерттэуютттттх скорость вращенття вала, и и; тематической обработки зарегистрцроттанцыл.35 значений, Регистрация значений на:ицается лри формировании центральнымпроцессором 17 команды, раэретнаюттейпрерывания,Сигнал, выработанный импульсным4 О тахометрам , проходит через триггер5 и счетчик СТО лрограммируемагатаймера 12 и устанавливает ца разрешающем входе Р одного из двух счетчиков (например, СТ 2) уровень "1"45 на время, равное периоду импульса,вырабатацнога тахаметрам 7, СчетчикСТ 2 регистрирует импульсы генератора9 эталонной частоты в течение указанного времени. Па окончании им 5 О пульса на разрешающем входе Р счетчика СТ 2 програштируемага таймера 12установится уровень "О" и его рабата будет прекращена. В счетчике будет зафиксировано:55 (15)Тогде Т - длительность периода" лервотго импульса, сформированного итпуль ным тахаметрам 7;30 11 161395Т - период импульса генератора 9.Одновременно с этим на разрешающемвходе Р счетчика СТ 1 программируемого таймера 1,2 будет установлен уро 5вень "1" и счетчик получает возможность работать в течение времени,определяемого периодом второго импульса, сформированного импульснымтахометром 7,Перепад напряжения из "О" в "1"на нулевом входе программируемогоконтроллера 14 прерываний выведетцентральный процессор 17 из режимаожидания. Следуя этому сигналу ипрограмме обработки прерывания, центральный процессор 17 запишет в первую ячейку блока 18 оперативной памяти показания счетчика СТ 2 программи- Юруемого таймера 12, увеличит адресячейки памяти и, подготовив счетчикк новому циклу регистрации, вернетсяв режим, ожидания прерывания.Третий импульс, сформированныйтахометром 7, снова переведет триггер 5 в состояние, противоположноеисходному, и на разрешающем входе Рсчетчика СТ 1 таймера 12 установитсяуровень "О", счетчик зафиксируетзначение: 9 12полнена. По окончении первой части процесса измерения в памяти блока 15 вычисления и управления будет сформирован массив значений И, каждое иэ которых характеризует мгновенную скорость вращения вала контролируемого электродвигателя.Относительное изменение скрости вращения определяется по Формуле;мокс, миКи -----100% (17)и где и - максимальное значениемоескорости вращения;ия - минимальное значениескорости вращения;и - 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 И Ин иэ числа зафиксированных результатов измерения. Пересчет значений М, в 11 и," осуществляется по Формуле"и =и( ---11 минльность периода второТаТгде Т - длитеХго ьщпульса, сформированного тахометром 7.Одновременно с этим будет установ" лен уров.нь "1" на разрешающем входе Р счетчика СТ 2 программируемого таймера 12, и счетчик начнет регистра цию импульсов, Перепад напряжения иэ "0" в "1" на первом входе программируемого контроллера 1 ч 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 ти. После увеличения адреса ячейки памяти и подготовки счетчика к новому циклу работы центральный процессор 17 снова возвращается в режим ожидания. 55Процесс регистрации продолжается до тех пор, пока вся область блока 18 оперативной памяти, отведенная под регистрируемые значения не будет за 1---- ) 100%,1 ма б(18)где Имдс - максимальное значениепоказаний счетчика иэчисла эарегистриррванных; Вмин- . минимальное значение показаний счетчика иэ числазарегистрированных;Н- текущее значение показа 1ний счетчика иэ числазарегистрированных.Вычисление значения выводится на блок 19 индикации в виде отдельных значений, таблиц или граФиков,В предлагаемом устройстве целесообразно испольэовать в качестве счетных Э-триггеры, информационные входы которых соединены с инверсными выходами, а счетными входами являются тактовые входы С. В качестве коммутатора может быть применена логическая схема 2 И-ИЛИ со схемой управления и фиксации. выполненной, например, на КБ-триггере, Функции блока вычисления и управления можно выполнить при использовании микроФормула изобретения ления и управления. Составитель А.КирилюкРедактор Т.Парфенова Техред М.Дидык Корректор О,Цилле Заказ 3890 Тираж 461 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул, Гагарина,10 13 161 ЭВМ, построенной на базе микропроцессорного комплекта К 580, например "Электроника МС 0401", применив в качестве блока индикации видеотерминал алфавитно-цифровой ВТА- 30,Устройство для измерения разности частот вращения, содержащее два импульсных тахометра, 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 сое 3959 14динен с выходом триггера, а.управляющий вход соединен с системной ншной блока вычисления и управления,причем выход первого триггера соединен со счетным входом счетчика первого программируемого таймера, выход которого соединен с разрешающимвходом первого счетчика того же таймера и нулевым входом программируемого контроллера прерываний, а черезпервый инвертор - с разрешающим входом второго счетчика того же таймер,-.и первым входом программируемогоконтроллера прерываний, при этом выход коммутатора соединен со счетным.входом нулевого счетчика второго программируемого таймера, выход которогосоединен с разрешающим входом первого счетчика того же таймера и вторымвходом программируемого контроллерапрерываний, а через второй инвертор -с разрешающим входом второго счет-чика того же таймера и третьим входом программируемого контроллерапрерываний, причем счетные входыпервых и вторых счетчиков первогои второго программируемых таймеровсоединены с выходом генератора эталонной частоты, а первый и второйпрограммируемые таймеры и программируемый контроллер прерываний соединены с системной шиной блока вычис