Устройство для измерения функциональной погрешности потенциометров

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 7(51)5 0 01 В 27 22 АЗ уБлик ИЗОБР ТЕНИ У ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИК ПАТЕНТ(71) Кировское электромашинное производственное объедЛепсе(73) Кировское электромашинное производственное обьедЛепсе(56) Авторское свидетельство СМ 281604, кл. Н 01 С 10/00, 196Авторское свидетельство СМ 1626967, кл, 6 01 В 31/28, 19 строительнение им, строительнение им. СР СР 9. 2(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ РОТЕНЦИОМЕТРОВ(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и можетбыть использовано для кон(т(р(оляпогрешности функциональнойзависимости прецизионных потенциометроа. Цель изобретения - повышение достоверности измерений и,. производительности труда за счет автоматизации измерений. Устройство содержит йсточники 1 и 2 эталонной й отрицательной ЭДС, источник 3 дополняющей ЭДС, общую . шину 4, зажимы 5, 7, 8 для подключения первого и второго постоянныхи переменного выводов испытуемого потенциометра,де1782322 10 15 20 30 35 40 тектор 9 отрицательного сигнала, измеритель 10 дифференциального напряжения, компаратор 11, блок 12 управления, шаговый привод 13, первый 14, второй 20 и третий 21 элементы И, суммирующий счетчик 15, преобразователь 16 код - напряжение, сумматор 17, источник 18 опорного напряжения, управляемый ат-тенюатор 19, реверсивный счетчик 22, генератор 23 импульсов, делитель"частоты" 24, детектор нуля 25, блок 26 оценки абсолютной величины сигнала, пиковый детектор 27, блок 28 анализа, шину 29 установки. За счет введения источника 3 Изобретение относится к электроизмерительной"технике А может быть"исйользовано "для контроляиогрешностифункциональной зависимости прецизионных потенцйометров,Цель изобретения - повышение достоверности измерений и производительйоститруда за счет автоматизации измерений.На фиг, 1 приведена схема устройства;на фиг. 2 - зависимости образцовых и исследуемых функций, поясняющие раббту устройства; нафиг, 3 - схема блокауйравления; на фйг, 4 - граф, описывающийпоследовательность работы блока управления; на фиг. 5 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 6 - схема блокаанализа,Устройство (фиг. 1) содержит источник 1 эталонной ЭДС, источник 2 отрицательной ЭДС, источник 3 допол няющей ЭДС, общую шину 4, зажим 5 для подключения первого постоянного вывода исследуемого потенциометра, шину 6 пуска, закимы 7, 8 для подключения второго постоянного и переменного вывода исследуемого потенциометра, детектор 9 отрицательного сигнала, измеритель 10 дифференциального напряжения, компаратор 11, блок 12 управления, шаговый привод 13, первый элемент И 14, суммирующий счетчик 15, преобразователь 16 код-напряжение, сумматор 17, источник 18 опорного напряжения, управляемый аттенюатор 19, второй 20 и третий 21 элементы И, реверсивный счетчик 22, генератор 23 импульсов, делитель частоты 24, детектор нуля 25, блок 26 оценки абсолютной величины сигнала, типовой детектор 27, блок 28 анализа, шину 29 установки, На фиг. 1 показан также исследуемый потенциометр 30,дополняющей ЭДС, компаратора 11, блока 12 управления, шагового привода 13, элементов И 14, 20, 21, суммирующего счетчика 15, преобразователя 16 код-напряжение, сумматора 17, источника 18 опорного напряжения, реверсивного счетчика 22, генератора 23 импульсов делителя 24 частоты, детектора 25 нуля, блока 26 оценки абсолютной величины сигнала, пикового детектора 27; блока 28 анализа обеспечивается автоматический контроль функциональной зависимости потенциометра, что повышает производительность труда и достоверности контроля, 6 ил. Блок 12 управления содержит шифратор 31, синхронный регистр 32 и дешифратор 33,Блок 28 анализа содеркит задатчик 34 макСимальных допустимых отклонений, компаратор 35, элемент ИЛИ 36, элемент И 37, индикатор 38 брака, элемент И 39, индикатор 40 нормы, Общая точка источников 1 и 2 соединена с общей шиной 4 устройства. Минусовой вывод источника 2 отрицательной ЭДС соединен с зажимом 5 для подключения первого постоянного выводаисследуемого потенциометра 30, зажим 7 для подключения второго постоянного вывода которого соединен с плюсовым выводом источника 3 дополняющей ЭДС.Зажим 8 для подключения переменного вывода исследуемого потенциометра 30 соединен со входом детектора 9 отрицательного сигнала, с одним из входов измерителя 10 дифференциального напряжения и с одним из входов компаратора 11, другой вход которого подключен к общей точке источников 1 и 3, а выход соединен с первым входом 25 блока 12 управления. Подвижной элемент исследуемого потенциометра 30 связан сшаговым приводом 13. Первый выход блока 12 управления через первый элемент И 14 связан с инкрементирующим входом суммирущего счетчика 15, выход которого через преобразователь 16 код-напряжение связан с одним из входов сумматора 17, к другому входу которого подключен источник 18 опорного напряжения. Выход сумматора 17 через управляемый аттенюатор 19 связан со вторым входом измерителя 10 дифференциального напряжения.Второй и третий выходы блока управления 12 через соответственно второй и третий элементы И 20 и 21 связаны1782322 . 6 5соответственно с инкрементными и декре- сигнал разрешает прохождение тактовыхментными, входами шагового привода 13 и имйульсов с генератора 23 через делительреверсивного счетчика 22, выход которого частоты 24 и элемейт И 21 на декрементныйсоединен с управляющим входом управляв-вход шагового привода 13, который начинэмого аттенюатора 19. Выход детектора 9 5 ет движение подвижного элемента исследуотрицательного сигнала подключен к вхо- емого Фотенциометра вниз, При этомдам сброса суммирующего счетчика 15 и напряженйе нэ йеременном зажиме 8реверсивного счетчика 22, а также ко второ- уменьшается, Когда это напряжение уменьму входу блока управления 12;. шается до нуля (момент времейи ТЗ на фиг.Выход генератора 23 импульсов соеди 5), детектор отрицательного сигнала 9 выранен с третьим входом блока управления 12, батывает сигнал логической единицы, котосо вторым входом элемента И 14, а также рый устанавливает нулевое состояниечерез делитель частоты 24 связан со вторы- реверсивного счетчика 22 и суммирующегоми входами элементов И 20 и 21.,счетчика 15, а также переводит в третье соВыход измерителя 10 дифференциаль стояние блок управления 12.ного напряжения через детектор нуля 25 В этом состоянии сигнал йа выходе 12.3связан с четвертым входом блока управле- пропадает, поэтому движение вниз прекрания 12, а через блок 26 оценки абсолютной щается. В этом же состоянии на выходе 12.2величины сигнала - с сигнальным входом появляется сигнал разрешения движенияпикового детектора 27, вход сброса которо вверх, По этому сигналу тактовые импульсыго подключен к четвертному выходу блока проходят через элемент И 20 на инкрементуправления 12, а. выход соединен с инфор- ные входы реверсивного счетчика 22 и шамационным входом блока анализа 28, вход гового привода 13. При этом сигнал сбросаразрешения которого соединен с пятым вы- запрещает инкрементацию реверсивногоходом блока управления 12. Пятый вход бло счетчика 22, Шаговый же привод 13 начинака управления соединен с шиной 29 етдвижениевверх. Это ведеткувеличениюустановки начального состояния, а шестой йапряжения на зажиме 8 переменного вывход - с шиной 6 пуска:,вода исследуемого потенциометра. КогдаУстройство работает следующим абра- напряжейие из отрицательного становитсязом, нулевым (момент времени Т 4 на фиг, 5), деВначале блок управления 12 находится техтор 9 отрицательного сигнала прекращав исходном нулевом состоянии (фиг. 4, 5), ет сброс счетчиков 22 и 14, ОднакоПри этом не вырабатывается никаких вы-:последний сохраняетнулевоесостояниепоходных сигналов. Поэтому элементы Й 20, скольку элемент И 14 закрйт. Состояние21, 14, 37, 39 (фиг. 1, 6) заперты. Шаговый 35 блока управления 12 также при этом не изпривод 13 неподвижен, индикаторы 40 и 38 меняется,не светятся: В этот момент времени Г 4 происходитИсследуемый потенциометр 30 устанав- автоматическое"совмещение" начальных толивают в приспособление (не показано) и чек исследуемой и этэлонной функций. Этообеспечивают безлюфтовую связь его по-"40 обеспечивается благодаря смещению и со-движного элемента (не показан) с шаговым вмещению систем отсчета, Действительно,приводом 13; Первый и второй постоянййе первый постоянный зажим 5 исследуемоговыводы потенциометра подключают к зажи- потенцйометра находится под потенциаломмам 5 и 7, а переменный вывод - к зажиму-. - 0,01 Е, обеспечиваемым источником 2 от 8, При этом не требуется приводить подвиж рицательной ЭДС, Подвижный элемент исной элемент потенциометра в какое-либо следуемого потенциометра находится вопределенное положение,:.;.". . начальной точке эффективного диапазонаПри поступлении в момент времени Т 1 регулирования (т.к. смещен до значенияпо шийе 6 пускового импульса блок управ-, функции, равного+0.01 Е относительноперления 12 переходит в первое состояние и 50 вогонейодвижного вйвода), Значениеиссостается в этом состоянии до окончания пу- ледуемой функции (выход 8) равно нулю, какскового импульса (фиг, 4, 5). При этом не отмечалось выше, Значение образцовойвырабатывается ни один выходной импульс, (или эталонной) функции также равно нулю,поэтому в устройстве ничего не меняется. так как при нулевом значении аргумента,По окончании в момент времени Т 2 пу измеряемого реверсивным счетчиком 22,скового импульса блок управления 12 пере- коэффициент передачи управляемого аттеходиг во второе состояние (фиг. 4. 5), Принюатора 19 равен нулю,а значит равен нулюэтом на выходе 12.3 появляется сигнал раэ- и его выходной потенциал. На графике фиг,решения движения подвижного элемента 2 показано, что при нулевом значении аргуисследуемого потенциометра вниз, Этот мента значения исследуемой и эталоннойфункций равны нулю при любой крутизне этих функций, обусловленной величиной эффективного диапазона регулирования.Однако для сопоставления эталонной и исследуемой функций недостаточно полного совмещения их начальных точек, Должны быть совмещены и их конечные точки. Но фактический эффективный диапазон регу- .лированйя установленного йотенциометранеизвестен. Поэтому с момента времени Т 4 10 в третьем состоянии блока управления (фиг.4, 5) происходит выведение подвижного элемента исследуемого потенциометра в конечную точку эффективного" дйапазонарегулирования данного конкретного потенциометра. Эта точка оговорена"гехйическими условиями как точка, в которой напряжение на переменном выводе потенциометра составляет +0,99 Е или"с учетом 20 смещения начала координат составляет+0,98 Е.Прийеремещении подвижного элемента вверх напряжение в точке 8 увеличивается(фиг. 5) дотех пор, пока в моментвремениТ 5 не сравняется с ЭДС источника 1 эталон ной ЭДС, 8 этот момент подвижной элемент потенциометра находится в конце эффективного угла регулирования ХК, поэтому его необходимо зафиксировать в этом положеВ четвертом состоянии шаговый привод 13 останавливается потому, что на обоихвходах его отсутствуют импульсы, Вместе с 35тем в реверсивном счетчике 22 фиксируется код, пропорциональный эффективному углу регулирования ХК. Этот код поступает на управляющий вход управляемого аттенюа 40 тора 19 и устанавливает коэффициент его передачи. равным ХК. Таким образом автоматически осуществляется привязка дйапазойов "изменения аргументов образцовой и исследуемой фун 45 кций. Однако и этого недостаточно, так как необходимо также совместить конечное значение образцовой функции с конечным значением исследуемой функции. Это как раэ-и осуществляется в четвертом состоянии, начиная с момента времени Т 5. Для этого на выходе 12.1 блока управления 12 вырабатывается сигнал ЕС разрешения работы суммирующего счетчика 15 (фиг, 1, 3,50 4,5). Импульсы генератора 23 через элемент И 14 поступают на инкрементирующий вход этого счетчика 15. По мере роста кода на вйходе этого счетчика растет и напряжение нэ выходе преобразователя 16 код-напряжение. Суммарное напряжение с выхода сумматора 17 через учитывающий эффекнии, Для этого компаратор 11 вырабатывает 30сигнал, переводящий блок управления 12 вчетвертое состояние (фиг. 4, 5). тивный диапазон регулирования аттенюа- тор 19 поступает на другой вход измерителя 10 дифференциального напряжения для сопоставления с конечным напряжением исследуемого потенциометра 30.При этом источник 18 опорного напряжения обеспечивает начальное напряжение, что сокращает время совмещения значения образцовой функции в конце диапазона со-значением конечного напряжения исследуемого потенциометра.При исследовании потенциометров раз- . ных типов с существенно отличающимися диапазонами изменения аргумента источник опорного напряжения 18 может быть вййолнен йереключаемым, При этом мини-. мальноенапряжение на еговыходе может быть равно 0,98 Е. На графике фиг. 2 показано, что ля потенциометра с конечным значением аргумента ХК 2 при"максимально возможном значении ХКК увеличение напряжения относительно 0,98 Е не превышает 0,01 Е. Однако для потенциометра с конечным значением аргумента ХК 1 напряжение с выхода преобразователя код - напряжение 19 должно. быть значительным по сравнению с 0,98 Е. Поэтому для потенцкометров данного типа необходимо или увеличить напряжение на выходе источнйка 18 опорного напряжения или оставить его прежнйм, смирившись с меньшим повышением производительности. Однако сумма- тор 17 и, источник 18 не только повышают производительность, они при той же разрядности преобразователя 16 позволяют дополнительно повысить точность подгонки диапазонов исследуемой в эталонной функции,Итак, при увеличении эталонного конечного напряжения происходит приближение значений напряжений на входах измерителя 10 дифференциального напряжения. При равенстве этих напряжений вмомент времени Т 6 детектор 25 нуля вырабатывает сигнал КК, переводящий блок управления 12 в пятое состояние (фиг, 4, 5). При этом сигнал ЕС с выхода 12.1 снимается, фиксируя тем самым конечное значение эталонной функции.С этого момента обеспечение полное совмещение. абсцисс и ординат исследуемой и образцовой функций ивозможно их сравнение, Для этого при переходе в пятое состояние в момент времени Т 6 с выхода 12.4 снимается сигнал сброса пикового детектора 27. Процесс сопоставления во всем диапазоне регулирования заключается в перемещении посредством шагового привода 13 подвижного элемента исследуемого потенциометра от конечного значения ХК допотенциометра ) соответствует прямо пропорциональныйй ему код в реверсивном счетчике 22 (аргумент образцовой функции). И для 5 функции и образцовой посредством измерителя 10 дифференциального напряжеййя; 10Блок 26 выделяет абсолютное значение 15 20 шает разбраковку потенциометра. В блоке 25анализа 28 (фиг. 6) максимальное вйявленное отклонение сравнивается компарато 30 35 ное исследование потенциометра или исс нулевого. При этом каждому положению подвижного элемента (аргумент исследуемого каждой пары этих равных(в нормированном виде) значений аргументов происходит йзмерение разницы напряженйй исследуемой этого рассогласования; а пиковый детектор 27 с момента времени Т 6, т,е. от конечного значения аргументов до нулевого значения этих аргументов выявляет и запоминает максимальное отклонение во всемдиапазоне эффективного регулирования. Когда в момент времениТ 7 подвижнойэлемент исследуемого потенцйометра достигает точки начала диапазона, детектор 9 переводит блок управления 12 в шестое состояние(фиг. 4, 5), когда все сигналы снимаются и появляются сигнал окончания работы на выходе 12.5. Этот сигнал разрером 35 с максимальным допустимым отклонением с задатчика 34, Если отклонение нЕ превышает дойустимое и не равно . ему,то через элемент И 39 включается индикатор 40, свидетельствующий о исправ. ности и годности потенциометра. В противном случае через элемент ИЛИ 36 и через. элемент И 37 включается индикатор 38, свидетельствующий о браке потенциометра, Наряду с сигналами о,годности или браке может выдаваться и максимальное значение отклонения исследуемой функции, еслик выходу пикового детектора 27 подключить индикатор напряжения. При наличии индикатора напряжения на выходе измерителя 10 дифференциального сигнала возможно наблюдение или (и) регистрация характера изменения отклонения. Разрешение на регистрацию должно поступать с выхода 12,6 (фиг. 3, 4, 5, 1).Граф автомата (фиг. 4) показывает, что из шестого состояния блок управления 12 может быть вновь приведен в нулевое состояние при поступлении сигнала по шине сброса 29, Однако это не обязательно.При поступлении пускового сигнала по шине 30 устройство обеспечивает повторледование нового потенциометра, если он был заменен,Входящий в устройстве блок 28 анализа работает (фиг, 6) следующим образом. Поступающий с пикового детектора 27 сигнал 40 45 50 максимального отклонения исследуемой функции от образцовой функции сравнивается компаратором 35 с поступающим с задатчика 34 максймально допустимым отклонением. Если фактическое отклонение меньше допустимого, то сигнал с пятого выхода 12,5 блока управления через элемент И 39 поступает на индикатор 40, свидетельствующий о годности потенцйометра. В противном случае сигнал равенства или превышения отклонения через элемент ИЛИ 36 разрешает прохождение сигнала с блока управления 12.5 через элемент И 37 на индикатор 38, свидетельствующий о браке потенциометра.Блок 12 управления (БУ) функционирует (фйг, 3) как цифровой автомат. БУ находится в "нулевом Состоянйи дб"ех "пор. пока "на шине 6 сигнал низкого уровня, Пусковой импульс в сочетании с нулевой комбинацией с вь 1 хода регистра 32 преобразуется в единичную комбинацйю, которая по такту с генератоРа 23 переписывается в регистр 32 состояний. Первое состояние согласно графу и временнойдиатрамме неСопровождаетсявыдачей каких-вибо сигналов, Выходной дешифратор 33 не имеет для данной кодовой комбинации ни одного активного вь хода.По окончании стартового импульса на шине 6 низкий потенциал этой шины в сочетании с единичной комбинацией с выхода регистра 32 преобразуется в код второго состояния, запоминаемый по такту в регистре 32, Код второго состояния дешифратором 33 преобразуется в активный сигнал Дй на третьем выходе (см, фиг. 4, 5, 3),Дальнейшая работа блока управления происходйт аналогично в полном соответствии с графом (фиг. 4) и диаграммой (фиг. 5).Таким образом устройство обеспечивает автоматическое исследование функциональной погрешности потенциометра во всем диапазоне эффективного его регулирования. За счет этого обеспечивается высокая достоверность и точность совмещения начальных и конечных точек сопоставляемых исследуемой и образцовой характеристик как по аргументам, так и по значениям функций. Одновременно с этим повышается производительность при измерениях функциональной погрешности потенциометров,Формула изобретения Устройство для измерения функциональной погрешности потенциометров, содержащее источник эталонной ЭДС и источник отрицательной ЭДС, соединенные соответственно минусовыми плюсовым выводами с общей шиной устройства, зажим для подключения первого постоянного вы1782322 вода потенциометра соединен о минусовым рицательного сигйала и с входом сброса выводом источника отрицательной ЭДС, а суммирующегосчетчика, выходкоторогочезажим для подключения переменного выво- рез преобразователь код-напряжение свяда потенциометра соединен спервым вхо- зан с одним из входов сумматора, другой дом измерителя дифференциального 5 вход которого подключен к выходу источнинапряжения й с входом детектора Отрица- ка опорного напряжения, выход сумматора тельного сигнала, вйход которого подклю-соединенсСигнальнымвходомуправляемочен к входу сброса реверсивного счетчика, го. аттенюатора, выход управляемого аттесоединенйоговыходомсуправляющимвхо- нюатора соединен с вторым входом дом управляемого аттенюатора, соединен измерителя дифференциального напряженого выходом с вторым входом измерителя ния, выход которого подключен к входам дифференциального напряжения, о т л и- детектора нуля и блока оценки абсолютной ч а ю щ е е с я тем, что. с целью йбвышения . величины сигнала, выход которого подклюдостоверности измерения и производитель- чен к сигнальному входу пикового детектоности труда за счет автоматизации измере ра, выход генератора импульсов соединен с ний, в устройство введены источник третьимвходомблокауправления,свходом дополняющей ЭДС; компаратор, блок ана- делителя частоты и с одним из входов перлиза, суммирующий счетчик, преобразова- ваго элемента И, другим входом подключен- тель код-напряжение, шаговый привод, ного к первому выходублока управления, а источнйк опорного напряжейия, сумматор, 20 выходом - к инкрементирующему входу детектор нуля, блок оценки абсолютной ве- сумМирующего счетчика, второй и третий личйны-сигнала; пиковыйдетектор, генера- выходы блока управления подключены к тор ймйульсов, блок управления, делитель первым входам соответствующих злеменчастоты и три элемента И, при этом вывод тов И, другие входы которых объединены и источника дополняющей ЭДС соединен с 25 подключены квыходуделителя частоты, вызажимомдля подключения второго остоян- ходы второго и третьего элементов И подного вывода потенциометра, а минусовой ключенысоответственнокинкрементными вывод источника дополняющей ЭДС - с декрементным входам реверсивного счетплюсовым выводом источника эталонной чика и шагового привода, выходдетектора ЭДС и соднйм из входов компаратора,дру нуля соединен с четвертым входом блока гой вход которого соединен сэажимОМ дляуправления, четвертый выход которого подпбдключения переменного вывода потенци- ключен к входу сброса пикового. детектора, ометра, выход компаратора соединен спер-: а пятый выход - к первому входу блока анавым входом блока управления, второй вход лиза, соединенного вторым входом с выхокоторого соединен с выходом детектора от дом пикового детектора.И