книги / Методы и устройства цифрового измерения низких и инфранизких частот

Если для заданных р<> и 7К коэффициент преобразования S i< l, то преобразователем числа импульсов является делитель, если S i> 1 — умножитель частоты импульсов.

При измерении очень низких скоростей вращения, как и при измерении инфранизких частот, переходим от квантования часто­ ты сигнала ДУС к квантованию периода. В этом случае для полу­ чения результата измерения непосредственно в единицах об/мин необходимо, чтобы измерительное устройство воспроизводило во

что ф(Тж) отличается только наличием дополнительного множите­ ля 6 0 /р о . Следовательно, для получения ф(Гх) могут быть приме­

нены рассмотренные выше устройства для воспроизведения ф(Т'х). При этом множитель 60/ро учитывается либо путем соответствую­ щего выбора /о (эта частота по сравнению с частотой при вос­

л 6 0 /р о периодов импульсов ДУС. Максимальное значение основ­

ной погрешности измерения ЦТЧ и ЦТП в соответствии с форму­ лами (1.14) и (1.15) такое:

.Диапазон измеряемых скоростей вращения ЦТЧ велик. Верх­ няя часть диапазона ограничивается частотными свойствами ДУС и максимальной скоростью пересчета счетных декад. Предполагая, что ДУС не вносит никаких ограничений, а разрешающая способ­ ность счетных декад равна 10 Мгц> легко определить, что макси­ мальное значение яо, которое может быть измерено без дополни­ тельного преобразования частоты импульсов ДУС, равно 6-108 об/мин. Нижняя часть диапазона определяется динамиче­ ской погрешностью (1.24), (1.27) и погрешностью квантования.

Для уменьшения последней из равенств (4.10) следует, что значе­ ние Т„ должно быть увеличено

Рис. 4-1. Семейство зависимостей граничной угловой ско­ рости от количества импульсов генерируемых ДУС за каждый оборот при различных значениях Тк и /0.

Диапазон измеряемых скоростей вращения с помощью ЦТП также охватывает достигнутые в настоящее время их значения. Его верхняя часть ограничена значением 6-10® об/мин, а нижняя часть — динамическими погрешностями измерения.

m

Чтобы определить область целесообразного применения режи­ мов измерения ЦТЧ и ЦТП, необходимо определить граничную угловую скорость вращения п0', при измерении которой погреш­ ности Ьцтч и дцтп равны

. ” , ' 4 ~ £ + / £ ) ' + ; л т . o6jмин. (4.13)

Ро

Если п0>по\ то измерение п0 целесообразно производить ЦТЧ, так как в этом случае 8цТч < Ъцтпз а если Яо<л0', то измерения нужно производить ЦТП, так как Ъцтп < 8цгч. Однако, учитывая, что получить отсчет непосредственно в единицах угловой скорости наиболее просто используя ЦТЧ, необходимо искусственно расши­ рять область его целесообразного использования. На рис. 4-1 по­ казаны зависимости no'=F{p0) при различных значениях Тк и f0 для случая, когда Л|=10, а 6= 0,003, которые указывают как на области целесообразного применения ЦТЧ и ЦТП, так и на пути их расширения. Так, например, включив между ДУС и прибором умножитель частоты, можно уменьшить значение л0', то есть рас­ ширить диапазон применения ЦТЧ. *

Функциональная схема первого быстродействующего Ц Т Ч , обеспечивающего получение результата измерения непосредственно в о б / м и н , показана на рис..4-2 [9, 58]. Изготовленный Ц Т измерял угловые скорости в диапазоне Г200—-

Рис. 4-2. Функциональная схема быстродействующего Ц Т Ч .

12000 о б / м и н с приведенной погрешностью 0,1%, работая в комплекте с индук­ ционными Д У С , которые генерировали двухполярные периодические сигналы

тоты Д Ч 1—Д Ч з, устройства нормирования времени квантования У Н В К в составе триггеров Т г ^ Гаг, диодного .ключа Я и делителя частоты Д Ч с коэффициентом деления /5, устройства управления УУ в составе распределителя Р, триггера Т г ï и ключа Яг. В схеме для контроля работы узлов Ц Т предусмотрен генератор контрольной частоты ГК Ч . На вход F поступают импульсы Д У С . Последний в зависимости от типа генерирует либо 2, либо 4 импульса за каждый оборот вала. Амплитуда входных импульсов при изменении скорости вращения изме-

раза. С выхода выпрямителя импульсы подаются на усилитель-ограничитель, триггер Шмитта формирователя F и через диодный ключ Я с усилителем — на вход М С И (рис. 4-3).

Устройство управления выполняет поочередно операции сброса старого по­

распределителя, имеющего на выходе ключи с частотой 100 гц, каждый раз,

с эмиттерным. повторителем на выходе. На один из его входов подается потен­

квантования частоты импульсов Д У С прекращается, а Р сбрасывает старое по­ казание и считывает новый результат с М С И в регистр памяти, воздействуя на групповую схему совпадения и управления Г С С У , подготавливает прибор к оче­ редному измерению. После этого начинается повторный цикл измерения, во время которого Ц О У осуществляет индикацию результата предыдущего изме­

рения.

Генератор контрольной частоты, подключаемый при проверке прибора к его входу с помощью 17i, является обычным LC-генератором, частота которого мо­ жет изменяться переключением конденсатора в его контуре. Для уменьшения влияния температуры применен транзистор типа П101, альсиферовын сердечник

ТЧ-60 с относительно низкой магнитной проницаемостью р=87 и фторопластовый конденсатор, у которого Т К Е незначителен. Кроме того, для дальнейшего умень­ шения температурной нестабильности в Г К Ч применен перенапряженный режим работы. Принятые меры показали, что изменения частоты, превышающие 0,1%

но 9,999, 99,99 и 999,9 кгц.

Рис. 4-4. Функциональ­ ная схема и временные диаграммы работы ин­ дикатора направления вращения.

Во многих случаях нужно знать не только скорость, но и направление вра­ щения вала. Поэтому в ЦТ предусмотрено устройство определения и индикации направления вращения вала И Н В . Функциональная схема и временные диаграм­

вых индикаторов Ctfi, С И 2. Так как обмотки датчика угловой скорости сдвинуты в пространстве на небольшой угол, то импульсы напряжения, снимаемые с его обмоток и подаваемые на «Вход 1» и «Вход 2», смещены относительно друг друга во времени. После формирования и дифференцирования импульсы отрица­ тельной полярности поступают на раздельные входы симметричного триггера, благодаря чему он устанавливается сначала в одно, а затем — во второе устой­ чивое положение, в котором остается до прихода следующей пары импульсов. Следовательно, в течение времени h между двумя парами импульсов триггер находится в одном устойчивом положении, а в течение времени t \ —i 2 между двумя импульсами одной и той же пары — в другом положении. При этом кол­ лектор закрытого транзистора триггера находится под большим отрицательным напряжением, а открытого транзистора — под небольшим. Из двух блокинггенераторов будет возбуждаться и указывать направление вращения вала толь­ ко тот, на базу которого подается большой отрицательный потенциал в течение длительного промежутка времени U. Чтобы исключить возбуждение другого блокинг-генератора, также получающего большой отрицательный потенциал, но

в течение меньшего промежутка времени i 2, конденсаторы, включенные в базо­ вые депи транзисторов этих блокннг-генераторов, выбираются достаточно боль­ шой емкости, благодаря чему каждый из них может зарядиться до напряжения, необходимого для -возбуждения блокинг-генераторов в течение промежутка вре­ мени it [7].

Принципиальная схема И Н В , кроме формирующих устройств, представлена на рис. 4-5. Сформированные F устройствами прямоугольные импульсы поступают через дифференцирующие цепочки CzRtx, C:,Rzо и диоды Дч, До на раздельные входы симметричного триггера с предельной частотой 'переключения Г00 кгц. Величины сопротивлений резисторов делителей R u , R u и R u , R u , включенных в коллекторные цепи его транзисторов, выбраны так, чтобы при их насыщении значения напряжений на R u или R u не -превышали 0,8 в.

Блокинг-генераторы -выполнены на транзисторах П16Б (Г« и Г7). Для запи­ рания транзисторов при отсутствии управляющего сигнала предусмотрены дели­

но снятие возбуждения блокинг-генератора, чтобы предотвратить этот процесс предусмотрены диоды Л» и Лю. В течение этого же промежутка времени h ба­ зовый конденсатор второго блокинг-генератора не успевает зарядиться до на­

не вращается, предусмотрена схема запрета на транзисторах То, То, Ты . На вход

потенциал коллектора транзистора Т9 близок к потенциалу земли. Поступая че­ рез диоды Ли и Л 12 на базы транзисторов Те и Тч блокинг-генераторов, этот потенциал надежно их запирает. Поступление входных импульсов при положи­ тельном изменении входного напряжения запирает транзистор Ты- Отрицатель­ ное же изменение входного напряжения насыщает транзистор То и запирает

транзистор То и т. д.

Таким образом, при вращении вала с коллектора транзистора То снимается большой отрицательный потенциал, поскольку транзисторы То и Т ы поочередно запираются. Диоды Ли и Лю препятствуют подаче этого отрицательного потен­ циала в базы транзисторов Г* и Тч, так как это привело бы к возбуждению обоих блокинг-генераторов и нарушению работоспособности устройства.

упрощается, так как импульсы запрета будут сниматься непосредственно с триг­ геров М С И . Разработанный индикатор работает без запаздывания, то есть ука­ зывает действительное направление вращения вала в любой момент времени и исключает возможность индикации при неподвижном вале. Роль его формиро­ вателей выполняют F, принципиальная схема которых показана на рис. 4-3 (без

ключей на выходе).

В другом варианте И Н В применены генераторы с памятью [60] и с электролюминесцентным индикатором Э Л И на выходе (рис. 4-6). Применение двух та­ ких генераторов 1, обладающих триггерной характеристикой, и двух схем совпа­ дения 2 на входе позволяют исключить из схемы на рис. 4-5 триггер и конден­ саторы большой емкости С% и Со. В начале каждого цикла вращения вала гене­ ратор возвращается в выключенное состояние благодаря подаче импульсов на вход Б независимо от сигнала на входе А . Затем он либо остается в нем, если нет сигнала иа входе А , либо включается. Это состояние в дальнейшем сохра­ няется независимо от входного сигнала до прихода следующего импульса на

вход Б.

На рис. 4-7 показана функциональная схема другого Ц Т Ч , отличающегося от описанного выше тем, что может он работать в комплекте с различными Д У С и обеспечить как измерение средних угловых, так и средних окружных или ли-