Технические науки

Электротехника и радиоэлектроника

В.С. Тверезовский, Р.В. Бараненко

Херсонский национальный технический университет

ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Постоянное развитие средств измерений и контроля различных параметров изделий и процессов является неотъемлемой частью научно-технического прогресса. Одной из основных задач при разработке измерительных систем является повышение точности, быстродействия и увеличение диапазона измеряемых величин [1].

Известны устройства для контроля напряжений [2, 3], содержащие блоки сравнения напряжений, ключи и блоки контроля напряжений. Недостатками таких устройств являются низкие быстродействие, точность и информативность контроля. Известно также устройство [4], недостатком которого является ограниченная область его применения, определяемая одним значением измеряемого напряжения.

Целью работы является расширение области применения устройства.

Разработанное авторами устройство содержит [5]: блок памяти, четыре ключа, генератор импульсов и три преобразователя код-проводимость. Пятый выход блока управления подключен через блок памяти к соответствующим вторым входам сумматора, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами третьего, четвертого и пятого ключей, первые выходы которых через соответствующие преобразователи код-проводимость подключены к выходу второго ключа, а вторые выходы – ко входу усилителя постоянного тока. Выход шестого ключа соединен с третьим входом сумматора, а первый и второй входы подключены соответственно к выходу генератора импульсов и нуль-органа.

На рис. 1 представлена структурная схема устройства.

Рис. 1 Структурная схема устройства для контроля напряжений

Устройство содержит [5]: первый, второй и третий ключи 1,2,3, источник эталонного напряжения 4, сумматор 5, блок памяти 6, коммутатор 7, генератор импульсов 8, нуль-орган 9, блок регистрации 10, блок управления 11, усилитель постоянного тока 12, четвертый, пятый и шестой ключи 13,14,15, первый, второй и третий преобразователи код-проводимость 16,17,18, регистр 19 и входные клеммы 20, 21 и 22.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии сумматор 5 приводится в нулевое состояние импульсом, поступающим с блока 11. На выходе коммутатора 7 сигнал отсутствует. Ключи 1,2,3,13,14 и 15 закрыты, и на выходе УПТ напряжение равно нулю. При работе устройства в режиме контроля отклонения напряжения в абсолютных единицах по сигналу, поступающему с блока 11 на управляющие входы ключей 1 и 2, выход коммутатора 7 соединяется через ключ 1 со входом нуль-органа 9 и блока 10, выход источника 4 подключается к выходу ключа 2, а коммутатор 7 подсоединяет первое из входных напряжений (клемма 20).

По команде, поступающей с блока 11, ключ 15 начинает пропускать импульсы с генератора 8 на вход сумматора 5, который суммирует эти импульсы и своими выходами коммутирует ключи 3,13 и 14. В этом случае (когда сумматор работает как двоичный счетчик, а проводимости преобразователей 16,17,18 изменяются по двоичному закону) на выходе усилителя 12 появляется ступенчато-изменяющееся напряжение. Величина этого напряжения равна:

,

где – сопротивление обратной связи усилителя 12;

– проводимости преобраэователей 16,17,18;

– количество разрядов сумматора 5;

– напряжение источника 4;

– 0 или 1 в зависимости от того, выключен или включен соответствующий ключ 3,13 и 14.

Так как напряжение на выходе усилителя 12 ступенчато нарастает, то очевидно, в некоторый момент будет справедливо равенство

,

(1)

где – входное напряжение, снимаемое с клеммы 20, которое прикладывается к одному из входов нуль-органа 9.

При выполнении равенства (1) срабатывает нуль-орган 9, своим выходным сигналом закрывает ключ 1 и подает этот сигнал на блок 11. Состояние сумматора 5, в котором он находился в момент срабатывания нуль-органа 9, запоминается в блоке 6, хранится там в течение времени контроля. Команда для запоминания в блок 6 поступает с блока 11. Блок 11 генерирует команду на коммутатор 7 для подключения следующего входного напряжения.

Цикл работы устройства повторяется до тех пор, пока не будут преобразованы в цифровую форму все входные напряжения и запомнены их цифровые эквиваленты в блоке 6. После этого устройство осуществляет цикл контроля напряжений и их нестабильности.

По команде, поступающей с блока 11, коммутатор 7 подключает первое входное напряжение (клемма 20), а с блока 6 происходит считывание запомненного кода соответствующего первому напряжению в сумматор 5 числовых величин напряжения с выхода коммутатора 7 и усилителя 12 поступают на входы блока 10.

Величина этого напряжения равна

.

(2)

После первого входного напряжения подключается второе и т.д. Запомненные и текущие значения напряжений поступают в блок 10. В течение времени контроля нестабильности каждое из входных напряжений многократно подается на вход блока 10 и сравнивается со своим первоначально запомненным значением, согласно уравнению (2).

Если в течение времени напряжение изменилось и стало равно

,

учитывая выражения (1) и (2) можно переписать

.

(3)

Из уравнения (3) видно, что между входами блока 10 действует напряжение, величина которого равна абсолютному изменению входного напряжения. Блок 10 регистрирует эти изменения входных напряжений синхронизированно с работой коммутатора 7. Синхронизацию осуществляет блок 11.

При работе устройства в режиме контроля отклонения напряжения в относительных единицах первоначально устройство находится в исходном состоянии. По команде, поступающей с блока 11 на входы ключей 2 и 3, они открываются, и коммутатор 7 подключает первое из входных напряжений. По команде, поступающей с блока 11, ключ 15 начинает пропускать импульсы с генератора 8 на вход сумматора 5. Сумматор 5 суммирует эти импульсы и управляет по своим выходам ключами 3,13 и 14. В результате на выходе усилителя 12 формируется ступенчато-изменяющееся напряжение. Его величина равняется

,

где – входное напряжение, снимаемое с клеммы 20. Напряжение поступает на вход нуль-органа 9, на другой вход которого подается напряжение с источника 4. Напряжение на выходе усилителя 12 ступенчато нарастает, наступает момент, когда удовлетворяется равенство

,

(4)

где – напряжение, поступающее с источника 4.

При выполнении равенства (4) срабатывает нуль-орган 9 и генерирует сигнал, поступающий на входы ключа 15 и блока 11. Ключ 1 закрывается, а блок 11 подает команду на блок 6, по которой в нем происходит запоминание кода сумматора 5. Затем коммутатор 7 по команде от блока 11 подключает следующее входное напряжение. Цикл работы устройства повторяется, пока не будут преобразованы все входные напряжения, а коды сумматора 6 записаны в блок 6.

После этого устройство осуществляет цикл контроля входных напряжений по нестабильности. При этом по команде, поступающей с блока 11, коммутатор 7 подключает первое входное напряжение. В это же время происходит считывание кода соответствующего первому напряжению из блока 6 в сумматор 6. Напряжения с выхода усилителя 12 и ключа 3 поступают на входы блока 10. Величина этого напряжения равна

,

(5)

где – текущее значение входного напряжения. После первого входного напряжения подключается второе и т.д. Как и в первом случае при контроле абсолютного отклонения напряжения в течение времени контроля нестабильности каждое из входных напряжений многократно подается на вход блока 10 и там сравнивается со своим первоначально запомненным значением.

Пусть в течение времени напряжение изменилось на величину и стало равно

,

где – первоначально запомненное значение напряжения.

С учетом формул (4) и (5) можно переписать

.

(6)

Из формулы (6) видно, что между входами блока 10 приложено напряжение, равное относительному изменению входного напряжения.

Из приведенного описания работы устройства видно, что устройство можно применять при контроле отклонений напряжений в относительных и абсолютных единицах от различных номинальных значений, что обеспечивает расширение области применения устройства по сравнению с известными решениями.

Литература:

1. В.С. Тверезовський, Р.В. Бараненко Принцип здійснення гнучкого програмного керування елементами вимірювальних систем за аналізом їх експоненціальних параметрів //Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2003. – №2 (18). – С.297-301.

2. Авторское свидетельство СССР № 364902. – Кл. G01R19/26, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР № 364925. – Кл. G05В 23/02, 1970.

4. Автоматический контроль радиоэлектронного и электротехнического оборудования /Под.ред. Шляндина М.Э. – М., 1972. – С.15.

5. Авторское свидетельство СССР №746438 «Устройство для контроля напряжений». - М. Кл.² G05B23/02. Автор: В.С. Тверезовский. Опубл.: 07.07.1980, Бюл. №25.