CN116544061A - 一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，包括继电器一RL1、辅助继电器二RL2、NPN型三极管二V2，所述继电器一RL1的动端与OUT1端口的连接线上设置有CHK‑PLUSE信号引出线；继电器一RL1的接触点一与辅助继电器二RL2的接触点二连接，所述继电器一RL1的接触点二与辅助继电器二RL2的接触点一连接；所述辅助继电器二RL2的输入端一通过NPN型三极管二V2与CHK‑CTRL端口连接。本发明能够在每次实际输出时间间隔时将修正值带入，从而提高输出精度。

Description

一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路

技术领域

本发明涉及一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，属于继电器技术领域。

背景技术

继电器作为一种电控制器件广泛应用于自动化的控制电路中，是电力、交通、工业生产、科技研发等领域控制电路、设备及系统动作时间的重要器件，一般此类设备系统都需要进行计量，且计量标准设备中也存在大量相关继电器器件，因此在计量检测及测试相关继电器输出或测量电路中，都需要具备准确可靠的继电器时间间隔输入输出能力。在计量检测领域，JJG237-2010《秒表检定规程》、JJG238-2018《时间间隔测量仪检定规程》、JJF1400-2013《时间继电器校准规范》等国家计量技术规范中均有对继电器输出时间测量的项目及要求，此外各项国家标准中针对时间间隔控制设备及系统也均有提出继电器输出及测量时间的要求。

由于继电器吸合时间与释放时间均有不同的时间特性，导致继电器实际动作时间不能按照标准设定时间有效产生，目前继电器因吸合（Operate）和释放（Release）动作物理行程误差产生的误差在毫秒ms量级。这是由于继电器时间间隔输入输出工作中，主要通过内部线包接收使能信号产生吸合与释放动作，从而接通或断开回路。

对于同一品种的继电器，由于工艺误差、线包磁场产生的吸力误差等，它们的吸合时间和释放时间也会造成误差。对于同一个继电器，在不同的工作温度、工作电流下，它们的吸合时间和释放时间也会略有偏差。

继电器吸合时的转动角度大，所需时间长，其时间时序如图1所示。继电器释放时的转动角度小，所需时间比吸合时间短，其时间时序如图2所示。继电器动作时间测量原理如图3所示，吸合时间和释放时间的时序如图4所示，两个上升沿之间的时间间隔是吸合时间，两个下降沿之间的时间间隔是释放时间。

继电器作为时间间隔输出装置时，由于是同一个继电器，而且两次动作方式一样，其重复性时间差较小，不需要修正。但单次吸合时间和单次释放时间，都会产生一次吸合和释放的时间差，其误差在毫秒级，都需要修正，如图5所示。

因此由于继电器自身工作原理，用于吸合与释放的空接点存在材料硬度不同、物理行程不同的事实，导致无法准确输出或接收标准时间间隔信号，由于吸合与释放行程不一致导致的时间差在毫秒量级，性能较差的继电器误差甚至在几十毫秒数量，在精密测量以及重要的时间控制系统中已能产生重大的时间误差甚至系统失控。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，通过采用本发明能将继电器时间间隔输出误差控制在0.1ms量级，即将误差减小至少一个量级。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，包括继电器一RL1、辅助继电器二RL2、NPN型三极管二V2、CHK-CTRL端口、OUT1端口、OUT2端口，其中：

所述继电器一RL1的动端与OUT1端口连接，所述继电器一RL1的动端与OUT1端口的连接线上设置有CHK-PLUSE信号引出线。所述继电器一RL1的接触点一与OUT2端口连接，同时继电器一RL1的接触点一与辅助继电器二RL2的接触点二连接，所述继电器一RL1的接触点二与辅助继电器二RL2的接触点一连接。所述辅助继电器二RL2的动端一接地，辅助继电器二RL2的动端二与电路供电电压VCC接口连接。所述辅助继电器二RL2的输入端一与NPN型三极管二V2的集电极连接，所述辅助继电器二RL2的输入端二与电路供电电压VCC接口连接。所述NPN型三极管二V2的发射极接地，所述NPN型三极管二V2的基极与CHK-CTRL端口连接。

优选的：包括吸合动作误差采集模块，所述吸合动作误差采集模块包括第一D触发器一IC1A、第一D触发器二IC1B、第一异或逻辑门IC2A、第一与非逻辑门IC3A以及第一计数器，其中：

所述第一D触发器一IC1A的CLK端子与触发信号ST1端口连接，第一D触发器一IC1A的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第一D触发器一IC1A的CD端子与清除信号Clear接口连接，第一D触发器一IC1A的Q端子与第一异或逻辑门IC2A的输入端一连接。

所述第一D触发器二IC1B的CLK端子与CHK-PLUSE信号引出线连接，第一D触发器二IC1B的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第一D触发器二IC1B的CD端子与清除信号Clear接口连接，第一D触发器二IC1B的Q端子与第一异或逻辑门IC2A的输入端二连接。

第一异或逻辑门IC2A的输出入端与第一与非逻辑门IC3A的输入端一连接，第一与非逻辑门IC3A的输入端二与参考时钟连接，第一与非逻辑门IC3A的输出端与第一计数器连接。

优选的：包括释放动作误差采集模块，所述释放动作误差采集模块包括反相器一IC4A、反相器二IC4B、第二D触发器一IC1A、第二D触发器二IC1B、第二异或逻辑门IC2A、第二与非逻辑门IC3A以及第二计数器，其中：

所述反相器一IC4A的输入端与触发信号ST1端口连接，而所述反相器一IC4A的输出端与第二D触发器一IC1A的CLK端子连接，第二D触发器一IC1A的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第二D触发器一IC1A的CD端子与清除信号Clear接口连接，第二D触发器一IC1A的Q端子与第二异或逻辑门IC2A的输入端一连接。

所述反相器二IC4B的输入端与CHK-PLUSE信号引出线连接，而所述反相器二IC4B的输出端与第二D触发器二IC1B的CLK端子连接，第二D触发器二IC1B的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第二D触发器二IC1B的CD端子与清除信号Clear接口连接，第二D触发器二IC1B的Q端子与第二异或逻辑门IC2A的输入端二连接。

第二异或逻辑门IC2A的输出入端与第二与非逻辑门IC3A的输入端一连接，第二与非逻辑门IC3A的输入端二与参考时钟连接，第二与非逻辑门IC3A的输出端与第二计数器连接。

优选的：包括触发信号ST1端口、NPN型三极管一V1、电容一C1，所述触发信号ST1端口与NPN型三极管一V1的基极连接，所述NPN型三极管一V1的发射极接地。所继电器一RL1的输入端与电容一C1的一端连接，电容一C1的另一端接地，而所述NPN型三极管一V1的集电极连接在继电器一RL1的输入端与电容一C1之间的连接线上。所述继电器一RL1的输入端二与电路供电电压接口VCC连接。

优选的：所述辅助继电器二RL2的动端二通过电阻三R3与电路供电电压VCC接口连接。

优选的：包括电阻四R4，所述辅助继电器二RL2的输入端一与电阻四R4一端连接，所述电阻四R4的另一端与NPN型三极管二V2的集电极连接。

优选的：包括电阻五R5，所述NPN型三极管二V2的基极与电阻五R5的一端连接，所述电阻五R5的另一端与CHK-CTRL端口连接。

优选的：包括电阻一R1，所述电阻一R1一端与触发信号ST1端口连接，另一端与NPN型三极管一V1的基极连接。

优选的：包括电阻二R2，所述电阻二R2一端与继电器一RL1的输入端一连接，另一端与电容一C1的一端连接，所述NPN型三极管一V1的集电极连接在电阻二R2与电容一C1之间的连接线上。

优选的：包括二极管一VD1，所述二极管一VD1正极端连接在继电器一RL1的输入端一上，而二极管一VD1的负极端与电路供电电压VCC接口连接。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

本发明通过增加自修正补偿辅助继电器，对固有继电器吸合与释放动作进行测量，测量两次动作之间的时间误差，并进行修正，每次实际输出时间间隔时将修正值带入，从而提高输出精度。

附图说明

图1为继电器吸合时的转动角度的时序图。

图2为继电器释放时的转动角度的时序图。

图3为继电器动作时间测量原理图。

图4为继电器吸合时间和释放时间的时序图。

图5为吸合和释放的时间差示意图。

图6为动作时间误差修正原理图。

图7为吸合动作误差采集时序图。

图8为释放动作误差采集时序图。

图9为误差修正的时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，如图6所示，主要通过在原继电器输出电路中增加自修正补偿辅助继电器，如单路输出误差修正原理图中RL2所示，RL2为辅助继电器二，只在自校准时起作用，校准结束断开主输出接点上的负载，以免影响主输出，它不会对主回路产生误差。设备开机时，对固有继电器吸合与释放动作进行测量，测量两次动作之间的时间误差，并在程序中进行修正，每次实际输出时间间隔时将修正值带入，从而提高输出精度。修正电路分别能够对继电器吸合和释放动作进行误差修正。

包括触发信号ST1端口、电阻一R1、NPN型三极管一V1、电阻二R2、电容一C1、二极管一VD1、继电器一RL1、辅助继电器二RL2、电阻三R3、电阻四R4、NPN型三极管二V2、电阻五R5、CHK-CTRL端口、OUT1端口、OUT2端口，其中：

所述电阻一R1一端与触发信号ST1端口连接，另一端与NPN型三极管一V1的基极连接，所述NPN型三极管一V1的发射极接地，而所述NPN型三极管一V1的集电极连接在电阻二R2与电容一C1之间的连接线上。所述电阻二R2一端与继电器一RL1的输入端一连接，另一端与电容一C1的一端连接，电容一C1的另一端接地。所述二极管一VD1正极端连接在继电器一RL1的输入端一上，而二极管一VD1的负极端与电路供电电压VCC接口连接，所述继电器一RL1的输入端二与电路供电电压接口VCC连接。

包括继电器一RL1、辅助继电器二RL2、电阻三R3、电阻四R4、NPN型三极管二V2、电阻五R5、CHK-CTRL端口、OUT1端口、OUT2端口，其中：

所述继电器一RL1的动端与OUT1端口连接，所述继电器一RL1的动端与OUT1端口的连接线上设置有CHK-PLUSE信号引出线。所述继电器一RL1的接触点一与OUT2端口连接，同时继电器一RL1的接触点一与辅助继电器二RL2的接触点二连接，所述继电器一RL1的接触点二与辅助继电器二RL2的接触点一连接。所述辅助继电器二RL2的动端一接地，辅助继电器二RL2的动端二通过电阻三R3与电路供电电压VCC接口连接。所述辅助继电器二RL2的输入端一与电阻四R4一端连接，所述辅助继电器二RL2的输入端二与电路供电电压VCC接口连接。所述电阻四R4的另一端与NPN型三极管二V2的集电极连接，所述NPN型三极管二V2的发射极接地，所述NPN型三极管二V2的基极与电阻五R5的一端连接，所述电阻五R5的另一端与CHK-CTRL端口连接。

如图7所示，包括吸合动作误差采集模块，所述吸合动作误差采集模块包括第一D触发器一IC1A、第一D触发器二IC1B、第一异或逻辑门IC2A、第一与非逻辑门IC3A以及第一计数器，其中：

所述第一D触发器一IC1A的CLK端子与触发信号ST1端口连接，第一D触发器一IC1A的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第一D触发器一IC1A的CD端子与清除信号Clear接口连接，第一D触发器一IC1A的Q端子与第一异或逻辑门IC2A的输入端一连接。

所述第一D触发器二IC1B的CLK端子与CHK-PLUSE信号引出线连接，第一D触发器二IC1B的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第一D触发器二IC1B的CD端子与清除信号Clear接口连接，第一D触发器二IC1B的Q端子与第一异或逻辑门IC2A的输入端二连接。

第一异或逻辑门IC2A的输出入端与第一与非逻辑门IC3A的输入端一连接，第一与非逻辑门IC3A的输入端二与参考时钟连接，第一与非逻辑门IC3A的输出端与第一计数器连接。

吸合动作时间误差修正过程：根据吸合动作误差采集时序图，开始修正前，先发送自校准控制信号CHK-CTRL，吸合辅助继电器二RL2。然后发送Clear清零信号，第一D触发器一IC1A输出都是低电平“0”，第一异或逻辑门IC2A的3脚输出低电平“0”；在ST1的上升沿到来时（继电器吸合的控制信号），第一D触发器一IC1A的5脚变为高电平“1”，此时由于继电器尚未吸合，CHK-PLUSE信号不变，第一D触发器二IC1B的9脚保持为低电平“0”，第一异或逻辑门IC2A的3脚输出高电平“1”，第一与非逻辑门IC3A的主控门打开，计数器开始对100MHz钟频进行计数；当辅助继电器二RL2完成吸合动作时，CHK-PLUSE变为高电平“1”，第一D触发器二IC1B的9脚输出也同时变为高电平“1”，第一异或逻辑门IC2A由于两个输入都是高电平，其输出变为低电平“0”，第一与非逻辑门IC3A的主控门关闭，计数器停止计数，此时计数器的数值就是继电器吸合产生的误差时间，单位为100MHz钟频信号的周期数10ns，计数误差为±10ns。

如图8所示，包括释放动作误差采集模块，所述释放动作误差采集模块包括反相器一IC4A、反相器二IC4B、第二D触发器一IC1A、第二D触发器二IC1B、第二异或逻辑门IC2A、第二与非逻辑门IC3A以及第二计数器，其中：

所述反相器一IC4A的输入端与触发信号ST1端口连接，而所述反相器一IC4A的输出端与第二D触发器一IC1A的CLK端子连接，第二D触发器一IC1A的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第二D触发器一IC1A的CD端子与清除信号Clear接口连接，第二D触发器一IC1A的Q端子与第二异或逻辑门IC2A的输入端一连接。

所述反相器二IC4B的输入端与CHK-PLUSE信号引出线连接，而所述反相器二IC4B的输出端与第二D触发器二IC1B的CLK端子连接，第二D触发器二IC1B的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第二D触发器二IC1B的CD端子与清除信号Clear接口连接，第二D触发器二IC1B的Q端子与第二异或逻辑门IC2A的输入端二连接。

第二异或逻辑门IC2A的输出入端与第二与非逻辑门IC3A的输入端一连接，第二与非逻辑门IC3A的输入端二与参考时钟连接，第二与非逻辑门IC3A的输出端与第二计数器连接。

释放动作时间误差修正过程：根据释放动作误差采集时序图，开始释放修正前，保持ST1为高电平，继电器一RL1处于吸合状态。先发送自校准控制信号CHK-CTRL，吸合辅助继电器二RL2，然后发送Clear清零信号，第二D触发器一IC1A输出都是低电平“0”，第二异或逻辑门IC2A 的3脚输出低电平“0”；在ST1的下降沿到来时（继电器释放的控制信号），第二D触发器一IC1A的5脚变为高电平“1”，此时由于继电器一RL1尚未释放，CHK-PLUSE信号不变，第二D触发器二IC1B的9脚保持为低电平“0”，第二异或逻辑门IC2A的3脚输出高电平“1”，第二与非逻辑门IC3A打开，计数器开始对100MHz钟频进行计数；当继电器完成释放动作时，CHK-PLUSE变为低电平“0”，第二D触发器二IC1B翻转，第二D触发器二IC1B的9脚输出也同时变为高电平“1”，第二异或逻辑门IC2A由于两个输入都是高电平，其输出变为低电平“0”，第二与非逻辑门IC3A关闭，计数器停止计数，此时计数器的数就是继电器释放产生的误差时间，单位为100MHz钟频信号的周期数10ns，计数误差为±10ns。

由于继电器动作时间的误差最多在几十毫秒量级，而内部钟频100MHz，时间分辨率是10ns，采用24位计数器进行误差采样，最大可修正误差时间为：

T=2²⁴×10ns=167.77216ms；

误差修正的时序图如图9所示， T是控制输出的电信号时间信号，经过第一次动作产生延迟时间T1，经过第二次动作又产生延迟时间T2，继电器上实际输出的空接点时间为：

T_RL=T-T1+T2；

产生的误差时间为：

ΔT=T-T_RL=T1-T2；

修正输出数据，让电信号输出T+ΔT的时间间隔，能有效减小继电器动作时间的误差，即：

T_out=T+T1-T2；

每次开机后进行一次自校准，然后保存各种误差数据。在每次输出时间间隔信号时，根据输出模式，修正输出数据后再发送，这样可以有效减小继电器动作时间的误差，精度可以达到继电器的重复时间误差精度，低于0.1ms。

由于继电器动作时间的误差在几毫秒至几十毫秒量级，而通过采用100MHz内部时钟作为时间间隔标准，时间分辨率是10ns，采用24位计数器进行误差采样，最大可修正误差时间为：T=2²⁴×10ns=167.77216ms，通过每次开机后进行一次自校准补偿修正，保存各种误差数据，在每次输出时间间隔信号时，根据输出模式，修正输出数据后再发送，这样可以有效减小继电器动作时间的误差，精度可以达到继电器的重复时间误差精度，低于0.1ms，彻底解决目前几十毫秒量级动作不一致引入的误差。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括继电器一RL1、辅助继电器二RL2、NPN型三极管二V2、CHK-CTRL端口、OUT1端口、OUT2端口，其中：

所述继电器一RL1的动端与OUT1端口连接，所述继电器一RL1的动端与OUT1端口的连接线上设置有CHK-PLUSE信号引出线；所述继电器一RL1的接触点一与OUT2端口连接，同时继电器一RL1的接触点一与辅助继电器二RL2的接触点二连接，所述继电器一RL1的接触点二与辅助继电器二RL2的接触点一连接；所述辅助继电器二RL2的动端一接地，辅助继电器二RL2的动端二与电路供电电压VCC接口连接；所述辅助继电器二RL2的输入端一与NPN型三极管二V2的集电极连接，所述辅助继电器二RL2的输入端二与电路供电电压VCC接口连接；所述NPN型三极管二V2的发射极接地，所述NPN型三极管二V2的基极与CHK-CTRL端口连接。

2.根据权利要求1所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括吸合动作误差采集模块，所述吸合动作误差采集模块包括第一D触发器一IC1A、第一D触发器二IC1B、第一异或逻辑门IC2A、第一与非逻辑门IC3A以及第一计数器，其中：

所述第一D触发器一IC1A的CLK端子与触发信号ST1端口连接，第一D触发器一IC1A的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第一D触发器一IC1A的CD端子与清除信号Clear接口连接，第一D触发器一IC1A的Q端子与第一异或逻辑门IC2A的输入端一连接；

所述第一D触发器二IC1B的CLK端子与CHK-PLUSE信号引出线连接，第一D触发器二IC1B的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第一D触发器二IC1B的CD端子与清除信号Clear接口连接，第一D触发器二IC1B的Q端子与第一异或逻辑门IC2A的输入端二连接；

第一异或逻辑门IC2A的输出入端与第一与非逻辑门IC3A的输入端一连接，第一与非逻辑门IC3A的输入端二与参考时钟连接，第一与非逻辑门IC3A的输出端与第一计数器连接。

3.根据权利要求2所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括释放动作误差采集模块，所述释放动作误差采集模块包括反相器一IC4A、反相器二IC4B、第二D触发器一IC1A、第二D触发器二IC1B、第二异或逻辑门IC2A、第二与非逻辑门IC3A以及第二计数器，其中：

所述反相器一IC4A的输入端与触发信号ST1端口连接，而所述反相器一IC4A的输出端与第二D触发器一IC1A的CLK端子连接，第二D触发器一IC1A的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第二D触发器一IC1A的CD端子与清除信号Clear接口连接，第二D触发器一IC1A的Q端子与第二异或逻辑门IC2A的输入端一连接；

所述反相器二IC4B的输入端与CHK-PLUSE信号引出线连接，而所述反相器二IC4B的输出端与第二D触发器二IC1B的CLK端子连接，第二D触发器二IC1B的D端子、SD端子均与电路供电电压VCC接口连接，第二D触发器二IC1B的CD端子与清除信号Clear接口连接，第二D触发器二IC1B的Q端子与第二异或逻辑门IC2A的输入端二连接；

第二异或逻辑门IC2A的输出入端与第二与非逻辑门IC3A的输入端一连接，第二与非逻辑门IC3A的输入端二与参考时钟连接，第二与非逻辑门IC3A的输出端与第二计数器连接。

4.根据权利要求3所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括触发信号ST1端口、NPN型三极管一V1、电容一C1，所述触发信号ST1端口与NPN型三极管一V1的基极连接，所述NPN型三极管一V1的发射极接地；所继电器一RL1的输入端与电容一C1的一端连接，电容一C1的另一端接地，而所述NPN型三极管一V1的集电极连接在继电器一RL1的输入端与电容一C1之间的连接线上；所述继电器一RL1的输入端二与电路供电电压接口VCC连接。

5.根据权利要求4所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：所述辅助继电器二RL2的动端二通过电阻三R3与电路供电电压VCC接口连接。

6.根据权利要求5所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括电阻四R4，所述辅助继电器二RL2的输入端一与电阻四R4一端连接，所述电阻四R4的另一端与NPN型三极管二V2的集电极连接。

7.根据权利要求6所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括电阻五R5，所述NPN型三极管二V2的基极与电阻五R5的一端连接，所述电阻五R5的另一端与CHK-CTRL端口连接。

8.根据权利要求7所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括电阻一R1，所述电阻一R1一端与触发信号ST1端口连接，另一端与NPN型三极管一V1的基极连接。

9.根据权利要求8所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括电阻二R2，所述电阻二R2一端与继电器一RL1的输入端一连接，另一端与电容一C1的一端连接，所述NPN型三极管一V1的集电极连接在电阻二R2与电容一C1之间的连接线上。

10.根据权利要求9所述继电器吸合释放固有动作时间误差的修正补偿电路，其特征在于：包括二极管一VD1，所述二极管一VD1正极端连接在继电器一RL1的输入端一上，而二极管一VD1的负极端与电路供电电压VCC接口连接。