CN1242513A - 工控机脉冲插入板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工控机脉冲插入板,该板是采用脉冲插入技术,由启停信号输入处理电路、脉冲信号输入处理电路、逻辑运算电路、T₂门控电平输出电路、T₁门控电平输出电路构成。该插入板与流量检定装置和工控机脉冲计数卡协同工作可提高流量计累计脉冲数的有效位数,从而提高流量计检定精度。

Description

工控机脉冲插入板

本发明涉及一种脉冲插入技术，应用干流量仪表检定装置上，提高仪表的检定精度和检定过程自动化水平。

在许多应用领域需要提高脉冲计数的分辨率，如用标准体积管检定具有脉冲输出信号的某一特定的流量计时，检定期间收集的脉冲数总是有限的(因为流量计每单位体积输出量能够产生的脉冲数是有限的)。正常情况下的计数器只能实现整脉冲数的累计，累计误差为正负1个脉冲，如果累计的脉冲数比较少，该误差能对系统的精度产生很大的影响。因此，在这种情况下必须增加脉冲数有效位数。目前，主要采用整脉冲计数器进行脉冲累计，不但精度低，而且这种计数器无法实现脉冲数的自动采集和检定过程的自动控制，所以现场大都采用人工的方法进行检定，这样不仅速度慢，精度差，效率低，而且还容易带来人为误差。

本发明的主要目的在于提出一种工控机脉冲插入板，装于流量仪表检定装置上，通过该板与流量仪表检定装置和工控机协同工作，实现脉冲数的高精度计量。从而提高流量仪表检定精度和检定过程的自动化水平。

本发明的主要技术内容是，该工控机脉冲插入板实现方法是采用了脉冲插入技术，其原理如图1所示，用一个计数器收集在检定运行期间流量计发生的完整的脉冲数，同时测量两个时间间隔。

T₁为跟踪检测器启动信号的第一个流量计脉冲，与跟踪检测器停止信号的第一个流量计脉冲之间的时间间隔。

T₂为检测器启动和停止信号之间的时间间隔。

n为前后检测器启动和停止信号之间所累计的整脉冲数。

n′为实际累计的脉冲数。

可以看出，T₁为实际上累计n个整脉冲数所用的时间，假如脉冲是均匀(即周期恒定)的，那么可以通过T₁/n求出单个脉冲的宽度，再用T₂除就可以求出在T₂时间段内实际应累计的脉冲数。实际累计脉冲数n′由下式计算： $n^{\′}=n\frac{T_2}{T_1}$

其结构如图2所示，由启停信号输入处理电路、脉冲信号输入处理电路、逻辑运算电路、T₁门控电平输出电路、T₂门控电平输出电路构成。

启停信号输入处理电路，由过压负压保护电路3、去抖电路5、信号放大转换电路6、光电隔离电路8、脉冲整形放大电路10、跳线开关12、脉冲—电平转换电路13所构成。由检定装置启停开关来的信号1进入过压负压保护电路3进行信号的限流、限幅处理，过压负压保护电路由电阻VR₁、R₁₆、R₁₉和二极管D₃、D₄、D₂构成，D₃、D₄起箝位作用，D₂起负压保护作用，R₁₆、R₁₉起限流作用，VR₁为可变电阻，通过调节VR₁可调节阈值电压，使该输入电路能够适应很宽的输入电压范围。过压负压保护电路3的输出接去抖电路5，去抖电路5由电解电容E₁构成，可滤除启停信号中的杂波，防止后面电路的误动作。去抖电路5的输出接信号放大转换电路6，信号放大转换电路6由三极管N₃ 9013构成，放大后的信号输出接光电隔离电路8，光电隔离电路8由光电隔离器01 4N27和电阻R₁构成，其作用是使外界信号与工控机设备完全隔离，从根本上抑制外来干扰信号，光电隔离电路8的输出信号进入脉冲整形电路10，脉冲整形电路10由电阻R₄、R₂₂、R₂₅、三极管N₁ 9013、施密特触发器U1：0 74LS14所构成，将通过光电隔离器01的启停信号转换成TTL逻辑电平，U1：0的输出管脚8接跳线开关12即SC9的管脚1，SC9可通过短路块设成管脚1与管脚2短路或管脚3与管脚2短路，如果启停信号为电平型(即在计数区间内电平为一恒定值)，用短路块将SC9的管脚1与管脚2短路，这时启停信号可直接输入逻辑运算电路和T₂门控电平输出电路。如果启停信号为脉冲型(即在计数区间内电平为两个尖峰脉冲)则用短路块将SC9的管脚3与管脚2短路，这时脉冲型的启停信号先进入脉冲一电平转换电路13，将脉冲信号转换成电平信号后再由脉冲—电平转换电路13输出到逻辑运算电路和T₂门控电平输出电路，脉冲—电平转换电路13由JK触发器U2：A 74LS109A和电阻R₃组成，构成双稳态电路。

脉冲信号处理电路由过压负压保护电路4、信号放大转换电路7、光电隔离电路9、脉冲整形放大电路11所组成，过压负压保护电路由电阻VR₂、R₁₇、R₅和二极管D₆、D₇、D₅组成，从流量计来的脉冲信号2进入过压负压保护电路进行信号的限流、限幅，D₆、D₇起箝位作用，D₅起负压保护作用，R₁₇、R₅起限流作用，VR₂为可变电阻，通过调节VR₂可调节阈值电压，使该输入电路能够适应很宽的输入电压范围。过压负压保护电路4的输出接信号放大转换电路7，信号放大转换电路7由三极管N₄ 9013构成，放大后的信号输出接光电隔离电路9，光电隔离电路9由光电隔离器O₂4N27电阻R₂₀所构成，其作用是使外界信号与工控机设备完全隔离，从根本上抑制外来干扰信号，其输出信号进入脉冲整形放大电路11；脉冲整形放大电路由电阻R₂、R₂₃、R₂₆及三极管N₂ 9013、施密特触发器U1：E 74LS14所构成，将通过光电隔离器O₂的脉冲信号转换成TTL逻辑电平，该信号通过跳线开关SC13输出到逻辑运算电路和脉冲信号输出电路。SC13为线跳开关，该开关的作用是使脉冲信号既可来自外界，又可来自工控机脉冲计数卡本身，以便于调试。

逻辑运算电路由或门电路16、异或门电路14和JK触发器电路15所构成，或门电路16的作用是使启停控制信号既可来自于外部设备又可来自于工控机本身，或门电路16由或门集成电路U3：A74LS32所构成，其管脚1接工控机计数卡的开关量输出信号1即D01，管脚2接启停信号处理电路的输出端，由于工控机计数卡的开关量输出信号可由软件置1或清0，因此可用软件来控制工控机脉冲插入板进行计数，如果想用外部设备的启停信号来控制工控机脉冲插入板，则必须将工控机脉冲计数卡的开关量输出信号D01清0(防止D01锁死或门电路16)。异或门电路14的作用是判断或门电路的输出是否与JK触发器电路15的输出相同，来开启或锁死JK触发器电路15，异或门电路14由异或门集成电路U4：A 74LS86构成，其管脚1接JK触发器U2：B 74LS109A的管脚12(网络标号为TIG)，管脚2接或门电路U3：A 74LS32的3脚(网络标号为SYTT)，如TIG与SYTT的信号同为高电平或同为低电平，则异或门U4：A74LS86输出低电平，将JK触发器U2：B 74LS109A锁死，防止它在作用于管脚10的脉冲作用下发生翻转，如TIG与SYTT的信号电平不同，则异或门U4：A 74LS86输出高电平，将JK触发器U2：B 74LS109A打开，U2：B 74LS109A就可在作用于管脚10的脉冲的上升沿到来时发生翻转，JK触发器电路15由JK触发器U2：B 74LS109A和U1：A74LS14所构成，U1：A 74LS14的作用是使U2：B 74LS109A的13脚和14管脚的电平相反，将U2：B 74LS109A搭成JK触发器，使U2：R74LS109A在U4：A 74LS86的管脚4为高电平时打开，低电平时锁死，通过异或门电路14和JK触发器15的逻辑运算可得到T₁的门控电平(即图1中的T1时间段)TIG，而SYTT则为T₂的门控电平(即图1中的T₂时间段)，TIG输出到T₁门控电平输出电路，SYTT输出到T₂门控电平输出电路，U2：A的4脚与U2：B的15脚相连，并与工控机脉冲计数卡相连，可通过工控机脉冲计数卡的开关输出端口D01进行清零操作，其逻辑运算过程如图1所示，起始阶段SYTT和TIG为低电平，当启停信号SYTT变为高电平时，异或门U4：A74LS86管脚1和管脚2的电平相反，这时其管脚3输出高电平，将JK触发器U2：B 74LS109A打开，JK触发器U2：B 74LS109A就会被作用于管脚10上的脉冲电平的上升沿触发翻转，这样T₁就可跟踪检测器启动信号的第一个流量计脉冲；JK触发器U2：B 74LS109A发生翻转后，TIG变为高电平，此时SYTT也为高电平，异或门U4：A74LS86管脚1和管脚2的电平相同，这时U4：A 74LS86的管脚3输出低电平，将JK触发器U2：B 74LS109A锁死，此时即使JK触发器U2：B 74LS109A的管脚10上即使有流量计脉冲输入，JK触发器也不会翻转，TIG维持高电平不变。当TIG变回低电平时，异或门U4：A74LS86管脚1和管脚2的电平相反，这时异或门U4：A 74LS86管脚3输出高电平，将JK触发器U2：B 74LS109A打开，JK触发器U2：B74LS109A就会被作用于管脚10上的脉冲电平的上升沿触发翻转，这样T₁就可跟踪检测器停止信号的第一个流量脉冲，就可求出T₁时间间隔。

T₁门控电平输出电路由跳线开关18、反相电路21、及T₁门控电平输出端子24所构成，跳线开关18即电路图中的SC11，可通过短路块来使1与2短路或3与2短路，反相电路21由施密特触发器U1：C74LS14及上拉电阻R₉所构成，用于将TIG信号反相，跳线开关18的2脚(网络号为TIGATE)直接与门控电平T₁输出端子24相连，如果用短路块将SC11的1与2端子短路，则TIG就直接输出到端子24，如果将SC11的3与2管脚短路，则TIG就先经U1：C 74LS14反相后再输出到端子24。

T₂门控电平输出电路，由跳线开关20、反相电路23及T₂门控电平输出端子26所构成，跳线开关20即电路图中的SC10，可用短路块使1与2短路或3与2短路，反相电路23由施密特触发器U1：B74LS14及上拉电阻R₁₁、R₇所构成，用于将SYTT信号反相，跳线开关20的2脚(网络号为TGATE)直接与门控电平T₂输出端子26相连，如果用短路块将SC10的1与2端子短路，则SYTT就直接输出到端子26，如果将SC10的3与2端子短路，则SYTT就先经U1：B 74LS14反相后再输出到端子26。

脉冲信号直接通到跳线开关17 SC13的2脚与脉冲信号输出端子25相连。

工控机脉冲插入板的工作原理如图3所示，首先将工控机脉冲插入板的端子24与工控机脉冲计数卡的脉冲计数器(用来累计脉冲数n)的门控端和T₂计时器(用来确定时间T₂)的门控端相连，工控机脉冲计数卡的脉冲计数器(累计脉冲数n)的计数端(即CLK端)与工控机脉冲插入板的端子25相连，工控机脉冲计数卡的T₂计时器的计数端(CLK端)与工控机脉冲计数卡的时钟信号发生器相连，再将工控机脉冲插入板的端子26与工控机脉冲计数卡的T₁计时器的门控端相连，计数卡的计数端(CLK端)与计数卡的时钟信号发生器相连。这样，工控机脉冲计数卡的脉冲n计数器和T₂计时器就会在端子24输出电平为高(或低)时进行计数和定时，在端子24输出电平为低(或高)时停止计数和定时，这样就可通过工控机软件读出脉冲数n和T₂值，T₁计时器就会在端子26输出电平为高(或低)时进行定时，在端子的26输出为低(或高)时停止定时，这样就可通过工控机软件读对T₁时间值，再通过软件求出实际脉冲数。

本发明的技术效果在于将该工控机脉冲插入板与流量检定装置和工控机脉冲计数卡协同工作，可以提高流量计累计脉冲数的有效位数，从而提高流量计检定精度，假如累计的脉冲数小于1000用原流量计数装置测量只能有3位有效数字，脉冲累计的精度小于1‰，加入该插入板后有效位数可达6位，脉冲累计的精度可达百万分之一。并且脉冲数越少提高精度效果越明显。

图1为本发明的技术原理图；

图2为本发明的结构方框图；

图3为本发明的电路原理图；

图4为本发明的使用方法连接图。

T₁为跟踪检测器启动信号的第一个流量脉冲，与跟踪检测器停止信号的第一个流量计脉冲之间的时间间隔、T₂为检测器启动和停止信号之间的时间间隔、n前后检测器启动和停止信号之间所累计的整脉冲数、1检定装置启停开关信号、2流量计脉冲信号、3、4过压负压保护电路、5去抖电路、6、7信号放大转换电路、8、9光电隔离电路、10、11脉冲整形放大电路、12、18、20跳线开关、13脉冲－电平转换电路、14异或门电路、15JK触发器电路、16或门电路、17跳线开关、21、23反相电路、24T₁门控电平输出端子、25经过处理的TTL电平脉冲信号输出端子、26T₂门控电平输出端子、A工控机、B工控机脉冲插入板、C工控机脉冲计数卡。

实现本发明的实施例如图所示。

该工控机脉冲插入板是与工控机脉冲计数卡和流量标准装置协同工作，提高流量仪表检定的精度，如图4所示。

Claims (4)

1、工控机脉冲插入板，其特征在于该板是采用脉冲插入技术，用一个计数器收集在检定运行期间流量计发生的整脉冲数，同时测量两个时间间隔；即：

T₁为跟踪检测器启动信号的第一个流量计脉冲，与跟踪检测器停止信号的第一个流量脉冲的时间间隔；

T₂为检测器启动和停止信号之间的时间间隔；

n为检测器启动和停止信号之间所累计的整脉冲数；

可以看出，T₁为实际上累计n个整脉冲数所用的时间(假设脉冲是均匀的)，那么可以通过T₁/n求出单个脉冲的宽度，再用T₂除就可以求出在T₂时间段内实际应累计的脉冲数，实际累计脉冲数n′即可由下式： $n^{\′}=n\frac{T_2}{T_1}$

2、根据权利要求1所述工控机脉冲插入板，应用公式

求得实际累计脉冲数，其特征在于该插入板的结构是由启停信号输入处理电路、脉冲信号输入处理电路、逻辑运算电路、T₂门控电平输出电路、T₁门控电平输出电路构成。

3、根据权利要求2所述工控脉冲插入板，其特征在于：

a、启停信号输入处理电路由过压负压保护电路(3)、去抖电路(5)、信号放大转换电路(6)、光电隔离电路(8)、脉冲整形放大电路(10)、跳线开关(12)、脉冲—电平转换电路(13)构成；由启停开关送来的信号(1)送入过压负压保护电路(3)，过压负压保护电路由电阻(VR₁)、(R₁₆)、(R₁₉)、二极管(D₃)、(D₄)、(D₂)构成，其输出送入去抖电路(5)；去抖电路(5)由电解电容(E₁)构成，其输出接信号放大转换电路(6)；信号放大转换电路(6)由三极管(N₃)9013构成，其输出接光电隔离电路(8)；光电隔离电路(8)由光电耦合器(01)4N27、电阻(R₁)构成，用来抑制外来信号干扰，其输出接脉冲整形电路(10)：脉冲整形电路(10)由电阻(R₄)、(R₂₂)、(R₂₅)、三极管(N₁)9013、施密特触发器(U1：0)74LS14构成，将启停信号转换成TTL逻辑电平，通过跳线开关(12)直接输出到逻辑运算电路和T₂门控电平输出电路或通过跳线开关(12)SC9将信号送入脉冲—电平转换电路(13)，脉冲—电平转换电路(13)由JK触发器(U2：A)74LS109A和电阻(R₃)组成，构成双稳态电路，将脉冲信号转换成电平信号，其输出通过跳线开关SC9的管脚3接逻辑运算电路。

b、脉冲信号处理电路由过压负压保护电路(4)、信号放大转换电路(7)、光电隔离电路(9)、脉冲整形放大电路(11)构成；由流量计送来的脉冲信号(2)进入过压负压保护电路(4)；过压负压保护电路(4)由电阻(VR₂)、(R₁₇)、(R₅)和二极管(D₆)、(D₇)、(D₅)构成，其输出接信号放大转换电路(7)，信号放大转换电路(7)由三极管(N₄)9013构成，其输出接光电隔离电路(9)；光电隔离电路(9)由光电隔离器(O2)4N27、电阻(R₂₀)构成，用来抑制外来干扰信号，其输出接脉冲整形放大电路(11)，脉冲整形放大电路由电阻(R₁₀)、(R₂₃)、(R₂₆)、三极管(N₂)9013、施密特触发器(U1：E)74LS14构成，将脉冲信号转换成TTL逻辑电平，其输出通过跳线开关(17)的管脚1接逻辑运算电路。

c、逻辑运算电路由或门电路(16)、异或门电路(14)和JK触发器电路(15)构成；或门电路(16)用于选择启停信号的来源，由或门集成电路(U3：A)74LS32构成，其管脚(2)接启停信号处理电路的输出端，管脚(1)接工控机脉冲计数卡的开关量输出端(D01)，其输出端管脚3接异或门电路(14)；异或门电路(14)由异或门集成电路(U4：A)74LS86构成，用于判断T₁、T₂门控电平是否为同相，其输出端管脚(3)接JK触发电路(15)控制JK触发器翻转；JK触发电路(15)由JK触发集成电路(U2：B)74LS109A、施密特触发器(U1：A)74LS14构成双稳态电路，施密特触发器(U1：A)输入端(1)与异或门电路的输出端(3)和JK触发集成电路(U2：B)的输入端(14)连接，输出端(2)与JK触发集成电路(U2：B)输入端子(13)连接，JK触发集成电路的输出端子(12)与异或门电路输入端子(1)连接、输入端子(15)与脉冲—电平转换电路(U2：A)的(4)脚连接，输入端子(10)通过跳线开关(17)SC13的管脚2或者与脉冲输入处理电路的施密特触发器(U1：E)连接，或者与工控机脉冲记数卡的脉冲发生器(PULL)相接，完成逻辑运算，得出与T₁相应门控电平(TIG)，输入到T₁门控电平输出电路；

d、T₁门控电平输出电路由跳线开关(18)、反相电路(21)、T₁门控电平输出端子(24)构成，跳线开关(18)为SC11，反相电路(21)由施密特触发器(U1：C)74LS14和上拉电阻(R₉)构成，施密特触发器(U1：C)的(5)、(6)管脚分别与跳线开关(SC11)的(1)、(3)端子连接，跳线开关的端子(2)与工控机脉冲计数卡T₁计时器的门控端相连；

e、T₂门控电平输出电路由跳线开关(20)、反相电路(23)、T₂门控电平输出端子(26)构成，跳线开关(20)为(SC10)，反相电路(23)由施密特触发器(U1：B)74LS14、上拉电阻(R₁₁)、(R₇)构成，施密特触发器(U1：B)的管脚(3)、(4)分别与跳线开关(SC10)的端子(1)、(3)连接，(SC10)的端子(2)与T₂计时器门控端相连。

4、根据权利要求2所述工控机脉冲插入板，其特征在于该板是与工控机脉冲计数卡和流量标准装置协同工作。

Images