CZ4790U1 - Zařízení k měření okamžité frekvence periodickýchsignálů - Google Patents

Description

Zařízení k měření okamžité frekvence periodických signálů

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení k měření okamžité frekvence periodických signálů, například otáček vodoměrů, snímaných bezkontaktními magnetodynamickými nebo optickými sondami. Dosavadní stav techniky

Při měření okamžitého průtoku kapalin se dosud používají například ultrazvukové průtokoměry a obdobná zařízení s vysokými pořizovacími náklady, nebo je nutno používat časově náročnou me* todu měření, kdy se průtok kapaliny měří po určitou dobu a jeho hodnota se zjistí číselným dělením celkového protečeného množství kapaliny dobou měření. Při malých průtocích je doba měření značná t _m a výsledná hodnota je pouze místo okamžitého průtoku jeho nepřesnou střední hodnotou. Například cejchování vodoměrů dosud spočívá v protečení definovaného množství kapaliny za definovaných podmínek a v následném odečtení hodnoty, naměřené cejchovaným vodoměrem, a ve výpočtu odchylky od teoretické hodnoty. Při adjustování vodoměru se na základě takto zjištěné odchylky provede oprava a tento cyklus je nutné několikrát opakovat. Známá jsou rovněž zařízení pro měření průtoku kapalin, založená na principu snímání otáček rotačních vodoměrů a na měření jejich okamžité frekvence. Ke snímání otáček rotačních vodoměrů se u těchto zařízení používají buď optické nebo magnetodynamické sondy, jejichž výstupy nutno poté vyhodnocovacími obvody vyhodnotit za účelem získání hledané veličiny. Dosavadní způsob vyhodnocování průtoku je založen na měření frekvence impulsů, přičemž hledaný průtok se ze zjištěné frekvence odvodí za použití příslušných převodních koeficientů podle typu vodoměrů. V podstatě se dosud používají dva známé postupy měření frekvence. Při prvním postupu se příslušným zařízením po určitou pevně stanovenou dobu měří počet period a poté se ze zjištěného počtu period a známého času určí frekvence signálů. Nevýhodou tohoto známého postupu a zařízení k jeho > provádění je dlouhá doba měření, při které je možno zjistit jen } průměrnou hodnotu frekvence a nikoli její okamžitou hodnotu. Při _>K druhém postupu se měří pouze čas jedné periody, ale jeho nevýhodou je značná chyba měření, která je tím větší, čím je naměřený čas jedné periody kratší.

Podstata technického řešení

Tyto nevýhody stávajícího stavu techniky jsou do značné míry odstraněny zařízením k měření okamžité frekvence periodických signálů, například otáček vodoměrů, snímaných bezkontaktními magnetodynamickými nebo optickými sondami, metodou měření periody signálu a následným určením její převrácené hodnoty, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z vyhodnocovacího mikroprocesoru, na jehož první vstup je připojen výstup snímací sondy, na druhý vstup je připojen nastavovací hodnotový člen převodní konstanty a jehož třetí vstup je přes analogově číslicový převodník spojen s napájecím členem, přičemž na výstup vyhodnocovacího mikroprocesoru je připojen zobrazovací člen.

-1CZ 4790 Ul

Zařízení podle tohoto technického řešení pracuje způsobem, při kterém se od okamžiku, určujícího začátek periody měřeného signálu po určitou, v průběhu měření pevně stanovenou dobu t_s měří počet N celých period T měřeného signálu, načež se po překročení této stanovené doby t_s odečte čas t následujícího signálu, určujícího začátek nové periody měřeného signálu, přičemž okamžitá frekvence v tomto časovém úseku se určí ze vztahu f = (N + 1) / t (1) kde značí «

f - měřenou okamžitou frekvenci

N - změřený počet period za čas t_g t - měřený čas. ,

Zařízení podle technického řešení tak přináší podstatnou úsporu času při měření okamžitých frekvencí jakýchkoli periodických signálů a tím i rychlé stanovení z této okamžité frekvence odvozené hledané veličiny, například ve spojení s vhodnou snímací sondou stanovení okamžitého průtoku kapaliny, měřeného rotačními vodoměry, a to zároveň při dosažení vysoké přesnosti měření. Zařízení podle technického řešení přináší i podstatnou úsporu času při cejchování těchto vodoměrů.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže osvětleno pomocí výkresů příkladného provedení zařízení k měření okamžité frekvence periodických signálů podle tohoto technického řešení, na kterých znázorňuje obr. 1 blokové schéma příkladného provedení zařízení s mikroprocesorem, na obr. 2 je zobrazen příklad logického obvodu, který může být tímto mikroprocesorem realizován a na obr. 3 princip funkce tohoto zařízení.

Á

Příklad provedení vynálezu

Zařízení podle obr. 1 sestává z vyhodnocovacího mikroprocesoru 1, na jehož první vstup je připojen výstup snímací sondy 6, na druhý vstup je připojen nastavovací hodnotový člen 2 převodní konstanty a jehož třetí vstup je přes analogově číslicový převodník 5 spojen s napájecím členem 4, přičemž na výstup vyhodnocovacího mikroprocesoru 1 je připojen zobrazovací člen 2. Logický obvod, podle obr. 2, může být příkladně tvořen dvěma klopnými obvody typu D, a to prvním klopným obvodem 11 a druhým klopným obvodem 12, dále zpožďovacím členem 13 a čtyřmi hradly AND, a to prvním hradlem 14, druhým hradlem 15, třetím hradlem 16 a čtvrtým hradlem T_. Do znázorněného logického obvodu je dále vřazen první čítač 8 a druhý čítač 9 a vyhodnocovací obvod 10. Vzájemné uspořádání logického obvodu je zřejmé z obr. 3, kde na první vstup C prvního klopného obvodu 11 je přiveden měřený signál f_x, přičemž pro označení vstupů a výstupů jednotlivých prvků logického obvodu a pro další na obr. 2 užitá označení jsou použita písmenná označení běžně používaná.

-2CZ 4790 Ul

Snímací sonda snímá například otáčky turbíny rotačního vodoměru a převádí je na elektrické impulsy. Podle typu vodoměru se může použít snímací sonda pracující na magnetodynamickém nebo optickém principu. První typ snímací sondy se používá pro vodoměry s magnetickou spojkou mezi turbínou a počítadlem vodoměru. Optická sonda se používá pro vodoměry s indikací otáček vodoměru kolečkem s barevnými výsečemi. Vyhodnocovací mikroprocesor 2 zařízení podle obr. 1 zajišťuje měření okamžité frekvence impulsů ze snímací sondy 6, modifikaci okamžité frekvence převodní konstantou měřícího přístroje, například rotačního vodoměru, a zajišťuje zobrazení okamžitého průtoku na displeji zobrazovacího členu 2. Převodní konstantu lze předvolit pro několik typů měřících přístrojů pomocí nastavovacího hodnotového členu 3_, například tlačítkového, a uložit v paměti. U měření okamžité frekvence periodických signálů při zjišťování okamžitého průtoku pomocí rotačních vodoměrů se převodní konstanta zadává například v počtu impulsů na 1 dm³ nebo 1 m³ protečeného množství kapaliny. Zařízení je napájeno napájecím členem 4, například baterií, přičemž její napětí je průběžně měřeno analogově číslicovým převodníkem 5, čímž je zabráněno neočekávanému vypnutí zařízení v důsledku vybití baterie a vymazání konstant přednastavených v jeho paměti. Výhodou takovéhoto zařízení je i velký měřící rozsah, při měření průtoků lze tímto zařízením měřit průtok například od 1 ml/min. až po 9 999 m³/hod. s přesností měření 0,02 % z měřené hodnoty.

Jak je naznačeno na obr. 3, impulsy ze snímací sondy, převedené na dvoustavový signál, se průběžně vyhodnocují v určitých časových odstupech, označených písmenem δ, které mohou způsobovat chybu měření, označenou písmenem e, přičemž od okamžiku, určujícího začátek periody měřeného signálu, se po určitou, v průběhu jednoho měření pevně stanovenou, dobu t_s, například 0,6 s, měří počet N celých period T měřeného signálu, načež se po překročení této stanovené doby t_s měří čas t následujícího signálu, určujícího začátek nové periody. Okamžitá frekvence měřeného signálu v tomto měřeném čase t se poté určí ze vztahu (1). Tím se chyba e rozloží do více period, podle obr. 3 do dvou period, a hodnota zjišťované okamžité frekvence se zpřesní.

Zařízení k měření okamžité frekvence periodických signálů, které jsou snímány bezkontaktními, jako například magnetodynamickými nebo optickými sondami, podle technického řešení lze široce využít v nejrůznějších oborech při zjišťování jiných veličin, které se za účelem jejich stanovení na tyto periodické signály různými měřícími přístroji převádějí.

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Zařízení k měření okamžité frekvence periodických signálů, jako například otáček vodoměrů, snímaných bezkontaktními magnetodynamickými nebo optickými sondami, metodou měření periody signálu a následným určením její převrácené hodnoty, vyznačující se tím, že sestává z vyhodnocovacího mikroprocesoru (1), na jehož první vstup je připojen výstup snímací sondy (6), na druhý vstup je připojen nastavovací hodnotový člen (3) převodní konstanty a jehož třetí vstup je přes analogově číslicový převodník (5) spojen s napájecím členem (4), přičemž na výstup vyhodnocovacího mikroprocesoru (1) je připojen zobrazovací člen (2).