Дискретное измерительное устройство ДИУ-256/I с цифровым выходом

Описание изобретения к авторскому свидетельству

Авторы изобретения: Е. М. Толчинский, М. В. Тяпкин и А. В. Лебедев

Заявлено 16 апреля 1959 г. за 625616/26 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 23 за 1959 г.

Известные дискретные измерительные устройства, состоящие из коммутатора, преобразователя электрического сигнала датчика в код, запоминающего узла и регистратора, имеют недостаточную надежность, особенно в узле коммутации малых входных сигналов, выдаваемых датчиками. Описываемое дискретное измерительное устройство ДИУ позволяет избежать указанных недостатков и повысить быстродействие и точность.

На фиг. 1 показана блок-схема ДИУ; на фиг. 2 — временная диаграмма работы реле коммутации датчиков; на фиг. 3 — функциональная схема коммутатора; на фиг. 4 временная диаграмма работы дешифратора коммутатора; на фиг. 5 — функциональная схема блока управления преобразованием; на фиг. 6—временная диаграмма работы блока управления преобразованием.

Основными особенностями блок-схемы ДИУ являются: объединение датчиком в группы по однотипным первичным преобразователям и двухступенчатая коммутация измерительных цепей. Это позволяет для каждой из групп датчиков Д иметь блоки коммутатора датчиков Кмд, усилителя У и нуль-органа НО, учитывающие свойства элементов датчика; применить один генератор эталонного напряжения — ГЭН в схеме преобразователя непрерывных напряжений в код для n групп датчиков, что значительно экономит аппаратуру, значительно повышается быстродействие аппаратуры.

ДИУ обеспечивает работу аппаратуры в двух режимах: в режиме преобразования, при котором производится поочередный опрос измерительных датчиков, преобразование их показаний в двоичный и двоично-десятичный код и запоминание этого кода на магнитном барабане МБ, и в режиме пёчати, при котором осуществляется считывание показаний кода датчиков с МБ и регистрация их на бумажной ленте в виде десятичных чисел.

В ДИУ датчики разбиты на n групп по n/m датчиков в каждой.

Датчики каждой группы подсоединяются к собственному коммутатору КмД. Коммутаторы датчиков КмД построены на электромагнитных реле. На выходе КмД установлены общие для всех датчиков данной группы усилителя У и нуль-органы НО.

Нуль-орган НО производит сравнение напряжения, поступающего с выхода усилителя У, с эталонным напряжением, изменяющимся линейно во времени и поступающим от блока ГЭН. В момент равенства этих напряжений НО выдает импульс, поступающий на ламповый вентиль В, управляемый в свою очередь выходом электронного коммутатора второй ступени КмГр. Блок Упр (блок управления преобразованием напряжения датчика в код) осуществляет синхронизацию работы всей схемы в режиме преобразования, управляя коммутатором КмГр и генератором ГЭН. Кроме того, в блоке Упр производится выработка двоично-десятичного кода, пропорционального преобразуемому напряжению, и запись этого кода на магнитный барабан. Блок ВКБ (блок управления выборкой кодов с барабана) производит выборку кодов магнитного барабана в процессе печати в том же порядке, в каком они записывались на барабане в процессе преобразования показаний датчиков. Блок управления печатью Уни управляет печатающим Механизмом Пи, осуществляя на нем печать кодов, выбираемых с магнитного барабана блоком ВКВ. Блоки Упр и ВКВ подсоединяются к головкам магнитного барабана через коммутатор головок КГ.

Высокая скорость коммутации обеспечивается за счет применения двухступенчатой коммутации, т. е. коммутации выходов датчиков и коммутации выходов нуль-органов. На эпюрах 1—4 фиг. 2 показаны выходные напряжения коммутатора групп КмГр, а на эпюрах 5—16 — напряжения на обмотках реле коммутации датчиков КмД. Штриховкой показано время, в течение которого происходит опрос датчика, подключаемого данным реле Р (фиг. З). Благодаря сдвигу по фазе в работе КмД время срабатывания реле может доходить до (п 1) кратного максимального врёмени опроса одного датчика. Коммутатор КмД (фиг. З) является многоступенчатым и состоит из дешифратора на 4 выхода (Дш 4), Двух дешифраторов на 16 выходов (Дш 16—1 и Дог 16—11) и выходной матрицы. Дешифратор Дш 4 представляет собой диодный дешифратор с выборкой ло высокому напряжению. Он имеет на входе двухразрядный двоичный счетчик на триггерах Т1 и Т2 а на выходе — электронные лампы, аноды которых соединены с вертикальными шинами выходной матрицы. дешифратор Дш 16 имеет на входе четырехразрядный двоичный счетчик, а на выходах — реле Рn контакты которых подают высокое напряжение на горизонтальные шины матрицы. Так как высокое напряжение подано всегда лишь на одну горизонтальную шину и открыта только одна из четырех ламп, соединенных с вертикальными шинами, ток будет протекать только через одно реле Р, включенное между выбранными шинами. Дешифраторы работают каждый на половину горизонтальной шины матрицы. Сигналы на входные счетчики дешифраторов поступают с дифференцирующих цепочек, присоединенных к разным выходам триггера второго разряда Дш 4. Поэтому Дш 16 работают со сдвигом по фазе на половину такта.

На эпюрах 1—4 (фиг. 4) показаны выходные напряжения дешифратора Дш 4, на эпюрах 5—7 — напряжения на обмотках трех первых реле Дш 16—1, а на эпюрах 8—10 — то же для Дш 16—11. Штриховкой отмечено время, в течение которого контакты реле должны быть замкнуты. Импульс, получаемый дифференцированием выходного напряжения последнего триггера входного счетчика Дш 16—11 и обозначенный ИКПр, является сигналом того, что произведен опрос всех датчиков. Коммутаторы КмД и КмГр управляются импульсами, поступающими от нуль-органов. Когда нуль-орган НО опрашиваемой в данный момент группы создает выходной импульс, открывается соответствующий вентиль В и импульс поступает на входы «+ 1» коммутаторов КмД и КмГр и в блок Упр. В блоке Упр этот импульс сигнализирует о совпадении эталонного напряжения с выходным напряжением усилителя У. Поступая в КмД одной их групп, импульс переключает КмД к следующему датчику, а поступая в КмГр — подключает к блоку Упр следующую группу датчиков. для усиления сигналов, поступающих от датчиков, используются усилители постоянного тока с автоматической выборкой дрейфа, которая производится между сериями измерений. Входы усилителей при этом автоматически закорачиваются. Для повышения точности периодически к входам усилителей подключаются калибровочные делители напряжения, питаемые от тех же источников, что и датчики.

Блок Упр (фиг. 5) синхронизируется импульсами, поступающими с трех дорожек синхронизации магнитного барабана. На одной из этих дорожек записан импульс начала преобразования ИНачМБ, служащий для привязки кодов датчиков к определенным местам поверхности барабана. На второй дорожке записано К тактирующих импульсов ТИ, разбивающих поверхность барабана на К зон, в каждой из которых может быть записан код для одного датчика. На третьей дорожке записаны синхронизирующие импульсы СИМБ, разбивающие зоны между тактирующими импульсами ТИ на элементарные запоминающие ячейки для последовательной записи кода датчика. Синхронизация в блоке Упр осуществляется схемой, состоящей из двоичного счетчика с необходимым коэффициентом пересчета (Сч 26 на фиг. 5) и триггера Тзп, управляющего записью. На вход «0» триггера Тзп подаются тактирующие импульсы, а на вход «1» те же импульсы, прошедшие через счетчик Сч 26 и линию задержки З. При подаче тактирующих импульсов каждый выходной импульс Сч 26 ставит Тзп в положение «1», а следующий импульс ТИ переводит Тэп обратно в положение «0». Выходы триггера Тэп используются для синхронизации ДНУ в режиме преобразования. Когда Тзп находится в положении «1», производится запись кода очередного параметра; в течение времени, когда Тэп находится в положении «0», осуществляется преобразование напряжения следующего параметра в код.

После записи на МБ очередного кода, когда Тзп возвращается в положение «0», импульс, полученный дифференцированием на его выходе, устанавливает триггер ТПр в положение «1». На выходе триггера ТПр создается высокий потенциал, подаваемый в коммутатор групп КмГр. При этом открывается соответствующий вентиль В на выходе нуль-органа. Кроме того, триггер ТПр открывает вентиль В1 и импульсы с генератора Г начинают поступать на вход трехдекадного двоично-десятичного счетчика блока Упр. В то время, как счетчик генератора ГЭН ведет счет в двоичной форме, в двоично-десятичном счетчике, работающем параллельно с двоичным, образуется двоично-десятичный код. В момент срабатывания нуль-органа НО подача импульсов от генератора Г к счетчикам прекращается и в счетчиках образуется код, пропорциональный значению непрерывного напряжения.

Когда выходной импульс счетчика Сч 26 переведет триггер Тэп в положение «1», начнется запись кода, зафиксированного двоично-десятичным счетчиком, на магнитный барабан. Триггер записи Тзп открывает вентиль В2 и синхронизирующие импульсы СИМБ начинают поступать как сдвиговые импульсы Исдвига на входы двоично-десятичного счетчика, на вентиль В3, в цепь гашения кода счетчика генератора ГЭН. двоично-десятичный счетчик в этом режиме работает как сдвиговый регистр для преобразования параллельного кода в последовательный. Вентиль В, открытый старшим триггером высшего разряда счетной декады, осуществляет через усилитель записи Узп запись кода на кодовую дорожку МБ.

После того, как код со счетчика передан на барабан, следующий импульс ТИ переведет триггер Тэп в положение «0» и прекратит запись. Продифференцированный импульс с выхода «0» триггера Тэп переводит триггер ТПр в положение «1». При этом начинается следующее преобразование. Для того, чтобы начало записи на магнитном барабане попадало всегда в одну зону, используется импульс начала ИначМБ н триггер пуска ТП. До начала работы триггер ТП находится в состоянии «0» и закрывает вентиль В4, который при этом не пропускает импульсы ТИ в счетчик Сч 26 и триггер Тэп.

После опроса всех датчиков триггер ТП устанавливается в положение «0» импульсом конца преобразования ИЛПр, образующимся в дешифраторе Дш 16—II блока КмД. При этом вентиль В4 снова закрывается и работа схемы прекращается. Как видно из фиг. 6, в силу того, что код в начальный момент времени не подготовлен, то первая запись является холостой. Код, образуемый после первого преобразования, записывается на барабане между 52 и 53 импульсами ТИ, код второго преобразования — между 78 и 79 импульсами и т. д.

Предмет изобретения

1. Дискретное измерительное устройство ДИУ-256/1 с цифровым выходом, содержащее коммутатор, преобразователь непрерывного сигнала в дискретный код, запоминающее устройство и цифропечатающий регистратор, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности устройства и повышения скорости коммутации электрических выходов датчиков, выходы с m датчиков объединены в n групп, а каждый датчик группы подключен через релейный коммутатор первой ступени к усилителю, выход которого подключен к нуль-органу, а выходы нуль-органов каждой группы подсоединены к вентилям, последовательно управляемым коммутатором второй ступени.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что с целью получения необходимого временного сдвига, первая ступень коммутатора снабжена n двоичными счетчиками, получающими на входы импульсы с соответствующих вентилей второй ступени коммутатора управляющими электромагнитными реле, подключающими сигналы датчиков на входы нуль-органов.

3. Форма выполнения устройства по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью экономии аппаратуры, обмотки электромагнитных реле каждой группы включены по матричным схемам, вертикальные шины которых связаны через электронные дешифраторы с соответствующими двоичными счетчиками групп, а горизонтальные шины каждой матрицы разбиты по вертикали пополам и подключены к двум общим для всех групп дешифраторам, управляемым двоичными счетчиками, воспринимающими на входы импульсы с размноженных выходов последнего разряда двоичного счетчика последней группы.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью получения одновременно с процессом преобразования десятичного кода измеряемой величины, применен десятичный счетчик, включенный параллельно двоичному счетчику преобразователя.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью наилучшего согласования выходных сигналов датчиков со входом преобразователя, к каждой из n групп коммутатора подключен усилитель, учитывающий особенности датчиков, объединенных в данной группе.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности характеристик измерительных трактов, при изменении напряжения питания датчиков, уходе нуля и изменении коэффициента усиления усилителя, нелинейности генератора эталонного напряжения и усилителя, дрейф нуля нуль-органа и т. п., применены эталонные делители, питаемые от источника напряжения датчиков и подключенные на требуемое число входов каждой из групп?

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения дрейфа усилителя датчиков, применена следящая система, на вход, которой в период между циклами преобразования подключен выход усилителя датчиков с закороченным входом.

Материал помещен в музей 14.08.2009 года