模擬量/脈衝周期(a/t)變送器的製作方法

2023-09-16 21:53:25 1

專利名稱：模擬量/脈衝周期(a/t)變送器的製作方法
模擬量/脈衝周期(A/T)變送器是用於工業生產過程自動化測量和電力調度自動化及遠動系統的基礎測量儀器設備，其作用是將待測的電壓、電流、溫度、流量、壓力、相位等參量變換為周期脈衝信號，脈衝周期與被測量成比例關係。這樣只要測量出脈衝信號的周期，就可以計算出與脈衝周期對應的被測量。從原理上區別於現有的技術。目前現有的各種變送器都是將輸入的各種被測量轉換成線性輸出的直流模擬電量，經過A/D轉換，將模擬量轉換成數字量由計算機進行處理。
從檢索到的「86200648--多功能遠動變送器」等相關文獻中查實，現有技術均採用A/D轉換的原理。
本發明的目的為提高測量精度，提高抗幹擾能力，將集中方式變成分散方式。提高系統的可靠性，便於用光電方式實現隔離，取消A/D轉換，多路電子開關，簡化系統，降低系統的成本，而發明模擬量/脈衝周期(A/T)變送器。
本發明的原理框圖如

圖1所示被測量經V/F轉換，使輸出脈衝頻率與輸入的被測量成正比，然後通過邏輯控制單元，在一段時間內(如交流量N個周期(N＝1.2.3……))。把V/F輸出的頻率作為計數器的輸入，使計數器有一初始值，在N個周期後，改由晶振產生的固定頻率作為計數器的輸入繼續計數，使計數器計滿到翻轉，由此，在計數器的輸出端產生一個脈衝作為變送器的輸出。
技術指標1.準確度0.2％2.被測量標準輸入交變的電壓、電流信號或直流信號3.標準輸出周期脈衝信號，脈衝周期T＞500ms4.被測量的頻率1--1000Hz本發明的優點模擬量/脈衝周期(A/T)變送器與現有的各種變送器相比有如下優點a.測量準確度高模擬量/脈衝周期(A/T)變送器電路中，採用的V/F，電壓頻率轉換線性度可達3/10000，脈衝周期測量的解析度可達1/10000。這樣模擬量/脈衝周期(A/T)變送器的測量準確度很容易達到0.2％以上。
b.抗幹擾能力強一般直流變送器輸出的電信號與通道的噪聲信號疊加在一起，影響測量的準確度，需要採取很多措施比如傳輸線儘可能短，並且要求很好的屏蔽，在電路上採取很複雜的濾波網絡來消除幹擾。而噪聲信號對脈衝周期測量沒有影響，因此，只要用普通的傳輸線即可進行遠距離傳輸。
C.便於光電隔離模擬量要採用線性隔離放大器進行隔離，成本很高，而脈衝量隔離只需普通光隔，成本很低，而且電路簡單、可靠性高。
D.分散採集方式其他類型的採集方式，無論是直流還是交流，大多都是集中方式，比如，直流變送器需要多路電子轉換開關，用一個A/D轉換器測量；交流採樣也是一個CPU通過多路電子轉換開關和一個A/D轉換器，對多路進行測量，一旦出故障整個系統瓦解。而A/T採集方式，每路都有獨立的V/F轉換器，其輸出脈衝通過脈衝周期採集電路測出脈衝周期，互不幹擾，提高了系統的可靠性。
由V/F產生的脈衝經分頻器輸出的原理電路如圖2所示但此電路存在如下兩個問題①當被測量為交變量時，不能按整數周期測量，因而產生很大的誤差②當輸入量為零時，沒有脈衝輸出，當輸入量很小時，輸出的脈衝周期很長，往往超出採樣周期，滿足不了實際需要。
為此，設計了如圖3所示電路。
圖3圖面說明(1)為過零檢測單元把交變的正弦信號檢成方波，作為與門(2)的輸入端；與門(2)的另一輸入端為門控信號，與門(2)的輸出同時作為D觸發器(5)和計數器(6)的輸入時鐘信號；D觸發器(5)由輸入的時鐘信號在過零點置位，其Q端輸出為1，Q端輸出為0；Q端、Q端分別接與門(7)和與門(8)作為與門的門控信號；當Q為1、Q為0時，與門(7)打開，由V/F產生的脈衝信號通過或門(13)，作為計數器(14)的計數輸入，此時，與門(8)關閉，由晶振產生的信號被封鎖。計數器(6)的計數輸入端接收由過零檢測發出的脈衝信號，計數器(6)的最大計數值為N，N為整數，計數器(6)計滿翻轉時，Q端輸出經(9)、(10)、(11)、(12)組成的微分電路使D觸發器(5)復位，此時，D觸發器的Q端為0、Q端為1、與門(7)關閉、與門(8)打開，由晶振產生的脈衝通過或門(13)，作為計數器(14)的計數輸入值，到計數器(14)計滿翻轉，計數器(14)Q端產生一個脈衝信號，這個脈衝信號作為變送器的輸出，同時經過(15)、(16)、(17)、(18)組成的微分電路輸給計數器(5)，使計數器(6)清零，計數器(6)Q端輸出經反相器(9)輸給與門(2)便與門(2)打開，開始下一個周期。該電路適用於被測量為交變量，當被測量為直流時，D觸發器(5)的CLK端接反相器(9)的輸出端，計數器(6)的CLK端接晶振輸出端，取消過零檢測(1)和與門(2)。輸入的被測量與輸出的脈衝周期之間的對應關係如下V=VmNTfmM-(t-NT)F]]>式中V—— 被測量的輸入值Vm—— 被測量的滿量程值fm—— V/F對應的最大輸出頻率N—— 周期數T—— 輸入量的周期M—— 計數器滿碼值t—— 測量脈衝周期F—— 晶振頻率由V/F變換原理，輸入的被測量與輸出值的線性關係有Vf=Vmfm----(1)]]>
由上述測量原理可得出t=M-NTfF+NT----(2)]]>由(2)式可得f=M-(t-NT)FNT----(3)]]>將(3)式代入(1)式可得V=VmNTfmM-(t-NT)F]]>上面的f為對應某一輸入值時V/F的輸出頻率。
在某些場合，例如測量電流、電壓相位差，如果用一般的異或門電路，將相位差轉換成方波直接輸出，存在如下問題1.脈寬短，一般為毫秒級甚至更小，測量誤差很大。
2.一般的採樣周期為秒級，而上述脈衝的周期為0.02秒左右，如果計算機對每一個脈衝都要響應處理，機時開銷很大，甚至響應不過來。
如果能夠把這些反映相位差的脈寬累加起來，變成與採樣周期同步(相近)的脈衝，就可解決上述問題，為此設計了相位變送器其原理電路如圖4所示圖4圖面說明(1)為電流過零檢測；(2)為電壓過零檢測，通過異或門(3)輸出的脈衝寬度與電流、電壓的相位相同，同時交變的電壓信號經過過零檢測(2)檢成方波作為與門(4)的輸入信號，與門(4)的另一輸入端為門控信號；與門(4)的輸出同時作為D觸發器(6)和計數器(7)的輸入時鐘信號；D觸發器(6)由輸入的時鐘信號在過零點置位，其Q端輸出為1，Q端輸出為0；Q端和Q端分別接與門(5)和與門(10)；此時，與門(5)打開，與門(10)關閉，使通過異或門(3)的脈衝信號通過與門(5)進入與門(8)，使與門(8)打開，由晶振(9)產生的脈衝通過或門(15)，使計數器(16)開始計數。當計數器(7)的計數輸入端接收由電壓過零檢測(2)發出的脈衝信號，使計數器(7)計滿翻轉時，Q端輸出經(11)、(12)、(13)、(14)組成的微分電路，使D觸發器(6)復位；此時，D觸發器(6)的Q端為0，Q端為1，使與門(5)關閉與門(10)打開；由晶振產生的脈衝通過或門(15)，使計數器(16)繼續計數，計滿翻轉時，計數器(16)Q端產生一個脈衝信號，這個信號作為相位變送器的輸出，同時經過(17)、(18)、(19)、(20)組成的微分電路輸給計數器(7)，使計數器(7)清零，輸出端Q輸出的信號經反相器(11)輸給與門(4)，使與門(4)打開，開始下一個周期。實現了相位差(時間)的累加。
權利要求
1.本發明是一種模擬量/脈衝周期(A/T)變送器，其特徵是將被測量經邏輯控制單元，在一段時間內(如交變量的N個周期(N＝1.2.3……))，通過V/F轉換成與輸入的被測量成比例關係的脈衝，作為計數器的輸入，使計數器有一個初始值，N個周期後改由晶振產生的固定頻率作為計數器的輸入繼續計數，直到計數器計滿翻轉，由此在計數器的輸出端產生一個脈衝，脈衝的周期與輸入的被測量成比例關係，其數學表達式為V=VmNTfmM-(t-NT)F]]>其中V—— 被測量的數值Vm- 被測量的滿量程值fm- V/F對應Vm的輸出頻率N—— 交變量的周期數(N＝1.2.3……)T—— 被測量的周期M—— 計數器滿碼值F—— 晶振頻率t—— 脈衝周期
2.其特徵在於通過計數器、過零檢測、觸發器、與門、或門等電路實現對交變量按整數周期測量。
3.其特徵在於轉換器輸出的脈衝周期t由兩部分組成即t＝t0＋t1上式中的t0有兩種情況1).當被測量為交變量時t0＝NT N為交變量的周期數，T為交變量的周期。2).當被測量為直流時t0＝常數t1等於計數器在以V/F產生脈衝作為計數輸入得到一累加值的基礎上，改由晶振產生的脈衝作為計數輸入繼續計數，直到計數器計滿翻轉所需的時間。
4.其特徵在於可以實現一些非連續量的累加，如相位差(時間)的累加，從而提高了測量精度。
全文摘要
一種新型的模擬量/脈衝周期(A/T)變送器，是用於工業生產過程自動化測量和電力調度自動化測量變送器，其作用是將待測的電壓、電流、功率、溫度、流量、壓力、相位等參量轉換為線性輸出的周期脈衝信號，通過數據採集裝置測量脈衝信號的周期，就可以計算出與脈衝周期對應的輸入被測量。其優點是以A/T轉換取代常規的A/D轉換，測量準確度高、抗幹擾能力強；並將集中方式變成分散方式，提高了系統的可靠性，便於用光電方式實現隔離，降低了成本。
文檔編號H03M1/50GK1155787SQ96109530
公開日1997年7月30日 申請日期1996年8月26日 優先權日1996年8月26日
發明者婁志仁, 崔效毓, 張志剛, 李雪, 梁鑄 申請人:婁志仁