轉速標準裝置的製作方法
2024-03-10 14:59:15
專利名稱：轉速標準裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種計量裝置，具體地說，是指一種用於對轉速量值進行計量的標準設備，即轉速標準裝置。
背景技術：
現階段應用的轉速標準裝置，存在以下不足(1)不能保證全轉速範圍的高精度穩速，尤其在1800r/min以下低速範圍內，轉速準確度不高。在電機主軸300r/min～6000r/min的轉速範圍內，作為不確度0.01％的裝置，在上述低速範圍，不確度僅優於0.1％。
(2)應用功能不完備標準轉速裝置對轉速儀表的校驗和修理是不可缺少的設備，它不但需要高精度在某個設定值上穩定運轉，還需要隨意平滑調節的無極調速功能，以完成對指針式儀表的修理任務，而現有設備無此功能。
(3)拖動功率小，帶載能力低。
發明內容
本實用新型的目的是公開一種數字式高精度寬範圍的轉速標準裝置，該裝置在全轉速範圍內能夠實現轉速穩定、精度高；能夠實現指針式儀表的修理任務；可通過鍵盤實現轉換模式；其執行機構經控制系統調速控制後其轉速從200～6000r/min調節至2～30000r/min。
本實用新型的一種轉速標準裝置，包括(a)主控箱，主控箱的硬體電路中CPU接收鍵盤、狀態監控單元的指令信息，並將此信息輸出至調幅控制單元、標頻給定單元，方式轉換單元接收無極調速控制單元、調幅控制單元、調寬控制單元輸出的信息控制電機換向驅動單元，從而控制電機主軸的輸出轉速；系統電源提供該裝置所需的二次電源；和(b)電機平臺組件，電機平臺組件至少包含電機、電機換向驅動單元、變速機構，主控箱與電機平臺組件通過主控電纜連接。
主控箱中硬體電路控制部分的信號調理單元採集電機碼盤的轉速脈衝信號並將該信號經調理輸出方波串信號至調寬控制單元；信號調理單元由濾波、雙向限幅放大整形電路構成，其放大整形電路為兩極反相放大，放大器採用高頻高速運放；調寬控制單元，接收標頻給定單元輸出的標頻給定信號FR和信號調理單元輸出的方波串調理後的轉速信號FN，並將上述兩信號進行比較、輸出鎖相控制信號FPLL至方式轉換單元驅動電機。
所述的轉速標準裝置，其信號調理單元由濾波、雙向限幅和放大整形電路構成，其濾波電路由電阻R5、R6，電容C2、C3、C4組成，硝特基二極體D4、D5實現雙向限幅，其放大整形電路由兩片運算放大器AD811組成的兩極反相運算放大，放大器採用高頻高速運放。
所述的轉速標準裝置，其調寬控制單元由兩組多諧振蕩器交聯組成，三極體T1、T2為一組，三極體T3、T4為一組，三極體T1、T2組包括電阻RL15、RL16、RL11、RL12、RL7、RL8、電容CL17、CL18組成標準多諧振蕩器；電容CL11、CL12為電源穩定電容，二極體DL1、電阻RL1、電容CL1、二極體DL2、電阻RL2、電容CL2、二極體DL3、電阻RL3、電容CL3、二極體DL4、電阻RL4、電容CL4為輸入觸發電路；三極體T3、T4組包括電阻RL17、RL18、RL9、RL10、RL13、RL14、電容CL9、CL10組成標準多諧振蕩器；電容CL13、CL14為電源穩定電容，二極體DL5、電阻RL5、電容CL5、二極體DL6、電阻RL6、電容CL6為輸入觸發電路；電阻RL1、RL3並聯後接三極體T3的集電極，電阻RL2、RL4並聯後接三極體T4的集電極，電容CL1、CL4、CL6三個觸發信號輸入端相聯，測速碼盤信號FN加載在此處；電容CL2、CL3、CL5三個觸發信號輸入端相聯，標準頻率信號FR加載在此處，電阻R26為上拉電阻。
所述的轉速標準裝置，主控箱上設有RS485通訊接口。
本實用新型的轉速標準裝置，其優點是在全轉速範圍內能夠實現轉速穩定、精度高、帶載能力強；還能夠實現指針式儀表的修理任務；可通過鍵盤實現轉換模式；RS485通訊接口的設置可實現數據資源的交互；變速機構設計成四個輸出軸的模式，可將電機主軸輸出的200～6000r/min轉速範圍擴展到2～30000r/min。
圖1是轉速標準裝置硬體結構示意圖。
圖2是本實用新型轉速標準裝置的控制部分結構框圖。
圖3是本實用新型調寬控制單元電路原理圖。
圖4是本實用新型調寬控制單元信號處理框圖。
圖5是本實用新型信號調理單元電路原理圖。
圖中1.主控箱 2.電機平臺組件 3.電機 4.變速機構
5.主控電纜 100.電機換向驅動單元101.碼盤轉速信號102.調理後的轉速信號FN103.鎖相控制信號FPLL104.標頻給定信號FR105.電機主軸106.狀態監控信號具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
請參見圖1、2所示，本實用新型的轉速標準裝置，由主控箱1和電機平臺組件2構成，主控箱1通過主控電纜5與電機平臺組件2實現連接。電機平臺組件2包括稀土永磁無刷直流電機3和變速機構4，以及驅動電機3的電機換向驅動單元100。主控箱1上設有顯示器、鍵盤、RS485通訊接口，主控箱1內設有硬體電路。
本實用新型的信號調理單元由濾波、雙向限幅和放大整形電路構成，其濾波電路由電阻R5、R6，電容C2、C3、C4組成，硝特基二極體D4、D5實現雙向限幅，其放大整形電路由兩片運算放大器AD811組成的兩極反相運算放大，放大器採用高頻高速運放(圖5所示)。
本實用新型的調寬控制單元由兩組多諧振蕩器交聯組成，三極體T1、T2為一組，三極體T3、T4為一組，三極體T1、T2組包括電阻RL15、RL16、RL11、RL12、RL7、RL8、電容CL17、CL18組成標準多諧振蕩器；電容CL11、CL12為電源穩定電容，二極體DL1、電阻RL1、電容CL1、二極體DL2、電阻RL2、電容CL2、二極體DL3、電阻RL3、電容CL3、二極體DL4、電阻RL4、電容CL4為輸入觸發電路；三極體T3、T4組包括電阻RL17、RL18、RL9、RL10、RL13、RL14、電容CL9、CL10組成標準多諧振蕩器；電容CL13、CL14為電源穩定電容，二極體DL5、電阻RL5、電容CL5、二極體DL6、電阻RL6、電容CL6為輸入觸發電路；電阻RL1、RL3並聯後接三極體T3的集電極，電阻RL2、RL4並聯後接三極體T4的集電極，電容CL1、CL4、CL6三個觸發信號輸入端相聯，測速碼盤信號FN加載在此處；電容CL2、CL3、CL5三個觸發信號輸入端相聯，標準頻率信號FR加載在此處，電阻R26為上拉電阻(圖3所示)。
本實用新型硬體電路，作為中央處理單元的CPU採用的是內嵌式微機PC104/486，它根據輸人鍵盤的工作狀態指令(無級調速方式或數字鎖相方式)設定輸出的狀態指令。無級調速時，電機的勵磁控制取決於設於面板上的調速旋鈕(精密多圈電位器)；數字鎖相控制方式時，CPU根據鍵盤鍵入的轉速值，給出與該轉速相對應的標準頻率設定值施加於標頻給定電路，標頻給定電路則輸出與要求轉速值相對應的標準頻率脈衝施加於調寬控制電路的標頻輸入端FR。電機一經啟動，它的測速碼盤即輸出與實際運行轉速相一致的轉速脈衝，該信號經調理後形成標準的測速脈衝施加於調寬控制電路的測速輸入端FN。調寬控制單元自動比較FR與FN兩列脈衝信號，它的輸出PLL為高電平時，電機加速運行；FPLL為低電平時，電機斷電滑行，直到FPLL為與FR、FN相等的脈衝時，電機便穩定地按要求的轉速FR運行。狀態監控單元的作用是提高轉速穩定運行的品質。當FPLL為與FR同頻的脈衝時，儘管運行轉速是設定的轉速，但因FPLL脈衝的佔/空比不同而具有不同的抗幹擾裕度。CPU接收到狀態監控單元的信號，依運行狀態的改變D/A輸出的量值來改變電機勵磁的大小，從而改變FPLL脈衝的佔/空比，直到它為1/1，這樣本系統就獲得了最大的抗幹擾裕度。以上敘述是對電機主軸105 200r/min～6000r/min的精確轉速控制過程。經機械變速機構4輸出為2r/min～30000r/min。
在本實用新型中，CPU接受鍵盤輸入的指令，並將處理後的信息輸出；顯示器用以實現人機互動；鍵盤用以提供對轉速標準裝置的指令輸入；調幅控制單元用以實現了對電機的寬範圍調速，電機3主軸105從200r/min調速至6000r/min；狀態監控單元對鎖相運行狀態監測，以改變穩定運行的抗幹擾裕度；標頻給定單元用以完成轉速的數字設定；調寬控制單元用以完成在設定轉速條件下對電機3運行轉速的高精度鎖相控制；信號調理單元用以完成電機3實際轉速的信號回饋；方式轉換單元用以完成數字鎖相控制與無極調速控制單元的方式轉換。
在本實用新型中，變速機構4為齒輪組結構，有4個輸出軸，這樣，就可將稀土永磁無刷直流電機3主軸105從200～6000r/min的轉速範圍擴展到2～30000r/min。
本實用新型的轉速標準裝置提供了對轉速儀表或轉速傳感器的高精度計量和測試。
權利要求1.一種轉速標準裝置，包括(a)主控箱(1)，主控箱(1)的硬體電路中CPU接收鍵盤、狀態監控單元的指令信息，並將此信息輸出至調幅控制單元、標頻給定單元，方式轉換單元接收無極調速控制單元、調幅控制單元、調寬控制單元輸出的信息控制電機換向驅動單元(100)，從而控制電機主軸的輸出轉速；系統電源提供該裝置所需的二次電源；和(b)電機平臺組件(2)，電機平臺組件(2)至少包含電機(3)、電機換向驅動單元(100)、變速機構(4)，主控箱(1)與電機平臺組件(2)通過主控電纜(5)連接，其特徵在於所述的信號調理單元，其採集電機碼盤的轉速信號(101)並將調理後的轉速信號FN(102)輸出至調寬控制單元；所述的調寬控制單元，其接收標頻給定單元輸出的標頻給定信號FR(104)和信號調理單元輸出的調理後的轉速信號FN(102)，並將上述兩種信號進行比較、輸出鎖相控制信號FPLL(103)至方式轉換單元驅動電機(3)。
2.根據權利要求1所述的轉速標準裝置，其特徵在於所述的信號調理單元由濾波、雙向限幅和放大整形電路構成，其濾波電路由電阻R5、R6，電容C2、C3、C4組成，硝特基二極體D4、D5實現雙向限幅，其放大整形電路由兩片運算放大器AD811組成的兩極反相運算放大，放大器採用高頻高速運放。
3.根據權利要求1所述的轉速標準裝置，其特徵在於所述的調寬控制單元由兩組多諧振蕩器交聯組成，三極體T1、T2為一組，三極體T3、T4為一組，三極體T1、T2組包括電阻RL15、RL16、RL11、RL12、RL7、RL8、電容CL17、CL18組成標準多諧振蕩器；電容CL11、CL12為電源穩定電容，二極體DL1、電阻RL1、電容CL1、二極體DL2、電阻RL2、電容CL2、二極體DL3、電阻RL3、電容CL3、二極體DL4、電阻RL4、電容CL4為輸入觸發電路；三極體T3、T4組包括電阻RL17、RL18、RL9、RL10、RL13、RL14、電容CL9、CL10組成標準多諧振蕩器；電容CL13、CL14為電源穩定電容，二極體DL5、電阻RL5、電容CL5、二極體DL6、電阻RL6、電容CL6為輸入觸發電路；電阻RL1、RL3並聯後接三極體T3的集電極，電阻RL2、RL4並聯後接三極體T4的集電極，電容CL1、CL4、CL6三個觸發信號輸入端相聯，測速碼盤信號FN加載在此處；電容CL2、CL3、CL5三個觸發信號輸入端相聯，標準頻率信號FR加載在此處，電阻R26為上拉電阻。
4.根據權利要求1所述的轉速標準裝置，其特徵在於電機為稀土永磁直流無刷電機。
5.根據權利要求1所述的轉速標準裝置，其特徵在於主控箱(1)上設有RS485通訊接口。
6.根據權利要求1所述的轉速標準裝置，其特徵在於CPU採用內嵌式微機PC104/486模塊。
7.根據權利要求1所述的轉速標準裝置，其特徵在於電機換向驅動單元(100)為雙三相橋式驅動或者三相半波驅動。
8.根據權利要求1所述的轉速標準裝置，其特徵在於變速機構(4)設有四個輸出軸，其輸出轉速為2～30000r/min。
專利摘要本實用新型公開了一種用來校驗轉速儀表或轉速傳感器的轉速標準裝置，該裝置由主控箱和電機平臺組件構成。信號調理單元採集電機碼盤轉速信號並輸出調理後的轉速信號F
文檔編號G01P21/00GK2743837SQ20042000917
公開日2005年11月30日 申請日期2004年7月9日 優先權日2004年7月9日
發明者馮惠恆 申請人:馮惠恆