Пороговые устройства

Пороговые устройства применяют в системах технической диагностике для следующих целей: оценки выходных сигналов по принципу «меньше—больше» или «меньше—норма— больше», ограничения степени нагружения объекта диагностики в процессе диагностирования, например ограничение момента, прикладываемого к валу диагностируемого редуктора или давления в гидросистеме, определения момента остановки вра­щающегося объекта диагностики с целью измерения времени замедления, а также для регулиро­вания режима работы объекта диагностики во время диагностирования, например, по температуре или по скорости, и формирования импульсных сигналов в аналоговых схе­мах систем технической диагностики.

Пороговые устройства включают непосредственно на выходе первичных или промежуточных преобразователей. Основу аналогового порогового устрой­ства составляет сравнивающий элемент, на который подаются измеряемый и опорный сигналы. Изменением величины опорного сигнала можно регулировать порог срабатывания сравнивающего элемента. Если уровень измеряемого сиг­нала превышает уровень опорного, то на выходе сравнивающего устройства по­является сигнал.

Основными параметрами, определяющими качество и области применения пороговых устройств, является близость уровней срабатывания и отпускания (коэффициент возврата или гистерезис)

где U _от, U ср - значения сигналов, при которых происходит отпускание и срабатываение сравнивающего устройства.

Релейные пороговые устройства. Пороговые устройства выпол­няют из разных элементов. Простейшим пороговым устройством является одно-обмоточное реле, в котором функции опорного сигнала осуществляет натяжение возвратной пружины. Недостатком такого устройства являются низкая ста­бильность порога срабатывания и малое значение коэффициента возврата (обычно К_в < 0,85).

Рис. 4.32 Схемы пороговых устройств

Более совершенной является схема по­рогового устройства на двухобмоточном по­ляризованном реле (рис. 4.32, а). Переклю­чение якоря реле происходит после того, как ампер-витки обмотки, на которую подан измеряемый сигнал U_BX, станут больше ам­пер-витков второй обмотки, к которой под­ключено опорное напряжение Uо. Коэффи­циент возврата такого порогового устрой­ства определяется допустимой мощностью рассеяния на обмотках. С использованием реле типов РП-4, РП-5 и РП-7 коэффициент возврата может достигать 0,95... 0,99. Иными словами, неопределенность оценки уровня измеряемого сигнала с таким устройством может быть около 1 %.

Быстродействие порогового устройства на поляризованном реле опреде­ляется собственной частотой механической части и индуктивностью обмотки, на которую подается U_BX.

Наиболее просты по схемам диодные пороговые устройства (рис. 4.32, б). В исходном состоянии, при U_BX< U_o, диод заперт опорным напряжением. При Ubx > Uo диод открывается и на сопротивлении нагрузки появляется напряже­ние. Нарастание выходного напряжения в схеме после достижения порога сра­батывания следует за увеличением входного напряжения, т. е. момент сравне­ния фиксируется нечетко. Поэтому диодные пороговые устройства эффективны при входных сигналах с крутым передним фронтом.

Скачкообразное изменение выходного сигнала при очень высоком быстро­действии обеспечивают схемы на базе усилителей с положительными обратными связями. В диодно-регенеративной схеме (рис. 4.32, в) на резистор R1 подается входное напряжение U_BX, а на резистор R2 — опорное U ₀. Если U_BX < U_o то динамическое сопротивление диода VI меньше, чем диода V2, и в схеме дей­ствует отрицательная обратная связь, поэтому блокинг-генератор на транзи­сторе V3 находится в заторможенном состоянии. При U_BX = U_o блокинг-гене­ратор возбуждается, и на выходной обмотке трансформатора появляется гене­рируемый блокинг-генератором сигнал. Порог чувствительности подобной схемы несколько милливольт. Момент срабатывания определяется первым из серии импульсов, генерируемых блокинг-генератором. Для исключения ложных сра­батываний от единичных импульсов и помех на выходе такого порогового устрой­ства включают интегрирующую схему.

Пороговые устройства на триггерах Шмитта, (триггеры с эмиттерной связью), широко используют в качестве порогового элемента в системах технической диагностики для селекции напряжения по ампли­туде, формирования импульсов и восстановле­ния искаженных импульсов прямоугольной формы. Триггер Шмитта (рис.4.33, а) представляет собой двухкаскадный усилитель постоянного тока с положительной обратной связью, осуществляемой через резистор R5, связывающий эмиттеры обоих транзисторов V2 и V3.

,

.

Рис. 4.33 Пороговые устройства на триггерах Шмитта

а) с одним входом; б) - с двумя входами

При отсутствии входного напряжения ток питания, протекая через рези­сторы R2, R4 и R7, создает на базе транзистора V3 положительный потенциал, обеспечивающий открытое состояние этого транзистора и его насыщение.

Номиналы резисторов R3, R5, R6 и R8 подобраны так, что эмиттерный ток транзистора V3 создает на резисторе R6 падение напряжения, запирающее тран­зистор V2. В таком состоянии триггер будет находиться до тех пор, пока напря­жение на базе транзистора V2 по отношению к его эмиттеру будет отрицатель­ным. При подаче на вход триггера напряжения, превышающего по величине па­дение напряжение на резисторе R6, транзистор V2 откроется, напряжение на его коллекторе понизится, вследствие этого уменьшится и напряжение на базе транзистора V3, что, в свою очередь, вызовет выход его из режима насыщения. Далее процесс протекает лавинообразно, поскольку уменьшение тока в цепи эмиттера транзистора V3 снижает напряжение на резисторе R6, способствуя ускорению открытия транзистора V2. В результате транзистор V3 запирается, a V2 переходит в режим насыщения. Это сопровождается скачкообразным изме­нением напряжения на выходе триггера. При уменьшении напряжения на входе происходит обратный процесс и схема возвращается вновь в исходное состояние.

С помощью резистора R1 можно регулировать порог срабатывания триггера.

Конденсатор С1, шунтирующий резистор R4, служит для повышения коэф­фициента передачи при поступлении на вход триггера импульса с крутым перед­ним фронтом.

С помощью резисторов R5 и R8 ослабляется обратная связь между транзи­сторами V2 и V3 по сравнению со схемой, в которой эмиттеры обоих транзисторов соединены непосредственно, этим достигается снижение гистерезиса порогового устройства до 3... 5%.

Для стабилизации порога срабатывания триггера Шмитта по температуре на его входе устанавливают термозависимую цепь из диода VI и резистора R3. При повышении температуры сопротивление диода уменьшается, шунтируя вход триггера.

Триггер в схеме, показанной на рис. 62, б, имеет второй вход через эмиттерный повторитель V3. Варьируя напряжением на втором входе, можно управ­лять порогом срабатывания триггера, так как изменения напряжения на базе V3 в известных пределах пропорциональны падению напряжения на резисторе включенном в цепь эмиттера VI.

Серийно выпускают интегральные микросхемы, включающие элементы триггера Шмитта, например К1ТШ181, К.1ТШ191, К1ТШ221.

В системах технической диагностики на базе цифровой техники применяют дискретные пороговые устройства, которые требуют промежуточного преобразования напряжения в коде помощью аналого-цифровых преобразователей. Порог срабатывания можно изменять введением на соответствующий вход устройства кода порога срабатывания.

Дата добавления: 2014-01-15