專利名稱：多功能數(shù)控標準轉(zhuǎn)速計量檢定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及標準的旋轉(zhuǎn)速度和加速度計量檢定裝置的設(shè)計制造及各種轉(zhuǎn)速計量儀表(包括轉(zhuǎn)速表、旋轉(zhuǎn)加速度計、車速里程表和里程計價表等)的計量檢定技術(shù)領(lǐng)域。
對各種轉(zhuǎn)速計量儀表進行檢定，需要采用具有相應功能、量程和精度的標準裝置。例如檢定轉(zhuǎn)速表的標準轉(zhuǎn)速裝置，具有調(diào)速穩(wěn)速功能，其轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速應能在1～105r/min上下的量程內(nèi)定點或連續(xù)可調(diào)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度和準確度達±5×10-3～2×10-5;檢定旋轉(zhuǎn)加速度計的標準旋轉(zhuǎn)加速度裝置，具有按勻加速度和勻減速度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的功能，其最高轉(zhuǎn)速為幾百至幾萬r/min，旋轉(zhuǎn)加速度在1～104r/min2量程內(nèi)定點或連續(xù)可調(diào)，旋轉(zhuǎn)加速度的準確度達±1×10-2～1×10-4;檢定車速里程表和里程計價表有通用的標準轉(zhuǎn)速裝置、專用的檢定裝置及載車拖動車輪旋轉(zhuǎn)的檢定裝置，要求的轉(zhuǎn)速范圍為幾十至幾千r/min，轉(zhuǎn)速的準確度和穩(wěn)定度為±1～5×10-3，具有累計轉(zhuǎn)數(shù)或定時控制功能。對于電子式轉(zhuǎn)速計量儀表的檢定，還要求標準裝置或配套的儀表具有測量轉(zhuǎn)速、頻率及輸出頻標信號等功能，使之能對被檢定儀表的頻率源和轉(zhuǎn)速傳感器等的性能作綜合性檢定測試。所有這些裝置都要采用電機拖動。因此，測速技術(shù)、電機拖動和調(diào)速技術(shù)就成為設(shè)計制造裝置的關(guān)鍵。由于轉(zhuǎn)速測量和電機的調(diào)速穩(wěn)速技術(shù)應用廣泛，歷史較長，基礎(chǔ)較好，為標準轉(zhuǎn)速裝置的發(fā)展提供了有利條件。蘇、美、英、瑞士等國家，自五十年代以來，進行了許多研究工作。其中，全蘇計量科學研究院進行了廣泛持久的研究工作，試制并建立了多種標準轉(zhuǎn)速裝置。七十年代中期以來，中國計量科學研究院、天津電氣傳動研究所、湖北省計量局、人民解放軍空軍第一研究所等單位，先后合作或單獨研制了3種類型的標準轉(zhuǎn)速裝置。已有的各種標準轉(zhuǎn)速裝置。先后采用了以工頻電源驅(qū)動的交流感應電動機和機械式摩擦調(diào)速盤;以音叉振蕩器開環(huán)控制的微型同步電機;以標準點頻率的電脈沖開環(huán)控制的二相滯后同步電機;以直流調(diào)速電機驅(qū)動、標準點頻率開環(huán)控制的同步穩(wěn)速器;以閉環(huán)控制、標準點頻率調(diào)速和差頻穩(wěn)速的直流電機;以閉環(huán)控制、標準點頻率調(diào)速和數(shù)字鎖相穩(wěn)速的無刷直流電機。這些裝置僅能配套單個拖動電機。電機直接拖動被檢表的裝置轉(zhuǎn)速為200～5000r/min;由電機經(jīng)過齒輪變速箱擴展轉(zhuǎn)速后間接拖動被檢儀表的裝置，轉(zhuǎn)速量程最大為1～150000r/min。它們的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度和準確度自±5×10-3～2×10-5。電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)細分度(間隔)最小為2r/min。準確度較低的裝置，如瑞士JAQUET700型和上轉(zhuǎn)BZ-4型，采用離心式標準轉(zhuǎn)速表指示標準轉(zhuǎn)速值。精度較高的裝置，采用頻閃測速儀或電子計數(shù)式測速儀，或兩種相結(jié)合。這些裝置既不能以可調(diào)的旋轉(zhuǎn)加速度升降轉(zhuǎn)速，也不能定速定時控制。其中準確度較高的寬量程標準轉(zhuǎn)速裝置，結(jié)構(gòu)復雜，由多臺儀器設(shè)備組合而成，投資較大，不易推廣普及，基本停留在科研樣機或單臺生產(chǎn)階段，未能進行批量生產(chǎn)。與標準轉(zhuǎn)速裝置相比，標準旋轉(zhuǎn)加速度裝置的研究發(fā)展較為緩慢。尤其是高速寬量程旋轉(zhuǎn)加速度裝置種類更少，水平更低。在我國，旋轉(zhuǎn)加速度的計量標準尚未建立，是一個空白的研究領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的就是要提供一類新型的多功能數(shù)控標準轉(zhuǎn)速計量檢定裝置，它克服了以往的高準確度標準轉(zhuǎn)速裝置功能單一、結(jié)構(gòu)復雜，加工調(diào)試困難、制造成本較高等缺點，具有三種運轉(zhuǎn)控制功能，在很寬的量程內(nèi)以很小的間隔(近似連續(xù)地)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、以勻加速或勻減速方式升降轉(zhuǎn)速、穩(wěn)速運轉(zhuǎn)和定速定時運轉(zhuǎn)，可作檢定各種轉(zhuǎn)速計量儀表的標準裝置。它的主機還兼有測頻、測周、測速和計時等功能，可以進行量值傳遞過程中多種綜合性檢定測試。它的結(jié)構(gòu)較簡單緊湊，加工調(diào)試方便，易于開發(fā)系列化產(chǎn)品，且造價較低，適合于普及推廣。
本發(fā)明技術(shù)解決方案是它以步進電機作裝置的主拖動電機。用特殊設(shè)計的數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)按開環(huán)方式控制步進電機的旋轉(zhuǎn)。在數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)以連續(xù)的掃描變頻方式輸出頻率并線性地連續(xù)升高或降低調(diào)速脈沖時，步進電機作勻加速或勻減速旋轉(zhuǎn);在調(diào)速脈沖的頻率鎖定時，步進電機作連續(xù)的穩(wěn)速旋轉(zhuǎn);在對調(diào)速脈沖作定時控制時，步進電機作定速定時運轉(zhuǎn)。由于步進電機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角位移量與調(diào)速脈沖數(shù)量和頻率成嚴格的正比關(guān)系，且其轉(zhuǎn)角位置具有獨特的“自鎖”功能，在額定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)速度和加速度不受干擾力矩的影響。采用頻率的準確度和穩(wěn)定度達10-5～10-7的標準頻率源向數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)提供單一頻率的電脈沖，通過數(shù)控掃描變頻、鎖定及定時控制，輸出頻率與給定的旋轉(zhuǎn)速度和加速度相當?shù)恼{(diào)速電脈沖，就可以開環(huán)方式控制步進電機的旋轉(zhuǎn)速度和加速度達到10-4～10-6的準確度，從而由標準頻率值直接復現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度和加速度兩種量值。這種裝置既保持了開環(huán)控制系統(tǒng)的簡單性，同時又具有閉環(huán)控制系統(tǒng)的可靠性。特別是它可以用輸出線性掃描的調(diào)速脈沖這種簡單可靠的方法控制步進電機作勻加速度或勻減速度旋轉(zhuǎn)，是其它類型的拖動電機難以實現(xiàn)的。本裝置在結(jié)構(gòu)方面采用了功能單元積木化組合設(shè)計的方案。它的主機包括標準頻率源、數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)及具有測頻、測周、測速和計時等功能的計數(shù)測量顯示系統(tǒng)。它可配套能以同一主機控制，并由同一驅(qū)動電源供電的二種或更多規(guī)格的步進電機。其中一種是最高轉(zhuǎn)速近20000r/min的高速步進電機，它可以直接拖動被檢定的各種轉(zhuǎn)速儀表，在10000r/min以內(nèi)作接觸式儀表的檢定，在20000r/min以內(nèi)作非接觸式儀表的檢定，它尤其適用于現(xiàn)場流動檢定和對車裝的車速里程表及里程計價表作原位檢定;其中另一種是大力矩中速步進電機，力矩為40～80kg·cm、轉(zhuǎn)速1000r/min以上，由它拖動齒輪變速箱擴展轉(zhuǎn)速，自幾十至幾萬r/min，甚至更高的范圍，再由各齒輪軸拖動相應量程的各種轉(zhuǎn)速計量儀表進行檢定測試。
下面結(jié)合附圖詳細描述。


圖1是本發(fā)明裝置的總體結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2是本裝置中的數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)方框圖。
圖3、圖4是兩種類型數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖5是數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)中的運轉(zhuǎn)控制器電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖6是數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)加速度控制器電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖7是數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)中的定時控制器電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖8是數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)中的車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器電路結(jié)構(gòu)原理圖。
如圖1所示，本發(fā)明裝置由標準頻率源1、數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2、計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3、驅(qū)動電源4、步進電機5和齒輪變速箱6組成。標準頻率源1的標稱頻率fo可為0.1、1、2、4或10MHz，頻率的準確度和穩(wěn)定度應比裝置的轉(zhuǎn)速準確度和穩(wěn)定度高10倍以上。如后者為10-4～10-6，則前者應為10-5～10-7。標準頻率源1分別向數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2和計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3提供單一的標準頻率fo的電脈沖。數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2按給定的旋轉(zhuǎn)加速度Ng，把單一的標準頻率fo的電脈沖轉(zhuǎn)換成為以掃頻方式連續(xù)升高或降低頻率的調(diào)速電脈沖，并在給定的旋轉(zhuǎn)速度N相當?shù)念l率上鎖定。又可按被檢定的車速里程表和里程計價表的車速與轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)給定值，在被檢定的車速示值所對應的轉(zhuǎn)速Nz相當?shù)念l率上鎖定，并對調(diào)速電脈沖自開始輸出、頻率的上升、鎖定和下降至0，作定時控制。數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2分別以這樣三種方式輸出的調(diào)速電脈沖fn供給驅(qū)動電源4，通過驅(qū)動電源4中的脈沖分配器控制其對步進電機5各相繞組的供電分配次序及變換速度，從而使步進電機5的轉(zhuǎn)子以給定的旋轉(zhuǎn)加速度Ng升降速至給定旋轉(zhuǎn)速度N穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，或在定時控制時間內(nèi)以給定車速相當?shù)男D(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)。由步進電機5的轉(zhuǎn)子軸伸直接地或經(jīng)齒輪變速箱6間接地拖動被檢定的各種轉(zhuǎn)速計量儀表8，以相應的速度和時間旋轉(zhuǎn)。步進電機5和驅(qū)動電源4均在已有系列化產(chǎn)品中選擇配套。齒輪變速箱6采用傳統(tǒng)的標準轉(zhuǎn)速裝置所配套的那些類型的齒輪變速箱的設(shè)計方案和制造工藝。計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3采用了通用的電子計數(shù)器的基本模式，進一步擴展了功能。它測量頻率的計數(shù)采樣時間有0.1、1、10、60和100S。測量周期的倍乘率有1、10、102、103、104、105。它的輸入脈沖整形放大器具有較高的靈敏度和波形適應能力。這就可使該系統(tǒng)不僅能作通常的頻率和周期的測量，還可配套多種傳感器作轉(zhuǎn)速測量，或?qū)Ρ粰z定的電子式轉(zhuǎn)速儀表的傳感器性能進行測試。計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3不僅可測量這些參數(shù)或儀表8，還具有計時功能，既可作為電子計時器，還勺魑氐魎儐低 的定時控制器的組成部分。此外，該系統(tǒng)還可通過測量數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2的數(shù)控掃描變頻調(diào)速器輸出電脈沖頻率的方法，輔助顯示齒輪變速箱各轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。此時，測頻計數(shù)的采樣時間應按此頻率與相應轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系來確定。裝置的標準頻率源1、數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2和計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3等功能單元，按積木化組合設(shè)計成既可整體使用的主機，又可分解使用的獨立部件。
如圖2所示的數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2，是本發(fā)明裝置的核心部分。它由數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9、運轉(zhuǎn)控制器10、旋轉(zhuǎn)加速度控制器11、定時控制器12、車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13等部分組成。數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9是該系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)。它以數(shù)控掃描方式進行連續(xù)的頻率變換，它在運轉(zhuǎn)控制器10和旋轉(zhuǎn)加速度控制器11的聯(lián)動控制下，把標準頻率源1輸入的單一標準頻率fo的電脈沖變換成頻率的升降速率與給定的旋轉(zhuǎn)加速度值相當?shù)恼{(diào)速脈沖fn，并在給定的旋轉(zhuǎn)速度值相當頻率時鎖定。在定時控制器12的配合控制下，精確地控制調(diào)速電脈沖的輸出、升頻、鎖頻、降頻、直至終止的時間。為了在檢定車速里程表和里程計價表時，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9直接給定車速值，無須按車速值計算給定的轉(zhuǎn)速值。此時，由車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13先對標準頻率源1輸出電脈沖的頻率fo作相應的比例分頻后，輸出頻率與車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)相當?shù)碾娒}沖，再輸入數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9。數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2既可采用全部數(shù)字邏輯器件和開關(guān)構(gòu)成的電路，也可采用微機控制及數(shù)字邏輯電路。圖3和圖4提供了兩種性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、裝配調(diào)試和使用維護方便的、全部由數(shù)字邏輯器件和開關(guān)構(gòu)成的數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2的電路結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3所提供的數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2，是由運轉(zhuǎn)控制器10、旋轉(zhuǎn)加速度控制器11、定時控制器12、車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13，以及由其余部分組成的數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9等5個單元構(gòu)成。數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9是1-1至1-n的n位加模式級聯(lián)的BCD系數(shù)乘法器、2-1至2-n的n位級聯(lián)的BCD可逆計數(shù)器、3-1至3-n的n位級聯(lián)的數(shù)據(jù)比較器、K1至Kn的n個BCD碼撥盤開關(guān)，以及比例分頻器14等部分組成。其中的n位的數(shù)值，是把裝置所用的步進電機5的實際上限轉(zhuǎn)速N上及調(diào)速細分度ΔN兩項技術(shù)參數(shù)的小數(shù)點前和后的位數(shù)相加的數(shù)值。如果N上＝10000r/min，則可減1后計位數(shù)，即作為9999的4位計算。若ΔN＝0.01r/min，則n＝4+2＝6，其余類推。比例分頻器14的分頻系數(shù)N分的數(shù)值，先由標準頻率fo和n的位數(shù)，求得由Kn編碼控制的系數(shù)乘法器1-n輸出脈沖的頻率最小調(diào)節(jié)量Δf＝fo·10-n，再由ΔN、Δf及步進電機步距角及調(diào)速脈沖的當量頻率Fk計算N分N分＝ (Δf)/(ΔN·FK)式中的調(diào)速脈沖的當量頻率Fk＝ (360°)/(步距角×60°)圖3所提供的數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2的電路工作原理是這樣的在控制步進電機按旋轉(zhuǎn)加速度控制器11給定的旋轉(zhuǎn)加速度Ng升速或降速，并在數(shù)控掃描變頻調(diào)速器的BCD編碼撥盤開關(guān)K1至Kn(此時通過開關(guān)Kb選通N接高電平VDD)給定的旋轉(zhuǎn)速度N穩(wěn)速運轉(zhuǎn)時，標準頻率源1的標準頻率fo電脈沖，通過開關(guān)Kc的選通N，直接輸入系數(shù)乘法器1-1至1-n的時鐘脈沖輸入端。n位加模式級聯(lián)的系數(shù)乘法器1-1至1-n以乘小于1的系數(shù)方式，對頻率為fo的電脈沖作分頻。如fo＝1MHz，系數(shù)為0.99999時，1-n輸出的電脈沖頻率為999.99KHz;系數(shù)為0.00001時，1-n輸出的電脈沖頻率為10Hz。系數(shù)由可逆數(shù)器2-1至2-n輸入1-1至1-n的BCD代碼編程控制。可逆計數(shù)器2-1至2-n以加法或減法方式對輸入2-n的CP+或CP-端的頻率準確穩(wěn)定的CP脈沖進行計數(shù)，它們就能以線性掃描的方式輸出連續(xù)變化的BCD代碼，對1-1至1-n進行編程控制，使1-n輸出脈沖的頻率線性地上升或下降?？赡嬗嫈?shù)器2-1至2-n所輸出的BCD代碼，同時輸入數(shù)據(jù)比較器3-1至3-n的數(shù)據(jù)比較端B，與由BCD編碼撥盤開關(guān)K1至Kn輸入數(shù)據(jù)比較端A、相當于給定旋轉(zhuǎn)速度的代碼作比較，當A＞B時，3-1的A＞B端為高電平、A＝B端為低電平，通過運轉(zhuǎn)控制器10控制由旋轉(zhuǎn)加速度控制器11輸出的CP脈沖進入2-n的CP+端，作加法計數(shù)。當數(shù)據(jù)比較端A＝B時，3-1的A＝B端為高電平，阻止CP脈沖通過運轉(zhuǎn)控制器，可逆計數(shù)器停止計數(shù)，輸出BCD代碼不變、1-n輸出脈沖的頻率被鎖定。當數(shù)據(jù)比較端A＜B時，3-1的A＝B端為低電平，A＞B端為低電平，通過俗刂破 0控制CP脈沖進入2-n的CP-端，可逆計數(shù)器作減法計數(shù)，使系數(shù)乘法器的編程系數(shù)逐漸減小，1-n所輸出的電脈沖頻率線性地下降。旋轉(zhuǎn)加速度控制器11所輸出的CP脈沖的頻率是連續(xù)可調(diào)且與給定的旋轉(zhuǎn)加速度Ng是嚴格相當?shù)?。運轉(zhuǎn)控制器10的開關(guān)Ka，控制CP脈沖的通斷和可逆計數(shù)器的清零復位。Ka接低電平，CP脈沖不能通過，可逆計數(shù)器被清零，編程系數(shù)為0，系數(shù)乘法器1-n無脈沖輸出，步進電機在停止轉(zhuǎn)動狀態(tài)。在Ka接高電平后，則由給定的旋轉(zhuǎn)速度和加速度代碼，按上述方式控制1-n輸出脈沖的頻率的升降或鎖定，經(jīng)比例分頻器14分頻后，輸出調(diào)速脈沖fn，通過驅(qū)動電源4去控制步進電機5按要求的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)。在升速或降速運轉(zhuǎn)時，裝置用于檢定旋轉(zhuǎn)加速度計。在穩(wěn)速運轉(zhuǎn)時，裝置用于檢定轉(zhuǎn)速表。當裝置用于檢定車速里程表和里程計價表時，還需由定時控制器12和車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13配套控制。此時標準頻率源1輸出的電脈沖經(jīng)開關(guān)Kc選通D，經(jīng)車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13進行比例分頻后產(chǎn)生的電脈沖，輸入系數(shù)乘法器1-1至1-n的時鐘脈沖輸入端。同時，開關(guān)Kb接通D端，撥盤開關(guān)K1至Kn置入數(shù)據(jù)比較端A的代碼有無，受定時控制器12的VD端的電平控制。在啟動升速時，定時控制器VD端為高電平，K1至Kn代表車速值的BCD代碼被置入數(shù)據(jù)比較輸入端A，數(shù)據(jù)比較器3-1的A＝B端為低電平，A＞B端為高電平。通過運轉(zhuǎn)控制器10控制CP脈沖進入可逆計數(shù)器2-n的CP+端，作加法計數(shù)，使數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出調(diào)速脈沖，控制步進電機升速運轉(zhuǎn)。當2-1至2-n輸出BCD代碼與K1至Kn置入數(shù)據(jù)比較器3-1至3-n的代碼相等時，3-1的A＝B端為高電平，阻止CP脈沖通過，計數(shù)停止，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出脈沖的頻率被鎖定，控制步進電機的轉(zhuǎn)速升至與給定車速里程表的車速值相當?shù)霓D(zhuǎn)速后穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，此時，可根據(jù)車速里程表的車速示值相對給定標準車速值的誤差，進行車速表部分的檢定。當達到給定的終點時，定時控制器的VD端變?yōu)榈碗娖?，使K1至Kn的BCD代碼全為0。此時，兩個數(shù)據(jù)比較端A＜B，3-1的A＝B端和A＞B端都變?yōu)榈碗娖?，通過運轉(zhuǎn)控制器10控制CP脈沖進入2-n的CP-端，進行減法計數(shù)，使1-n輸出脈沖的頻率下降，步進電機減速。當減法計數(shù)到2-1至2-n輸出BCD代碼全為0時，3-1的A＝B端變?yōu)楦唠娖?，通過運轉(zhuǎn)控制器10阻止CP脈沖進入2-n，可逆計數(shù)器停止計數(shù)，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9無脈沖輸出，步進電機5停止轉(zhuǎn)動。從啟動升速到停止轉(zhuǎn)動的全過程中，步進電機5累計旋轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)精確地等于標準累計里程所相當?shù)目傓D(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)給定車速和定時控制的時間，即可確定被檢車速里程表和里程計價表的累計里程示值的誤差。
如圖4所示的另一種數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)的電路與圖3所示電路相比，它采用了鎖相環(huán)15(如CD4046或5G4046)與n位可編程BCD分頻器4-1至4-n構(gòu)成的頻率合成器，代替了圖3中的n位加模式級聯(lián)的BCD系數(shù)乘法器，進行連續(xù)的頻率變換。鎖相環(huán)15的標準頻率輸入端聯(lián)接分頻器16的輸出端。在檢定轉(zhuǎn)速表和旋轉(zhuǎn)加速度計時，輸入由標準頻率源1輸出的電脈沖fo，經(jīng)過分頻器16分頻后產(chǎn)生低頻脈沖(f＝10HZ)。在檢定車速里程表和里程計價表時，標準頻率源1輸出電脈沖fo通過車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13分頻后，再經(jīng)分頻器16作比例分頻。通過開關(guān)Kc分別選通“N”和“D”，進行功能選擇。n位可編程BCD分頻器4-1至4-n串聯(lián)在鎖相環(huán)的壓控振蕩器與相位比較器之間。它們的編程代碼仍采用BCD可逆計數(shù)器2-1至2-n所輸出的代碼，按線性掃描方式進行編程控制，4-1至4-n的分頻系數(shù)可以在÷1至÷n位9之間，由轉(zhuǎn)速給定撥盤開關(guān)K1至Kn的BCD代碼控制，若n＝5，即為÷1至÷99999。若低頻信號的頻率f＝10Hz，鎖相環(huán)15的壓控振蕩器的輸出端可以在1至99999×10HZ范圍內(nèi)獲得間隔為10HZ的連續(xù)可調(diào)頻率的電脈沖。此電脈沖再經(jīng)比例分頻器14的比例分頻后，即可獲得所需的調(diào)速電脈沖fn，輸給驅(qū)動電源。除上述區(qū)別外，圖3所示的兩種電路均相同。關(guān)于它們的結(jié)構(gòu)和工作原理，已結(jié)合圖3作了介紹，在此不再重復。
圖5提供了一種數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2中的運轉(zhuǎn)控制器10的具體電路。它由M1至M10共10個雙輸入端與非門及開關(guān)Ka組成。開關(guān)Ka即是圖3和圖4中的Ka，手動控制CP脈沖的通斷和可逆計數(shù)器的清零復位。當Ka在“T”的位置，與非門M1的2個輸入端接低電平，其輸出端為高電平，使可逆計數(shù)器2-1至2-n的清零端R全部為高電平而被復位置零;同時經(jīng)與非門M2反相輸出低電平，使與非門M4的一個輸入端變?yōu)榈碗娖蕉柚馆斎肓硪粋€輸入端的CP脈沖通過M4。此時，數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2無調(diào)速電脈沖供給驅(qū)動電源，步進電機不轉(zhuǎn)動。當開關(guān)Ka接在“Z”檔，與非門M1的兩個輸入端全為高電平，輸出端為低電平，使可逆計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)，并讓由旋轉(zhuǎn)加速度控制器11輸入的CP脈沖通過與非門M4。此時數(shù)據(jù)比較器3-1的A＞B端輸出高電平，A＝B端輸出低電平，使CP脈沖通過與非門M5、M6、M7及M9后，進入可逆計數(shù)器2-n的CP+端，作加法計數(shù)。當計數(shù)至2-1至2-n所輸出的BCD代碼與撥盤開關(guān)K1至Kn置入數(shù)據(jù)比較器3-1至3-n的代碼相等時，3-1的A＝B輸出端為高電平，通過與非門M5反相輸出的低電平關(guān)閉M6，阻止CP脈沖通過，計數(shù)停止。當升高撥盤開關(guān)K1至Kn置入數(shù)據(jù)比較端A的代碼，使A＞B，3-1的A＞B端輸出高電平，A＝B端輸出低電平，再次允許CP脈沖通過M6、M7和M9，并進入3-n的CP+端作加法計數(shù);當降低K1至Kn置入3-1至3-n的A端代碼，使A＜B時，3-1的A＞B端輸出低電平，A＝B端為低電平，則允許CP脈沖通過M6、M7和M10，并進入3-n的CP-端，作減法計數(shù)，直至數(shù)據(jù)比較端A＝B，阻止CP脈沖通過M6，使可逆計數(shù)器停止計數(shù)。在開關(guān)Ka接“Z”檔時，與非門M1輸出的低電平經(jīng)M2反相后，輸出高電平使M3導通，時標信號脈沖CPt就能通過，輸入定時控制器的CPt端，并由開關(guān)Ka同時控制定時控制器12進行同步計時控制。
圖6是數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)加速度控制器11的電路結(jié)構(gòu)原理圖，它是由n位BCD編碼撥盤開關(guān)Kg1至Kgn加模式級聯(lián)的BCD系數(shù)乘法器5-1至5-n和比例分頻器17組成。撥盤開關(guān)Kg1至Kgn指示旋轉(zhuǎn)加速度數(shù)值，并向系數(shù)乘法器5-1至5-n輸入BCD編碼，控制其分頻系數(shù)。它把標準頻率源1輸入的單一標準頻率fo的電脈沖進行連續(xù)可調(diào)的十進制分頻和比例分頻后，輸出頻率fCP與被控制的步進電機旋轉(zhuǎn)加速度Ng相當?shù)腃P脈沖。fCP與被控制的步進電機旋轉(zhuǎn)加速度Ng及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)細分度ΔN的定量關(guān)系如下式所示fCP= (Ng)/(△N) ÷60如Ng＝6000r/min2，ΔN＝0.01r/min，則fCP＝10000HZ。撥盤開關(guān)和系數(shù)乘法器的位數(shù)n的值，根據(jù)裝置所確定的步進電機旋轉(zhuǎn)加速度的上限值Ng上和最小調(diào)節(jié)量ΔNg決定。如果Ng上＝9999.9r/min2，ΔNg＝0.1r/min2，則n＝5，然后計算出CP脈沖的最小調(diào)節(jié)量ΔfCP△fCP= (△Ng)/(△N) ÷60根據(jù)第n位系數(shù)乘法器5-n輸出電脈沖的最小調(diào)節(jié)量Δf＝fo·10-n，即可計算出比例分頻器17的分頻系數(shù)N分N分＝ (Δf)/(ΔFCP)按上述假設(shè)的ΔNg＝0.1r/min2，ΔN＝0.01r/min，n＝5，fo＝1MHz，則分頻系數(shù)N分＝60。
圖7是數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)中的定時控制器12的電路結(jié)構(gòu)原理圖。它由n位BCD編碼撥盤開關(guān)Kt1至Ktn級聯(lián)的數(shù)據(jù)比較器6-1至6-n，2-10進制計數(shù)器7-1至7-n，與非門M11至M15等組成。在定時控制開始前，運轉(zhuǎn)控制器10的開關(guān)Ka接“T”的低電平，同時使與非門M11和M12的一個輸入端為低電平。M11輸出高電平使計數(shù)器7-1至7-n被“清零”。M12被“關(guān)閉”而使時標脈沖CPt不能通過。用撥盤開關(guān)Kt1至Ktn對數(shù)據(jù)比較器6-1至6-n的數(shù)據(jù)比較端A置入給定的控制時間BCD代碼。數(shù)據(jù)比較器6-1的A＝B端輸出低電平，經(jīng)與非門M14、M15反相后在VD端輸出高電平，通過開關(guān)Kb選通“D”使撥盤開關(guān)K1至Kn對數(shù)據(jù)比較器3-1至3-n的比較端A置入給定車速的BCD代碼。6-1的A＞B端輸出高電平，使與非門M13允許時標脈沖CPt通過。當定時控制開始時，運轉(zhuǎn)控制器10的開關(guān)Ka接“Z”端高電平，在數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9開始輸出調(diào)速脈沖，使步進電機旋轉(zhuǎn)，同時使與非門M11輸出低電平，與非門M12導通，允許時標脈沖CPt通過與非門M3、M13、M12，進入計數(shù)器7-1至7-n，立即進行同步計時。當?shù)竭_給定的控制時間時，計數(shù)器7-1至7-n輸入數(shù)據(jù)比較器6-1至6-n的比較端B的代碼與比較端A的代碼相等，6-1的A＝B端立即輸出高電平，經(jīng)與非門M14、M15反相后，使VD端為低電平，從而使撥盤開關(guān)K1至Kn對數(shù)據(jù)比較器3-1至3-n的比較端A所置入的代碼全變?yōu)?，使數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出調(diào)速脈沖的頻率逐漸下降至0，即使步進電機停止轉(zhuǎn)動。另外6-1的A＞B端輸出低電平，使與非門M13關(guān)閉，時鐘脈沖CPt不能通過。一次定時運轉(zhuǎn)控制結(jié)束后，運轉(zhuǎn)控制器10的開關(guān)Ka應轉(zhuǎn)接“T”檔，作好下一次的定時控制的準備。為了節(jié)省元器件，定時控制器12的計時計數(shù)器7-1至7-n亦可由計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3的計數(shù)電路替代，并能顯示計數(shù)時間的數(shù)值。此時，數(shù)字比較器6-1至6-n的比較端B的BCD代碼接線應與計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3的計數(shù)電路BCD代碼輸出端相聯(lián)。時標脈沖CPt則由計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3供給0.1S或0.01S的時標信號，經(jīng)運轉(zhuǎn)控制器10的與非門3輸入。
圖8是數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)中的車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13的電路結(jié)構(gòu)原理圖。它由BCD編碼撥盤開關(guān)KL1至KL4、4位加模式級聯(lián)的BCD系數(shù)乘法器8-1至8-4等組成。它把標準頻率源1所輸入的單一標準頻率的電脈沖按被檢定的車速里程表及里程計價表的車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)進行分頻后，經(jīng)開關(guān)Kc選通“D”后，輸入圖3的數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的系數(shù)乘法器1-1至1-n的時鐘脈沖輸入端或圖4的比例分頻器16。由于在定速定時運轉(zhuǎn)時加入了這一分頻器，撥盤開關(guān)K1-Kn就能直接指示與步進電機穩(wěn)定轉(zhuǎn)速相當?shù)能囁僦?但其小數(shù)點應向左前移1位)，因而能使檢定操作更為方便。因為各種機動車輛的車輪圓周長及軟軸傳動比有多種規(guī)格，配套的車速里程表及里程計價表每Km里程所對應的轉(zhuǎn)數(shù)S分為624、625、637、960、1000及1500等多種規(guī)格。把S的相應數(shù)值÷60，換算成與轉(zhuǎn)速單位(r/min)相對應的車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)L，由開關(guān)KL1至KL4置入相應代碼。例如S＝1000，L＝ 1000/60 ，L＝16.67，則可調(diào)節(jié)KL1指示1、KL2和KL3指示6、KL4指示7。這樣，由標準頻率源1所輸入的標準頻率電脈沖fo，經(jīng)過fo×0.1667的比例分頻后，輸入數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9，就能使K1-Kn給定的BCD代碼與檢定所需的車速值ZS直接對應，避免了逐個計算不同車速時相應轉(zhuǎn)速值的麻煩，使讀數(shù)直觀、操作更為方便。此時，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的開關(guān)K1-Kn所指示數(shù)值的小數(shù)點位置應比轉(zhuǎn)速值左移一位后，作為給定的車速值ZS。
與已有的高精度標準轉(zhuǎn)速計量檢定裝置相比，本發(fā)明裝置不僅在轉(zhuǎn)速的量程、準確度、穩(wěn)定度等方面達到了先進水平，而且具有多種測量和運轉(zhuǎn)控制功能，以及最小的調(diào)速細分度。特別是它除了能以很高穩(wěn)定度長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)外，還能以勻加速或勻減速方式和定時定速方式運轉(zhuǎn)，首先在一個計量檢定裝置上復現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度和加速度二種標準量值，對轉(zhuǎn)速表、旋轉(zhuǎn)加速度計、車速里程表和里程計價表等三類轉(zhuǎn)速計量儀表進行檢定。這是以往任何裝置未能實現(xiàn)的。在結(jié)構(gòu)方面，本裝置較為簡單緊湊，且可靈活地組合成整體或分解成可單獨使用的功能單元，比傳統(tǒng)的一機多用裝置有較大發(fā)展。其次，本裝置可以用一套控制系統(tǒng)和驅(qū)動電源，配套二種或更多規(guī)格步進電機，以適應多種轉(zhuǎn)速范圍、拖動力矩和被檢對象的要求，既可固定安裝于實驗室工作，又可攜帶至現(xiàn)場作原位檢定或流動場所工作，這也是以往的裝置不能兼有的。在生產(chǎn)和造價方面，本發(fā)明在保持上述優(yōu)點的同時，還具有易于開發(fā)系列化產(chǎn)品、易于加工制造和低價格、高效益等優(yōu)勢。已試制的轉(zhuǎn)速準確度優(yōu)于±2×10-5的標準轉(zhuǎn)速裝置，與以往的同等準確度的裝置相比，其成本和價格下降了5至10倍。此外，本發(fā)明的技術(shù)，還可推廣應用于對老設(shè)備的技術(shù)改造。
以下通過典型實施例，進一步地說明本發(fā)明是如何實施的。
標準頻率源1，采用標稱頻率為1MHz、頻率準確度±2×10-6、穩(wěn)定度5×10-7的溫度補償型石英晶體振蕩器。
步進電機5，選擇二種型號規(guī)格配套，即110BF003型反應式步進電機、步距角0.75°，最大靜轉(zhuǎn)矩80kg·cm，實用最高轉(zhuǎn)速1000r/min;75BF004型反應式步進電機，步距角1.5°，最大靜轉(zhuǎn)矩5kg·cm，實用最高轉(zhuǎn)速18000r/min。
驅(qū)動電源4，采用可與上述二種電機配套的BQH1-001型驅(qū)動電源，三相六拍方式供電驅(qū)動。
齒輪變速箱6，采用5個轉(zhuǎn)軸的齒輪變速箱，由110BF003型反應式步進電機拖動。升速拖動時，以第1軸為主軸;減速拖動時，以第5軸為主軸。各軸的傳動比i、轉(zhuǎn)速N及旋轉(zhuǎn)加速度Ng范圍、調(diào)速細分度ΔN設(shè)定如下升速拖動
減速拖動齒輪軸號12345i0.010.030.10.31N(r/min)1-103-3010-10030-300100-1000Ng(r/min2) 1-10 3-30 10-100 30-300 100-1000ΔN(r/min)0.00010.00030.0010.0030.01數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2，采用圖3提供的基本電路。其中數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的系數(shù)乘法器、可逆計數(shù)器及撥盤開關(guān)均為5位(即1-1至1-5、2-1至2-5、K1至K5)，比例分頻器14采用一級×0.8的BCD系數(shù)乘法器和二級÷10的分頻器構(gòu)成，具有÷125、÷25、÷12.5共三個分頻輸出端。在與110BF003步進電機配套時，采用÷125分頻輸出端，輸出調(diào)速脈沖最高頻率為7999.92HZ，控制轉(zhuǎn)速為999.99r/min，調(diào)速細分度為0.01r/min;在與75BF004型步進電機配套時，采用÷25和12.5二個分頻輸出端，輸出調(diào)速脈沖最高頻率分別為39999.6HZ和79999.2HZ，控制轉(zhuǎn)速分別為9999.9r/min和19999.8r/min，調(diào)速細分度分別為0.1和0.2r/min。運轉(zhuǎn)控制器10采用圖5所供線路。旋轉(zhuǎn)加速度控制器11采用圖6所供線路，其中的系數(shù)乘法器和撥盤開關(guān)均為5位，比例分頻器16的分頻系數(shù)N分＝600，對110BF003型步進電機的旋轉(zhuǎn)加速度調(diào)節(jié)范圍為0.01至999.99r/min2，對75BF004型步進電機為0.1至9999.9r/min2和0.2至19999.8r/min2。定時控制器12采用圖7提供的電路，其中2-10進制計數(shù)器、數(shù)據(jù)比較器和撥盤開關(guān)均為6位(n＝6)、計時時標為0.01S、最大計時容量為9999.99S。車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器采用圖8提供的電路。
計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3采用多功能的7位頻率計數(shù)器，其測頻范圍1Hz-1MHz，采樣時間為0.1、1、10、60、100S;測量周期的倍乘率為1、10、102、103、104、105;計時時標有1、0.1、0.01、0.001S;輸出頻標有1、10、100、1000KHz。當它用于輔助顯示齒輪箱各軸的轉(zhuǎn)速時，通過測量數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的系數(shù)乘法器1-5(n＝5)所輸出電脈沖的頻率，在1S的采樣時間內(nèi)計數(shù)顯示1、3、5軸的轉(zhuǎn)速;在3S的采樣時間內(nèi)計數(shù)顯示2、4軸的轉(zhuǎn)速。自第1軸至第5軸轉(zhuǎn)速的最小顯示值，在升速拖動時依次為0.001、0.001、0.01、0.01、0.1r/min;在減速拖動時依次為0.00001、0.00001、0.0001、0.0001、0.001r/min。各軸轉(zhuǎn)速顯示值按此最小顯示值確定小數(shù)點的位置。
檢定旋轉(zhuǎn)加速度計根據(jù)被檢定的旋轉(zhuǎn)加速度計的測量范圍，選擇若干個均勻分布的示值刻度作為檢定點。按檢定點的旋轉(zhuǎn)加速度刻度示值Ng1至Ngn，確定步進電機與齒輪變速箱聯(lián)接的主軸，對于Ng＜1000r/min2的檢定點，步進電機與第5軸相聯(lián)作減速拖動;對于Ng＞1000r/min2的檢定點，步進電機與第1軸相聯(lián)，作升速拖動。根據(jù)被檢定點刻度示值及齒輪變速箱各軸的旋轉(zhuǎn)加速度調(diào)節(jié)范圍，把被檢定的旋轉(zhuǎn)加速度計的轉(zhuǎn)軸或傳感器，按其規(guī)定的要求，與相應的齒輪軸聯(lián)接，并安裝穩(wěn)妥。在升速拖動時，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的K1-K5給定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在700.00r/min;在減速拖動時，K1-K5給定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在999.99r/min上限轉(zhuǎn)速。根據(jù)被檢旋轉(zhuǎn)加速度計檢定點刻度示值和所聯(lián)接的齒輪軸與主軸的傳動比，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)加速度控制器11的Kg1-Kg5給定的加速度值。例如刻度示值為1500r/min2，以第1軸為主軸升速拖動，被檢儀器與第2軸相聯(lián)，傳動比i＝3，Kg1-Kg5給定步進電機及齒輪變速箱主軸的旋轉(zhuǎn)加速度為500r/min2，第2軸的旋轉(zhuǎn)加速度則為3×500＝1500r/min2;刻度示值為3000r/min2，被檢儀器與第3軸相聯(lián)，傳動比i＝10，Kg1-Kg5給定第1軸旋轉(zhuǎn)加速度為300r/min2，第3軸的旋轉(zhuǎn)加速度為10×300＝3000r/min2，其余類推。又如刻度示值為900r/min2，以第5軸為主軸減速拖動，被檢儀器與第5軸相聯(lián)，傳動比i＝1，Kg1-Kg5給定第5軸旋轉(zhuǎn)加速度為900r/min2;刻度示值為8r/min2，被檢儀器與第1軸相聯(lián)，傳動比i＝0.01，Kg1-Kg5給定第5軸旋轉(zhuǎn)加速度為800r/min2，第1軸旋轉(zhuǎn)加速度為0.01×800＝8r/min2，其余類推。開始檢定時，調(diào)節(jié)Kb、Kc在“N”檔，并啟動裝置，將Ka由“T”轉(zhuǎn)向“Z”，此時，旋轉(zhuǎn)加速度控制器11輸出CP脈沖，經(jīng)運轉(zhuǎn)控制器10輸入可逆計數(shù)器2-5的CP+端，可逆計數(shù)器2-1至2-5作連續(xù)的加法計數(shù)，并輸出BCD代碼，進行數(shù)據(jù)比較和對系數(shù)乘法器1-1至1-5進行連續(xù)的掃描編程，使數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出連續(xù)掃頻速率與旋轉(zhuǎn)加速度控制器11的CP脈沖頻率相當?shù)木€性升頻的調(diào)速電脈沖fn，通過驅(qū)動電源4控制步進電機5，并拖動齒輪變速箱6各軸，以相應的旋轉(zhuǎn)加速度線性升速，直至可逆計數(shù)器2-1至2-5輸入數(shù)據(jù)比較器3-1至3-5的數(shù)據(jù)比較端B的BCD代碼與由K1-K5輸入數(shù)據(jù)比較端A的BCD代碼相等，數(shù)據(jù)比較器3-1的A＝B端由低電平變成高電平，A＞B端由高電平變?yōu)榈碗娖?，通過運轉(zhuǎn)控制器10，阻止CP脈沖通過，可逆計數(shù)器停止計數(shù)，輸出BCD代碼不變，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出調(diào)速脈沖fn的頻率被鎖定，步進電機及齒輪變速箱各軸在其上限轉(zhuǎn)速作穩(wěn)速運轉(zhuǎn)。從啟動運轉(zhuǎn)至穩(wěn)速運轉(zhuǎn)的升速過程中，連續(xù)觀察并記錄被檢的旋轉(zhuǎn)加速度計的示值Ng(此時Ng為正值)，根據(jù)示值與給定旋轉(zhuǎn)加速度標準值之差，即可確定被檢儀器相應刻度示值的誤差。調(diào)節(jié)K1-K5給定的上限轉(zhuǎn)速變?yōu)榻咏孪薜牡娃D(zhuǎn)速，此時數(shù)據(jù)比較器3-1的A＝B端由高電平變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^運轉(zhuǎn)控制器10使CP脈沖進入可逆計數(shù)器2-5的CP-端作減法計數(shù)，使數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出的調(diào)速脈沖fn的頻率以線性掃頻方式連續(xù)下降，通過驅(qū)動電源4控制步進電機5，并拖動齒輪變速箱6的各軸線性地下降轉(zhuǎn)速，直至給定的接近下限的低轉(zhuǎn)速時作穩(wěn)速運轉(zhuǎn)。在此下降轉(zhuǎn)速的過程中，連續(xù)觀察記錄旋轉(zhuǎn)加速度計的刻度示值-Ng(此時Ng為負值)，其絕對值應與前一過程相一致。調(diào)節(jié)Kg1-Kg5給定的旋轉(zhuǎn)加速度為其它各檢定點相當?shù)臉藴手担瓷鲜龇椒ǚ謩e重復檢定旋轉(zhuǎn)加速度計相應刻度的示值誤差。
檢定轉(zhuǎn)速表根據(jù)被檢定的轉(zhuǎn)速表的測量范圍，選擇若干個均勻分布的示值刻度作為檢定點。按檢定點示值，確定步進電機5與齒輪變速箱6聯(lián)接的主軸。對于轉(zhuǎn)速在100r/min以上的檢定點，以第1軸為主軸，進行升速拖動，轉(zhuǎn)速在100r/min以下的檢定點，以第5軸為主軸，進行減速拖動。根據(jù)檢定點刻度示值及齒輪變速箱各軸的轉(zhuǎn)速范圍，把被檢轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)軸或傳感器，按其規(guī)定的要求，與相應的齒輪轉(zhuǎn)軸聯(lián)接安裝穩(wěn)妥。調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)加速度控制器11的Kg1至Kg5給定步進電機的旋轉(zhuǎn)加速度為500r/min2或1000r/min2，使之有一個適當?shù)募铀俣?。按被檢轉(zhuǎn)速表的各個量程的檢定點刻度示值、所連接的齒輪軸與主軸的傳動比及其轉(zhuǎn)速范圍，依次調(diào)節(jié)數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的K1至K5，給定相應的標準轉(zhuǎn)速值，分別進行檢定。例如轉(zhuǎn)速表的量程為450至1800r/min，所選擇檢定點標稱示值為450 00，1000，1200，1500及1800r/min，轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)軸與齒輪變速箱6的第2軸相聯(lián)，升速傳動比i＝3，K1至K5給定主軸(第1軸)的標準轉(zhuǎn)速值分別為150，200，333.33，400，500，600r/min(此時，可借助計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3，用3秒的采樣時間進行計數(shù)測量，輔助顯示第二軸各檢定點的標準轉(zhuǎn)速值);量程為1000至5000r/min，轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)軸與齒輪變速箱6的第3軸相聯(lián)，升速傳動比i＝10，K1至K5給定的標準轉(zhuǎn)速分別為100，200，300，400及500r/min，第3軸相應的標準轉(zhuǎn)速分別為1000，2000，3000，4000及5000r/min;轉(zhuǎn)速量程為10至100r/min，以第5軸為主軸，作減速拖動，轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)軸與第3軸相聯(lián)，傳動比i＝0.1，K1至K5給定主軸的標準轉(zhuǎn)速分別為100，300，500，700及900r/min，第3軸相應的標準轉(zhuǎn)速分別為10，30，50，70及90r/min。其余類推。開始檢定時，調(diào)節(jié)開關(guān)Kb及Kc在“N”檔，并啟動裝置，將Ka由“T”轉(zhuǎn)向“Z”，此時，旋轉(zhuǎn)加速度控制器11輸出的相當于500r/min2或1000r/min2的CP脈沖，經(jīng)運轉(zhuǎn)控制器10輸入可逆計數(shù)器2-5的CP+端，可逆計數(shù)器2-1至2-5作加法計數(shù)，并輸出BCD代碼，供數(shù)據(jù)比較器3-1至3-5，并與K1至K5給定轉(zhuǎn)速代碼作比較，并對系數(shù)乘法器1-1至1-5進行連續(xù)的掃描編程，使數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出連續(xù)升頻的調(diào)速電脈沖fn，當可逆計數(shù)器輸出的BCD代碼與給定轉(zhuǎn)速代碼相等時，數(shù)據(jù)比較器3-1的A＝B輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖剑珹＞B輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，控制運轉(zhuǎn)控制器10阻止CP脈沖通過，使可逆計數(shù)器停止計數(shù)、輸出BCD代碼不變、數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出的調(diào)速電脈沖fn的頻率被鎖定在與給定主軸標準轉(zhuǎn)速相當?shù)臄?shù)值上。調(diào)速電脈沖頻率自零升至鎖定值，通過驅(qū)動電源4控制步進電機5由靜止狀態(tài)啟動升速直至給定標準轉(zhuǎn)速值后，進入穩(wěn)速狀態(tài)連續(xù)運轉(zhuǎn)。此時，即可觀察并記錄被檢表的轉(zhuǎn)速示值。然后，可以調(diào)節(jié)K1至K5依次給定稍高的標準轉(zhuǎn)速，分別使步進電機5依次升速和穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，觀察并記錄被檢表的轉(zhuǎn)速示值，直至該量程的最高點。完成這一“進程”檢定程序后，可以作“回程”檢定。即可調(diào)節(jié)K1至K5給定的標準轉(zhuǎn)速值依次下降，使步進電機降速和穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，檢定轉(zhuǎn)速表相應的“回程”示值，直至被量程的最低點。必要時，可以按照上述過程，重復進行檢定操作。根據(jù)被檢轉(zhuǎn)速表各檢定點示值的平均值與標準值之差，即可計算得相應的示值誤差。
檢定車速里程表和里程計價表采用軟軸把75BF004型步進電機的軸伸與被檢表的軸相聯(lián)。驅(qū)動電源4的調(diào)速脈沖輸入端與數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的÷25分頻輸出端相聯(lián)。開關(guān)Kb和Kc調(diào)節(jié)在“D”檔。調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)加速度控制器11的Kg1-Kg5給定的旋轉(zhuǎn)加速度為1000r/min2。根據(jù)被檢表的每Km的轉(zhuǎn)數(shù)比計算的車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)L，調(diào)節(jié)車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13的KL1-KL4指示相當?shù)闹?。例如每Km的轉(zhuǎn)數(shù)比S＝624，比例系數(shù)L＝10.40，則KL1應當為1，KL2和KL4應當為0，KL3應當為4;如每Km的轉(zhuǎn)數(shù)比S＝1000，則L＝16.67，KL1-KL4依次應為1、6、6、7。在檢定車速里程表的車速值時，定時控制器12的給定時間可調(diào)節(jié)在3600秒以上，在此過程中可以控制步進電機升速、減速和穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，而不必作定速定時控制。通過調(diào)節(jié)數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的K1-K5，給定標準車速值為10或20Km，啟動裝置，將開關(guān)Ka自“T”轉(zhuǎn)向“Z”。此時，旋轉(zhuǎn)加速度控制器11輸出的CP脈沖通過運轉(zhuǎn)控制器10，進入可逆計數(shù)器2-5的CP+端，作加法計數(shù)，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9開始輸出調(diào)速脈沖fn，并逐步升高其頻率，通過驅(qū)動電源4控制步進電機5啟動并升速運轉(zhuǎn)。可逆計數(shù)器2-1至2-5連續(xù)加法計數(shù)，直至其輸出的BCD代碼與K1-K5輸入數(shù)據(jù)比較器3-1至3-5的比較端A的BCD代碼相等時，立即停止計數(shù)，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9輸出的調(diào)速脈沖fn的頻率被鎖定，使步進電機作連續(xù)的穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，此時，即可觀察并記錄被檢的車速里程表的車速示值。然后，每間隔10或20Km，依次調(diào)節(jié)K1-K5給定的標準車速值，逐點升速，分別檢定各相應刻度的車速示值，直至上限車速。這一“進程”升速檢定完畢后，再依次遞減10或20Km，作“回程”減速檢定。如此重復檢定二次，根據(jù)各次進程和回程示值平均值與給定的標準車速值之差，即可計算得各個檢定點的車速示值誤差。
在檢定完車速里程表的車速示值誤差后，即可檢定其里程累計誤差。里程計價表的里程累計誤差，也可按此方法檢定。此時，需要采用定速定時方式控制步進電機的運轉(zhuǎn)。給定標準車速值ZS可分別選用高、中、低三種速度，亦可選用每小時60Km的車速。定時控制時間短者可采用600秒的時間，長者采用1800秒，也可采用其它時間。車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)可按上述相同方法計算和調(diào)節(jié)。用數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9的開關(guān)K1-K5分別給定相應的車速值ZS。定時控制器12的開關(guān)Kt1-Kt6給定控制時間S為600秒或1800秒。開關(guān)Kb和Kc選通“D”檔。把運轉(zhuǎn)控制器10的開關(guān)Ka由“T”檔轉(zhuǎn)向“Z”檔，數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9立即輸出調(diào)速脈沖，使步進電機轉(zhuǎn)動;定時控制器12立即同步計時，并在給定時間S內(nèi)控制數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9自輸出調(diào)速脈沖、掃描升頻、鎖頻，直至到達給定時間，定時控制器12的VD端由高電平變?yōu)榈碗娖剑{(diào)速脈沖的頻率由鎖定值按升頻時相同的速率掃描下降至0，使步進電機由穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下降，直至停轉(zhuǎn)。在此全過程中，步進電機旋轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)精確地與標準的累計里程值所相當?shù)目傓D(zhuǎn)數(shù)一致。標準的累計里程值LS為LS= (ZS·S)/3600
根據(jù)被檢車速里程表或里程計價表在檢定前后增加的里程累計值與標準的累計里程值之差，即可確定其示值誤差。對給定不同的車速值和控制時間時被檢表的示值誤差，都可按此方法進行檢定。
用計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3對被檢定的電子式轉(zhuǎn)速計量儀表或低一個精度等級的標準轉(zhuǎn)速裝置的頻率源輸出電脈沖頻率的準確度和穩(wěn)定度進行檢定測試，是檢定或調(diào)整過程中的必作項目。對于有頻標信號輸出的被檢儀表或裝置，可以采用計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3的測頻功能，用1秒或10秒的采樣時間時，每隔30或60分鐘，定時重復測量其輸出電脈沖的頻率，按規(guī)定的方法計算被檢頻率源輸出電脈沖頻率的穩(wěn)定度和準確度。對于沒有頻標信號輸出的被檢儀表，則可由計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3對被檢儀表輸入頻標信號，從被檢儀表上定時重復讀取示值，并按規(guī)定方法計算被檢儀表的頻率源頻率的準確度和穩(wěn)定度。
對被檢定的低一個精度等級的標準轉(zhuǎn)速裝置的轉(zhuǎn)速準確度和穩(wěn)定度進行檢定時，用計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3配套一個高分辨率(600個信號/轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)速傳感器，用測頻法測量被檢裝置的轉(zhuǎn)速;或配套一個霍爾傳感器，用測周法測量被檢裝置的低轉(zhuǎn)速。如果采用頻閃法測量其轉(zhuǎn)速，則可采用計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3的計時功能，測量移動1個頻閃象所需的時間。
根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù)解決方案及實施方法，舉一反三，可以開發(fā)多種規(guī)格參數(shù)及品種的系列化產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種由標準頻率源1、計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3、齒輪變換箱6等組成的多功能數(shù)控標準轉(zhuǎn)速計量檢定裝置，其特征在于它采用步進電機5作為裝置的主拖動電機，并用一個數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2向驅(qū)動電源4輸入調(diào)速電脈沖，控制步進電機5按給定的旋轉(zhuǎn)加速度勻速升降轉(zhuǎn)速，并在給定的轉(zhuǎn)速程速運轉(zhuǎn)，或定速定時運轉(zhuǎn)，分別用于檢定旋轉(zhuǎn)加速度計、轉(zhuǎn)速表、車速里程表和里程計價表。數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2由數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9、動轉(zhuǎn)控制器10、旋轉(zhuǎn)加速度控制器11、定時控制器12、車速-轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13組成。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2的數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9是由多級加模式級聯(lián)的系數(shù)乘法器1-1至1-n、可逆計數(shù)器2-1至2-n，數(shù)據(jù)比較器3-1至3-n、BCD編碼撥盤開關(guān)K1至Kn及比例分頻器14所組成。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2的數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9也可由級聯(lián)的可編程分頻器4-1至4-n、可逆計數(shù)器2-1至2-n、數(shù)據(jù)比較器3-1至3-n、BCD編碼撥盤開關(guān)K1至Kn，鎖相環(huán)15、比例分頻器14和16等組成。
4.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于一個裝置可分別配套二種規(guī)格的步進電機作為主拖動電機，由同一驅(qū)動電源和數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)控制和驅(qū)動。其中一種轉(zhuǎn)矩較大的步進電機與齒輪變速箱主軸聯(lián)接，擴展轉(zhuǎn)速范圍后，間接拖動被檢定的轉(zhuǎn)速計量儀表;另一種轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)速較高、重量較輕的步進電機直接拖動被檢儀表，它特別運用于在流動的工作場所對車速里程表和里程計價表作原位檢定。
全文摘要
一種多功能數(shù)控標準轉(zhuǎn)速計量檢定裝置，是由標準頻率源1、數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2、計數(shù)測量顯示系統(tǒng)3、驅(qū)動電源4、步進電機5、齒輪變速箱6組成。數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)2是裝置的核心部件。它由數(shù)控掃描變頻調(diào)速器9、運轉(zhuǎn)控制器10、旋轉(zhuǎn)加速度控制器11、定時控制器12、車速——轉(zhuǎn)速比例系數(shù)給定器13等組成。它可控制步進電機及齒輪箱轉(zhuǎn)軸以給定的旋轉(zhuǎn)加速度升降轉(zhuǎn)速，以給定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)速運轉(zhuǎn)或定時定速運轉(zhuǎn)，分別用于檢定各種旋轉(zhuǎn)加速度計、轉(zhuǎn)速表、車速里程表和里程計價表等。
文檔編號G01P21/02GK1032079SQ87106110
公開日1989年3月29日 申請日期1987年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月27日
發(fā)明者董雪娟, 張堯良 申請人:江蘇省計量測試技術(shù)研究所