Устройство для измерения оборотов диска индукционного счетчика
DEVICE FOR MEASUREMENT OF THE INDUCTION METER DISK ROTATIONAL RATE

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известно устройство (US 4636637 А, 13.01.1987) для определения количества оборотов счетчика, содержащее источник света, луч от которого падает на вращающийся диск счетчика, фотоприемник, воспринимающий отраженный луч и вырабатывающий электрический импульс при прохождении метки и неровностей диска. Выход фотоприемника связан со схемой компенсации, содержащей счетчик импульсов. Предварительное состояние счетчика импульсов соответствует порогу срабатывания устройства, устанавливается при участии оператора путем подсчета количества электрических импульсов за один оборот диска. После прохождения заданного количества электрических импульсов вырабатывается одиночный сигнал, соответствующий одному обороту диска, и счетчик импульсов устанавливается в исходное состояние.
К недостатку этого известного устройства можно отнести то, что здесь требуется предварительная настройка оператором уровня порога срабатывания, что заметно увеличивает затраты труда и времени при использовании устройства в крупносерийном или массовом производстве счетчиков.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятый автором за прототип индукционный счетчик (см. Информационно - измерительная техника и электроника. Учебник. Под редакцией Г.Г. Раннева. - М.: Издательский центр «Академия», 2007, стр. 303-304). Данное устройство содержит катушку напряжения и токовую катушку, счетный механизм, алюминиевый диск, жестко укрепленный на оси, и постоянный магнит для создания тормозного момента. Работа счетчика состоит в том, что катушка напряжения и токовая катушка создают вращающееся электромагнитное поле, которое, пронизывая расположенный между ними алюминиевый диск, индуцирует в нем вихревые токи, благодаря которым диск начинает вращаться. По оборотам диска за определенное время, считанным счетным механизмом, вычисляется израсходованная энергия.
Недостатком этого известного устройства можно считать невысокую эффективность, связанную с инерционностью счетного механизма.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение эффективности счета оборотов диска.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения оборотов диска индукционного счетчика, содержащее источник электрической сети, соединенный с входами катушки напряжения и токовой катушки, вращающейся между ними алюминиевый диск и постоянный магнит, введены источник питания, микроволновый генератор, циркулятор, снабженный рупорной антенной, детектор, усилитель и измеритель частоты, торец алюминиевого диска по окружности имеет пилообразную форму, причем блок питания соединен с первым плечом микроволнового генератора, второе плечо которого подключено к первому плечу циркулятора, второе плечо циркулятора соединено с входом детектора, выход детектора через усилитель соединен с входом измерителя частоты.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что зондирование вращающегося диска электромагнитными волнами и прием отраженных от зондируемой среды волн дают возможность осуществить счет оборотов диска по частоте.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения оборотов диска индукционного счетчика на основе измерения частоты огибающего отраженных от диска электромагнитных колебаний сигнала с желаемым техническим результатом, т.е. повышением эффективности счета оборотов диска.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Данное устройство содержит источник электрической сети 1, катушку напряжения 2, токовую катушку 3, источник питания, 4 микроволновой генератор 5, циркулятор с рупорной антенной 6, алюминиевый диск 7, постоянный магнит 8, детектор 9, усилитель 10 и измеритель частоты 11.
Устройство работает следующим образом. К источнику электрической сети 1 параллельно подключают катушку напряжения с сердечником 2, а токовую катушку с сердечником 3 - последовательно. Приложенное напряжение к катушке напряжения, создает в ней ток, имеющий по отношению к приложенному напряжению сдвиг по фазе. Этот ток обусловливает магнитный поток, который делится на нерабочий поток, замыкающейся внутри магнитопровода обмотки напряжения, и рабочий поток, пересекающий алюминиевый диск 7, расположенный между катушкой напряжения и токовой катушкой. Входной ток, текущий в токовой катушке, создает в магнитопроводе обмотки тока магнитный поток, который дважды пересекает диск. Этот магнитный поток отстает от входного тока токовой катушки на небольшой угол потерь. В результате пересекающие диск вышеуказанные магнитные потоки индуцируют в нем вихревые токи, вызывающие возникновение вращающего момента. В данном случае для вращающего момента можно записать
вр
ψ
М=kUIsin,
ψ
где k - коэффициент пропорциональности, U - входное напряжение катушки напряжения, I - входной ток токовой катушки,  - угол сдвига фаз между напряжением U и током I.
вр
Под влиянием М диск начинает вращаться. В рассматриваемом случае постоянный магнит 8 служит для создания тормозного момента и обеспечивает угловую скорость вращения, пропорциональную текущему значению активной мощности.
В предлагаемом техническом решении для измерения оборотов (вращения) диска электромагнитная волна с выхода (второе плечо) микроволнового генератора 5 поступает в первое плечо циркулятора с рупорной антенной 6. Согласно принципу работы циркулятора (см. И.В. Лебедев. Техника и приборы СВЧ. Издательство «Высшая школа», Москва, 1970, стр. 292-293) волна далее с первого плеча циркулятора переносится в третье его плечо, к которому подключена рупорная антенна. Предварительно для выработки электромагнитных колебаний генератором его первое плечо (вход) соединяют с источником питания 4.
Излучаемую электромагнитную волну рупорной антенной направляют на торец вращающегося диска. Так как в данном случае торец диска имеет пилообразную форму, отраженная от торца диска электромагнитная волна будет промоделирована по амплитуде, т.е. огибающая отраженной волны будет изменяться по пилообразному закону (переходящее отражение от переднего фронта пилы, от ее вершины, от ее заднего фронта и от ее паузы и.т.). При этом частота и фаза отраженной волны остаются неизменными. Отсюда следует, что частота огибающей отраженной волны в виде пилообразного сигнала в рассматриваемом случае изменится в зависимости от скорости вращения диска. Другими словами, если измерить частоту огибающей отраженной волны от торца диска, то можно получить информацию об оборотах диска индукционного счетчика.
Отраженная от торца диска волна, промоделированная по амплитуде, принимается обратно рупорной антенной (рупорная антенна работает в режиме передачи и приема). После этого она (отраженная волна), по принципу действия циркулятора переносится во второе плечо циркулятора. Со второго плеча последнего волна поступает на вход детектора 9. Здесь отраженный от торца вращающего диска сигнал детектируется, и на его выходе формируется огибающая отраженной от диска волны. Далее выходной сигнал (колебание) детектора, соответствующий пилообразному сигналу, усиливается в усилителе 10 и передается на вход частотомера 11, где измеряется частота сигнала, поступающего на вход частотомера. В результате измерение частоты сигнала частотомером в данном случае дает возможность осуществить счет оборотов диска.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе дистанционного зондирования алюминиевого диска индукционного счетчика электромагнитными волнами и измерения частоты модулированных колебаний по амплитуде отраженных от диска электромагнитных волн можно обеспечить повышение эффективности счета оборотов диска.
Предлагаемое техническое решение успешно может быть использовано для решения задач считывания оборотов различных вращающихся объектов с возможностью передачи информации дистанционно на расстояние.