秒表检定仪机/电转换器设计

0　引言

    秒表检定仪是用于检定秒表的标准计量器具,其一般由主机和机械制动夹具组成,其主要功能是输出标准的时间间隔信号。秒表检定仪的检定包括内部晶振的检定和输出时间间隔的检定,在检定输出时间间隔时需要机/电转换器,将夹具的机械动作信号转变为电脉冲信号,由计数器精确测量脉冲信号的脉冲宽度。目前市场上还没有相应的产品,因此无法检定。须根据工作实际需要,设计制作合适的机/电转换器,以实现对秒表检定仪的检定,保证秒表检定仪这类时间计量器具的有效溯源,确保量值传递准确可靠。

1　工作原理与电路设计

    机/电转换器的基本原理是产生一个电脉冲信号,脉冲宽度即为夹具两次动作的时间间隔。电路如图1所示。

    电路中, K₁为夹具触动开关, K₂为复零开关。选用74LS123和74LS74控制高低电平输出,同时在电路中串入合适阻值电阻进行限流,加入电容进行滤波。加入发光二极管LED1,作为电源指示开关。检定前,先按一下K₂,使输出为低电平。夹具第一次触动K₁,使其瞬间闭合,输出变为高电平。夹具第二次触动K₁,使其再次瞬间闭合,输出回到低电平状态。电路中,前置输出测试机/电转换器最大允许误差的预留输出口,它测量的是从夹具触动开关开始触动到机/电转换器输出高电平的时间,它反映了机/电转换器的系统误差。在检定规程中,对机/电转换器最大允许误差要求为小于0. 1ms。

2　稳压电路设计

    电源是系统的重要组成部分,影响到系统的稳定与正常使用。稳压电路给系统提供稳定的工作电压。稳压电路原理如图2所示。

    稳压电路由瞬态电压抑制器TVS1、变压器TF1、整流桥D1及稳压芯片MC7805等组成,实现对220V交流电压的整流、稳压及滤波,输出机电转换器电路所需的平滑5V直流电压,供控制电路使用。TVS是一种高效能的电路保护器件,当其受到瞬态高压干扰时,其阻抗可在1ns的时间内骤然降低并接近于零,吸收浪涌、雷击、静电等干扰功率,两极间的电压被箝位在预定的电压值,电路中的精密元器件得到有效的保护,提高了电路的可靠性。变压器TF1不仅实现电压的变换,更重要的是对电路前后级实现隔离保护。整流桥D1的作用是将变压器TF1输出的交流电变成直流电。稳压芯片MC7805使直流电压稳定在5V,为电路提供恒定电压。电容C1和C2对电流进行平滑滤波,电容C3可以改善电路的稳定性和瞬态响应。

3　模拟秒表设计

    在进行秒表检定仪输出时间间隔的检定时,每输出一次标准时间间隔,秒表检定仪的夹具小锤击打两次机/电转换器的开关(即图1中的k1),启动机/电转换器实现高低电平的转换。开关可选用无锁的琴键开关,将其安放在一个模拟秒表里,再将该模拟秒表固定在夹具上,图3为设计的模拟秒表。