BG2646U1

BG2646U1 - Стабилизатор за триизмерно кинозаснемане

Info

Publication number: BG2646U1
Application number: BG3521U
Authority: BG
Inventors: Даниел Добрилов; Владимир Бараров
Original assignee: Даниел Добрилов; Владимир Бараров
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-06-30

Abstract

Устройството за измерване на механическите характеристики на въртящи се машини в динамичен режим, измерва механическия въртящ момент на вала на въртяща се машина (ВМ) (асинхронен, синхронен, постояннотоков, универсален и стъпков двигател, двигател с вътрешно горене, турбо двигател) в процеса на развъртане от покой до достигане на номиналните обороти. Устройството намира приложение в електропромишлеността и машиностроенето при изпитването на нови изделия и при ремонта им, за оценка и проверка на механическите им характеристики, а именно - стойността на механическия въртящ момент на вала на ВМ във функция от времето и/или оборотите при развъртането й. От зависимостта за механическия въртящ момент М: М = J * ?, където J е инерционният момент на въртящите се маси, а ? - ъгловото ускорение на тези маси по време на развъртането следва, че е достатъчно да се измери ? в процеса на развъртане на изпитваната ВМ, за да се получи механическата й характеристика. Инерционният момент J е с предварително известна стойност за конкретната ВМ. Измерването на ъгловото ускорение се извършва посредством микромеханичен акселерометър (2), монтиран на платка (1), монтирана неподвижно към вала на ВМ. Измерените стойности на ускорението се записват в паметта на свързан към микромеханичния акселерометър микроконтролер (3), разположен на същата платка, за последваща визуализация на резултатите чрез персонален компютър.

Description

Устройството измерва механическия въртящ момент на вала на въртяща се машина (асинхронен, синхронен, постояннотоков, универсален и стьпков двигател, двигател с вътрешно горене, турбодвигател) в процеса на развъртане от покой до достигане на номиналните й обороти.

Област на техниката

Устройството намира приложение в елекгропромишленостга и машиностроенето при изпитване на нови изделия и при ремонта им за оценка и проверка на механическите им характеристики, а именно - стойността на механичния въртящ момент на вала на въртящата се машина (за краткост - ВМ) във функция от времето и/или оборотите при развъртането й. Тази зависимост е показателна за изправността и качествата на ВМ. При електродвигателите, по нейния характер (форма), се диагностицира изправността им, както и се откриват специфични повреди в намотките им.

Предшестващо състояние на техниката

Познатите на авторите аналогични устройства извършват измерване на механическите характеристики на въртящи се машини, използвайки тензометрични датчици (фирма НВМ www.hbm.com) и хистерезисни електромагнитни спирачки (фирма Magtrol - www.magtrol.com).

Устройствата с тензометрични датчици представляват самостоятелен вал със съответните фланци и куплунзи за монтаж към вала на въртящата се машина. На този вал са монтирани четири тензодатчика, свързани в електрическа мостова схема. При механичното усукване на вала, вследствие от въртящия механичен момент, мостовата схема се дебалансира електрически и на изхода й се получава, пропорционален на него електрически сигнал. Посредством плъзгащи контакти, сигнала се подава към апаратура за последващо филтриране и запис. Дадено устройство от този тип има конкретен обхват за измерване на въртящия момент и това налага използването на отделни валове за различните по мощност въртящи се машини.

Устройствата с електромагнитни спирачки представляват диск от магнитен материал със силно изразени хистерезисни свойства, при намагнитването на който се създава механичен съпротивителен момент от намагнитващия ток. Този ток е пропорционален на измервания механичен въртящ момент. И при тези устройства обхватът на измерване е ограничен. Както и при устройствата с тензометрични датчици и тук са необходими допълнителни аксесоари (фланци, валове и др.) за монтирането им към вала на ВМ.

Известни са устройства (http://www.dii. un ipd.it/~pesavento/download/BlBL I ОЕРС/Рарег. pdf), измерващи кръговата честота на въртене (обороти за единица време) на вала на ВМ, по време на развъртане и последващо числено диференциране на кръговата честота на въртене по отношение на времето, с цел получаване на ъгловото ускорение, т.е. механическия въртящ момент, пропорционален на това ускорение.

На авторите не е известно устройство за измерване на механическите характеристики на ВМ в динамичен режим, работещо на по-долу описания принцип.

Техническа същност на полезния модел

Предлаганият полезен модел представлява устройство за измерване на механическите характеристики на въртящи се машини в динамичен режим, се основава на втория закон на Нютон:

F = m*a (1) а именно - силата (F), действаща на едно тяло е пропорционална на ускорението му (а) и масата (ш) на това тяло. При въртеливо движение, втория закон на Нютон се изразява с уравнението:

М = J*8 (2) където М е механическият въртящ момент, J е инерционният момент на въртящите се маси, ас- ъгловото ускорение на тези маси по време на развъртането. Инерционният момент J е с постоянна стойност и е функция на геометрията на въртящите се части и специфичното тегло на съответните материали и се определя с висока точност по изчислителен път и е част от каталожните данни в техническата документация за съответната ВМ. Ъгловото ускорение ε се измерва директно чрез използване на микромеханичен акселерометър (ADXL345, ММА 7361, LIS31DLH, SMB 380 и много други) в интегрално изпълнение. Габаритите на тези акселерометри (3-6 mm) позволяват монтирането

2646 UI им на платки с компактни размери (от порядъка на 60 mm в диаметър).

Съществува голямо разнообразие от предлагани на пазара микромеханични акселерометри, като най-общо се делят на цифрови и аналогови.

При цифровите акселерометри стойността на ускорението е в цифров вид и директно се чете посредством свързан към тях микроконтролер и се записва в оперативната му памет (RAM) за последваща обработка. По своята същност тези акселерометри са аналогови, но в тях има вграден АЦП (аналогово-цифров преобразувател).

При аналоговите акселерометри стойността на ускорението е напреженов сигнал, който за да се запише от микроконтролера, посредством външен АЦП се преобразува в цифров. Във всички съвременни микроконтролери има вградени АЦП, така че не са необходими допълнителни елементи. В конкретния случай вградения в микроконтролера аналогово-цифров преобразувател е 12-битов.

Независимо от това, дали са аналогови или цифрови, акселерометрите биват едноосни, двуосни и триосни. При едноосните се отчита стойността на ускорението само по направлението, за което са предназначени, респективно при двуосните и триосните - за съответните направления. Фабрично са зададени положителни посоки за направленията и ако ускоренията съвпадат с тези посоки, то знакът им е положителен, респективно - отрицателен.

Обхватът на измерване на микромеханичните акселерометри може да се задава по програмен път в широки граници посредством микроконтролера, към който са свързани, в случая за използвания акселерометър е от 2 g до 16 g.

Предлаганият полезен модел представлява устройство, изпълнено на платка с кръгла форма (57 mm диаметър), на която е монтиран триосен акселерометър и 32-битов микроконтролер за комуникация с него. Също така, устройството включва и USB порт за връзка с компютър за програмиране на микроконтролера и слот за микро SD карта за запис на измерените стойности на ускорението и за последващо визуализиране на резултатите. Устройството се захранва от две батерии тип CR2032, разположени на долния слой на платката. По едната ос устройството измерва тангенциалното ускорение - a_t[m/s²], а по другата, перпендикулярна на първата - нор малното ускорение - a_n[m/s²]. Тангенциалното ускорение a_t е по направление на допирателната към окръжността, по която се върти акселеромегьра, а нормалното а_п - в радиално направление. Честотата на отчитане стойностите на ускоренията е 5MHz, което позволява регистриране и на преходните процеси, съпътстващи развъртането. При по-бавни процеси, тази честота може да се намали програмно.

Чрез зависимостта:

a_t = г * ε (3) където r [т] е разстоянието (радиусът), на което е разположен акселерометьра от центъра на въртене, се изчислява ъгловото ускорение - E[rad/s²], а чрез него и въртящия момент, съгласно уравнение (2), знаейки се предварително стойността на инерционния момент J [kg*m²]. Измерването на нормалното ускорение (а_п) се използва за определяне на кръговата честота на въртене (оборотите за единица време) на въртящата се машина съгласно зависимостта:

a_n = г * ω² (4) където ω [rad/s] е кръговата честота на въртене, респективно оборотите за минута η [ 1/min] са:

η = 30 * ω/π (5)

Чрез измерените стойности на тангенциалното ускорение - a_t и на нормалното - а_п и след извършване на посочените по-горе преобразувания се построява зависимостта на механичния въртящ момент във функция от оборотите и/или времето по време на развъртане наВМ, т.е. в динамичен режим. Преобразуванията се извършват от програмата, записана в микроконтролера, след записа на ускоренията в паметта му. Данните от измерванията се прехвърлят на микро SD карта след установяване на ВМ в покой. Получените резултати се визуализират чрез компютър, за който няма специални изисквания.

Микромеханичните акселерометри, освен на динамичното ускорение, реагират и на земното. Това внася грешка при определяне на механическата характеристика. Този проблем е напълно отстранен чрез схемно решение.

Когато интерес представлява само характера на механическата характеристика, не е необходимо да се задава точната стойност на инерционния момент, достатъчно е да се приеме някаква константна стойност за него.

Спрямо описаното по-горе предшестващо състояние на техниката, предложеният полезен

2646 UI модел има следните предимства:

- резултатите се получават директно от измерване на ускоренията и последващи елементарни математически преобразувания, без да се използват сложни математически методи (числено диференциране), както при (http://www. di i. umpd.it/~pesavento/down! oad/B IB L ЮЕРС/ Paper.pdf);

- мобилност и лесен монтаж - на практика устройството представлява платка с диаметър от порядъка на 60 mm;

- универсалност, поради възможността по програмен път да се променя обхвата на измерването, даже и в процеса на самото измерване, за различните изпитвани машини не са необходими набор от устройства, както е при посочените погоре подобни такива (фирма НВМ - www.hbm. com, фирма Magtrol - www.magtrol.com);

- не се изискват специални лабораторни условия (захранваща апаратура, помещения, монтажно оборудване) за използване на устройството;

- липса на едрогабаритни, изискващи прецизен монтаж и центроване аксесоари, като фланци, валове, куплунзи, които допълнително внасят грешка при измерванията;

- точност - определя се от точността на използваните микромеханични акселерометри, която е от порядъка на 1 -2% - напълно достатъчна за този тип измервания;

- устройството е безконтактно - липсват плъзгащи контакти за снемане на данните, както при фирма НВМ - www.hbm.com.

Пояснение на приложените фигури

На фигура 1 е показана принципната схема на устройството със съответните позиции, а на фиг. 2 в графичен вид - механическата характеристика на асинхронен двигател, снета посредством устройството. Фигури 3 и 4 са снимки, респективно на горния (слой писти и елементи) и долния слой (само елементи) на платката на устройството. Монетата от снимката на фиг. 4 е за мащабиране. На долния слой са монтирани захранващите батерии и микромехничния акселерометьр (показани с червен цвят на фиг. 1). На фиг. 5 е показан фотошаблона на платката на устройството.

Пример за изпълнение на полезния модел

Устройството е изпълнено с електронни компоненти, монтирани на печатна платка.

Платката 1 е еднослойна с два монтажни отвора 6. Микромеханичният акселерометър 2 е монтиран от страната, където е и захранването - две батерии тип CR2032 7.

Посредством монтажните отвори 6 и спомагателна втулка, платката се монтира челно на вала на конкретната изпитвана ВМ и устройството е готово за използване. То е така програмирано, че започва да отчита стойностите на ускоренията непосредствено при пускането на въртящата се машина и преустановява отчитането при достигане на съответните номинални обороти. Програмното обезпечение осигурява възможност ускоренията да се измерват и в определен, предварително зададен диапазон на оборотите. По този начин се получава по-детайлна информация за конкретната изпитвана ВМ. Както беше посочено по-горе - устройството измерва тангенциалното (a_t) и нормалното (а_п) ускорение на вала на въртящата се машина и въз основа на тези измервания, чрез елементарни математически преобразувания, се построява механическата характеристика за съответната ВМ. Преобразуванията се извършват от програмата, заложена в микроконтролера 3, след записа на ускоренията в оперативната (RAM) му памет. След завършване на развъртането и при покой на изпитваната ВМ, данните се записват на микро SD карта 4 и посредством персонален компютър, механическата характеристика се визуализира в табличен и/или графичен вид. На фиг. 2, в графичен вид, е показана механическата характеристика на асинхронен двигател, снета посредством устройството. USB куплунга 5 служи за програмиране на микроконтролера 3, посредством персонален компютър.

Claims

Претенции

1. Устройство за измерване на механическите характеристики на въртящи се машини в динамичен режим, характеризиращо се с това, че се състои от взаимно свързани в електрическа схема - микромеханичен акселерометър (2), микроконтролер (3), слот за SD карта (4), USB куплунг (5) и два броя електрозахранващи батерии (7), разположени на монтажна печатна платка (1) с монтажни отвори (6).