FR2514500A1 - METHOD AND APPARATUS FOR NON-CONTACT TORQUE MEASUREMENT - Google Patents
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Abstract
PROCEDE ET APPAREIL DE COUPLE SANS CONTACT. DES MOTIFS D'ENCOCHES 34, 36 SONT PREVUS AUTOUR DE L'ARBRE, ET DES CAPTEURS A, B, C, D SONT PLACES PAR PAIRES A PROXIMITE DE CHAQUE MOTIF. LA TORSION DE L'ARBRE PRODUIT UN DEPHASAGE DANS LES SIGNAUX EMIS PAR LES CAPTEURS PENDANT LA ROTATION, ET CE DEPHASAGE EST TRADUIT EN VALEURS DU COUPLE. LA DISPOSITION DES CAPTEURS PERMET D'ELIMINER L'INFLUENCE DES MOUVEMENTS VERTICAUX ET HORIZONTAUX DE L'ARBRE.CONTACTLESS TORQUE METHOD AND APPARATUS. NOTCH PATTERNS 34, 36 ARE PROVIDED AROUND THE SHAFT, AND SENSORS A, B, C, D ARE PLACED IN PAIRS NEAR EACH PATTERN. THE TORSION OF THE SHAFT PRODUCES AN EXHAUST IN THE SIGNALS EMITTED BY THE SENSORS DURING ROTATION, AND THIS DEPHASING IS TRANSLATED INTO TORQUE VALUES. THE ARRANGEMENT OF THE SENSORS ALLOWS THE INFLUENCE OF VERTICAL AND HORIZONTAL MOVEMENTS OF THE SHAFT TO BE ELIMINATED.
Description
1450014500
La présente invention concerne un procédé et un The present invention relates to a method and a
appareil de mesure de couple et elle a trait plus particu- torque measuring device and it has a more specific
lièrement à un procédé et à un appareil de mesure de couple sans contact dans un arbre qui relie des mécanisme 6 menant et mené. En mesurant le couple d'un arbre tournant d'un and a non-contact torque measuring method and apparatus in a shaft connecting driving and driven mechanism. By measuring the torque of a rotating shaft of a
accouplement entre un équipement menant et un équipement me- coupling between driving equipment and
né, il est possible de calculer le rendement de l'équipement born, it is possible to calculate the performance of the equipment
en cours de marche De tels résultats peuvent également ê- On the move Such results can also be
tre utilisés pour détecter des sautes de puissance dans un be used to detect power surges in a
tel équipement et pour notifier aux opérateurs des modifica- equipment and to notify operators of changes
tions nécessaires des conditions de fonctionnement avant que de telles sautes de puissance ne puissent endommager l'équi pement menant ou l'équipement mené En outre ces résultats peuvent être utilisés pour déterminer quand un entretien est nécessaire. Dans l'art antérieur, on a tenté de mesurer le Necessary conditions of operating conditions before such power surges can damage the driving equipment or the equipment being driven. In addition, these results can be used to determine when maintenance is needed. In the prior art, attempts have been made to measure the
couple par différents procédés Ainsi on a proposé un dispo- couple by different processes Thus a proposal was proposed
sitif dans lequel un manchon additionnel est monté sur l'ac- in which an additional sleeve is mounted on the
couplement pour compenser un mouvement de ce dernier Bien coupling to compensate for a movement of the latter Well
qu'on ait obtenu une mesure satisfaisante du couple, le man- that a satisfactory measure of the couple has been obtained, the man-
chon additionnel a tendance à accroître le prix de l'accou- additional cost tends to increase the price of the
plement et à augmenter également son poids On a aussi uti- and increase its weight also.
lisé des Jauges de mesure de contraintes associées à des ba- of the Stress Measurement Gauges associated with
gues collectrices mais celles-ci ont tendance à s'user rapi- collectors but these tend to wear out quickly
dement et nécessitent un remplacement fréquent si on veut and require frequent replacement if you want
obtenir des mesures précises On a également proposé de pla- obtain specific measures It was also proposed to
cer un émetteur de signaux à l'intérieur de l'accouplement. a signal transmitter inside the coupling.
Cependant, comme les accouplements ne fonctionnent pas tous However, as the couplings do not all work
dans un environnement idéal, les émetteurs tombent fréquem- in an ideal environment, issuers frequently fall
ment en panne, en nécessitant un arrêt de l'équipement et un démontage de l'accouplement pour remplacer l'émetteur Il en résulte un temps d'arrêt coûteux La présente invention concerne un procédé et un appareil de mesure de couple qui The present invention relates to a method and a device for measuring torque which results in a downtime of the equipment and disassembly of the coupling to replace the transmitter.
n'augmentent pas le coût ou le poids de l'accouplement pro- do not increase the cost or weight of the
prement dit et qui ne nécessitent pas un entretien fréquent actually said and that do not require frequent maintenance
2514 Q 002514 Q 00
de la partie électronique.of the electronic part.
Conformément à la présente invention, la rela- In accordance with the present invention, the relationship
tion de phase des signaux produits par des capteurs A, B, C et D est comparée et traitée par un circuit électronique et le signal résultant engendré est le couple vrai transmis par l'intermédiaire de l'accouplement Ces signaux produits par les capteurs contiennent des déphasages indésirables provoqués par un mouvement de l'axe de l'accouplement dans l'une ou l'autre ou bien les deux directions horizontale et verticale Pour éliminer ces signaux d'erreur causés par le phase of the signals produced by sensors A, B, C and D is compared and processed by an electronic circuit and the resulting signal generated is the true torque transmitted via the coupling. These signals produced by the sensors contain unwanted phase shifts caused by movement of the coupling axis in either or both horizontal and vertical directions To eliminate these error signals caused by the
mouvement de l'axe d'accouplement, le circuit compense auto- movement of the coupling pin, the circuit compensates for
matiquement un mouvement horizontal par détermination du horizontal movement by determining the
point de passage au zéro des tensions engendrées dans cha- crossing point at zero of the tensions generated in each
que capteur par ce mouvement Pour compenser un mouvement vertical, le circuit assure automatiquement l'annulation du déphasage d'avance engendré dans les capteurs A ou B par le déphasage de retard produit dans les capteurs C ou C montés dans des positions diamétralement opposées aux détecteurs A et B Les deux compensations horizontale et verticale du mouvement de l'axe d'accouplement sont par conséquent faites sensor to compensate for a vertical movement, the circuit automatically ensures the cancellation of the phase shift generated in the sensors A or B by the delay phase produced in the sensors C or C mounted in positions diametrically opposed to the detectors A and B Both horizontal and vertical compensations for the movement of the coupling pin are therefore made
automatiquement sans avoir à faire intervenir additionnel- automatically without having to
lement des signaux correcteurs ou à modifier le circuit de détection. corrective signals or to modify the detection circuit.
D'autres avantages et caractéristiques de l'in- Other advantages and characteristics of the
vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip- will be highlighted later in the description of the
tion, donnée à titre d'exemple non limitatif en référence *aux dessins annexés dans lesquels: tion, given by way of nonlimiting example with reference to the appended drawings in which:
Fig 1 est une vue en élévation latérale par- Fig 1 is a side elevation view of
tielle et en coupe d'un accouplement utilisant le procédé and in section of a coupling using the process
et l'appareil de mesure de couple selon l'invention. and the torque measuring apparatus according to the invention.
Fig 2 est un schéma à blocs du circuit de dé- FIG. 2 is a block diagram of the circuit of
tection selon l'invention.according to the invention.
Fig 3 est un schéma d'un circuit de détection Fig 3 is a diagram of a detection circuit
selon l'invention.according to the invention.
Fig 4 est un diagramme de minutage du circuit selon l'invention, et FIG. 4 is a timing diagram of the circuit according to the invention, and
Fig 5 est une représentation graphique du cir- Fig. 5 is a graphical representation of the
cuit automatique de compensation du mouvement de l'axe d'ac- baked automatic compensation of the movement of the axis of ac-
couplement.couplement.
Sur la figure 1, on a désigné par 10 un accou- In FIG. 1, a coupler has been designated by
plement composé de moyeux 12 et 14 comportant des dents d'engrenage 16 et 18 dirigées vers l'extérieur Les moyeux consisting of hubs 12 and 14 having gear teeth 16 and 18 directed outwardly Hubs
12 et 14 sont montés sur un arbre menant 20 et un arbre me- 12 and 14 are mounted on a driving shaft 20 and a measuring shaft
né 22 par des moyens classiques tels que des rainures de cla- born 22 by conventional means such as key grooves
vetage, non représentées Les dents d'engrenage 16 et 18, orientées vers l'extérieur, des moyeux 12 et 14 en prise avec les dents d'engrenage 24, 26, s'étendant vers l'intérieur, des manchons 28 et 30 Les manchons 28 et 30 sont accouplés à l'aide d'une entretoise 32 par des moyens classiques, tels que des boulons, non représentés La torsion produite dans The gear teeth 16 and 18, outwardly oriented, of the hubs 12 and 14 engaged with the inwardly extending gear teeth 24, 26, the sleeves 28 and 30 are shown in FIG. Sleeves 28 and 30 are coupled by means of a spacer 32 by conventional means, such as bolts, not shown.
l'entretoise 32 disposée entre les manchons 28 et 30 est di- the spacer 32 disposed between the sleeves 28 and 30 is di-
rectement proportionnelle au couple transmis de l'arbre me- exactly proportional to the transmitted torque of the
nant 20 à l'arbre mené 22 Des signaux d'erreur engendrés 20 to the driven shaft 22 Error signals generated
par un mouvement de l'axe de l'arbre dans une direction ho- by a movement of the axis of the tree in a
rizontale et/ou verticale se manifestent également comme des signaux de couple et doivent être éliminés pour obtenir une rice and / or vertical are also manifest as torque signals and must be eliminated to obtain a
valeur de couple vrai.true torque value.
Comme indiqué sur la figure 1, deux motifs d'en- As shown in Figure 1, two reasons for
coches symétriques 34 et 36 sont usinés dans la surface de l'entretoise 32 et s'étendent circonférentiellement autour symmetrical bushings 34 and 36 are machined in the surface of the spacer 32 and extend circumferentially around
de la surface extérieure de l'entretoise 32 Les motifs d'en- the outer surface of the spacer 32 The reasons for
coches sont composés de 65 dents réparties sur un cercle pri- ticks are composed of 65 teeth distributed over a primary circle.
mitif de 228,6 mm de diamètre.mitive 228.6 mm in diameter.
Quatre capteurs magnétiques passifs A, B, C et D Four passive magnetic sensors A, B, C and D
sont montés dans un plan essentiellement horizontal et à pro- are mounted in an essentially horizontal plane and
ximité étroite des motifs d'encoches 34 et 36 Les capteurs sont espacés d'environ 1,5 mm du motif d'encoches On peut prévoir tout montage approprié, par exemple un cylindre, pour The sensors are spaced approximately 1.5 mm from the notch pattern. Any suitable assembly, for example a cylinder, may be provided for
envelopper le côté extérieur de l'entretoise 32. wrap the outer side of the spacer 32.
Une rotation de l'entretoise 32 fait que les mo- A rotation of the spacer 32 makes the models
tifs d'encoches 34 et 36 engendrent un signal de courant al- notches 34 and 36 generate a current signal al-
ternatif dans les capteurs magnétiques passifs A, B, C et in passive magnetic sensors A, B, C and
D Les signaux de chaque capteur sont augmentés par un ampli- D The signals from each sensor are boosted by an amplifier
,14500, 14500
ficateur 38, Fig 3 Il va de soique chaque capteur comporte un circuit de captage 40 identique à celui indiqué pour A FIG. 38, FIG. 3. It is apparent that each sensor has a capture circuit 40 identical to that indicated for A.
sur la Fig 3 Le signal amplifié est transmis à un compara- in FIG. 3 The amplified signal is transmitted to a comparator
teur de tension 42 du circuit de captage 40 Le comparateur 42 produit à sa sortie un signal à forme d'onde carrée qui The comparator 42 produces at its output a square waveform signal which
commute au même point de passage au zéro que le signal al- switches to the same crossing point as the signal
ternatif produit par le capteur A Il va de soi en outre que les signaux des capteurs B, C et D sont amplifiés et mis en forme de la même manière Le signal à forme d'onde carrée est ensuite appliqué à la diode Dl o sa partie de base est It is obvious that the signals of the sensors B, C and D are amplified and shaped in the same way. The square waveform signal is then applied to the diode D1 where its part basic is
écrétée et la tension de sortie est réduite à un niveau in- and the output voltage is reduced to an inde-
férieur par le diviseur de tension R 1, R 2 Des circuits- lower by the voltage divider R 1, R 2
tampons 50 à 53 assurant un conditionnement de signal servant à protéger et isoler les circuits logiques de bas niveau 54, 44, 55 et 46 Des postes d'inversion 54 et 55 des circuits de buffers 50 to 53 providing signal conditioning for protecting and isolating the low level logic circuits 54, 44, 55 and 46 of the inverting stations 54 and 55 of the
captage A et C servent à changer la phase des signaux corres- A and C are used to change the phase of the corresponding signals.
pondants, comme le montre le diagramme de minutage de la fi- as shown in the timing diagram of the
gure 4 Les signaux provenant des circuits des capteurs A Figure 4 Signals from A sensor circuits
et B sont combinés dans uye porte NON-ET 44 De même les si- and B are combined in a NAND door.
gnaux provenant des circuits des capteurs C et D sont combi- from the sensor circuits C and D are combined
nés dans une porte NON-ET 46 Les signaux combinés provenant des capteurs A et B et C et D sont appliqués à une porte born in a NAND gate 46 The combined signals from sensors A and B and C and D are applied to a gate
NON-ET-48 Le signal de sortie de la porte 48 a été repré- NAND-48 The output signal from gate 48 has been
senté dans le diagramme de minutage avant qu'un décalage ver- in the timing diagram before a vertical shift
tical se soit produit sous la forme du signal E de la figure 4 Le même signal de sortie a été représenté sous la forme de signal El de la figure 4 après qu'un décalage vertical s'est produit à l'extrémitée menée, ou menante, de l'arbre The same output signal has been shown as signal E1 in FIG. 4 after a vertical offset has occurred at the driven end, or leading. , of the tree
32 formant l'entretoise Il est à noter que la valeur moyen- 32 forming the spacer It should be noted that the average value-
ne de la forme d'onde en E est égale à la valeur moyenne de ne of the waveform in E is equal to the average value of
la forme d'onde en El pour 360 degrés électriques de rota- the El waveform for 360 degrees rotating electric
tion, c'est-à-dire pour une dent complète On peut voir par conséquent que l'erreur engendrée par un mouvement vertical tion, that is to say for a complete tooth We can see therefore that the error generated by a vertical movement
de l'arbre à l'extrémité menée a été annulée ou éliminée. from the shaft to the driven end has been canceled or eliminated.
Cela est également vrai pour un mouvement vertical de l'ar- This is also true for a vertical movement of
bre à l'extrémité menante On obtient à la sortie de la por- at the leading end is obtained at the exit of the door
te 48 un signal dont toute composante créée par un mouvement te 48 a signal of which any component created by a movement
horizontal ou vertical de l'axe d'accouplement qu'il conte- horizontal or vertical axis of the coupling
nait a été éliminée et qui constitue un signal convertible pour donner le couple réel appliqué à l'accouplement Une telle conversion peut être effectuée dans un circuit d'éta- blissement de moyenne de signal tel que celui représenté en This conversion can be performed in a signal averaging circuit such as that shown in FIG.
49 à la figure 3.49 in Figure 3.
Les signaux sont ensuite envoyés à un compara- The signals are then sent to a comparator
teur analogique 60 qui le compare à une référence en cou- analog meter 60 which compares it to a reference in
rant continu 61, le résultat étant envoyé à l'appareil d'af- continuous stream 61, the result being sent to the
fichage 62 qui donne directement la coupe des recyclages file 62 which gives directly the cut of the recycling
de gain 62 et de 4 zéro 63 étant prévus. gain 62 and 4 zero 63 being provided.
Un mouvement de l'axe d'accouplement dans une di- A movement of the coupling pin in a di-
rection horizontale provoque une variation de l'amplitude du signal de courant alternatif engendré, comme indiqué sur la figure 5 Ces variations d'amplitude feraient varier la phase du signal de sortie si une compensation n'était pas effectuée Seul le point de passage au zéro du signal de courant alternatif reste le meme puisque la fréquence de fonctionnement reste la mt e Le comparateur de tension 42, Fig 3, agit comme un détecteur de passage au zéro et comme un convertisseur d'impulsion pour transformer le signal de courant alternatif produit par le capteur en un signal de horizontal rection causes a variation in the magnitude of the generated AC signal, as shown in FIG. 5 These amplitude variations would vary the phase of the output signal if compensation was not performed Only the zero crossing point the alternating current signal remains the same since the operating frequency remains the mt e The voltage comparator 42, Fig 3, acts as a zero crossing detector and as a pulse converter for transforming the AC signal produced by the sensor into a signal of
forme d'onde carrée directement proportionnel à la fréquen- square waveform directly proportional to the frequency
ce ou rotation angulaire de l'entretoise 32. this or angular rotation of the spacer 32.
En référence à la figure 5, un mouvement verti- With reference to FIG. 5, a vertical movement
cal ascendant de l'arbre 20 provoque un déphasage du signal ascending caliper of the shaft 20 causes a phase shift of the signal
engendré dans le capteur A dans le sens positif ou d'avan- generated in sensor A in the positive direction or in advance
ce pour une rotation de l'arbre dans le sens des aiguilles d'une montre Inversement le signal identique engendré dans le capteur B monté dans une position diamétralement opposée à celle du capteur A est déphasé dans le sens négatif ou de this for a rotation of the shaft in the direction of clockwise Conversely the identical signal generated in the sensor B mounted in a position diametrically opposed to that of the sensor A is out of phase in the negative direction or
retard Ce déphasage d'avance dans le capteur A est exacte- delay This phase shift in the sensor A is accurate-
ment égal au déphasage de retard dans le capteur C et, lors- equal to the delay phase in the C sensor and,
que ces deux signaux sont combinés dans la porte NON-ET 48, les déphasages positif et négatif s'annulent Ce phénomène that these two signals are combined in the NAND gate 48, the positive and negative phase-shifts cancel each other out.
se produit également entre les capteurs B et D lorsque l'ar- also occurs between sensors B and D when the
bre 22 monte ou descend dans la direction verticale Le si- 22 goes up or down in the vertical direction.
ganl d'erreur indésirable causé par le mouvement vertical de l'axe est par conséquent éliminé et le signal de couple vrai reste directement proportionnel à la torsion d'arbre. As a result, the unwanted error caused by the vertical movement of the axis is eliminated and the true torque signal remains directly proportional to the shaft twist.
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ST | Notification of lapse |