RU2107271C1 - Method of measuring of twisting angle of shaft twisted by torque action with use of nonius scale and with shaft rotating continuously - Google Patents

Method of measuring of twisting angle of shaft twisted by torque action with use of nonius scale and with shaft rotating continuously Download PDF

Info

Publication number
RU2107271C1
RU2107271C1 SU5061658A RU2107271C1 RU 2107271 C1 RU2107271 C1 RU 2107271C1 SU 5061658 A SU5061658 A SU 5061658A RU 2107271 C1 RU2107271 C1 RU 2107271C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
shaft
pulse
count
nonius
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Иванович Черкасов
Original Assignee
Юрий Иванович Черкасов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Иванович Черкасов filed Critical Юрий Иванович Черкасов
Priority to SU5061658/28 priority Critical patent/RU2107271C1/en
Publication of RU5061658A publication Critical patent/RU5061658A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2107271C1 publication Critical patent/RU2107271C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method uses rectangular, electric, count, and nonius pulses the number of which differs by one pulse for one full turn of shaft because of difference in number of teeth of count and nonius gears. This forms electric Nonius scale. When teeth of count and nonius gears cross geometrical axes of pulse pickups the axes of which are positioned in plane passing through geometrical axis of shaft being twisted, initial pulses are formed which are converted to count and nonius pulses by means of formers. Pickups and gears, respectively, are positioned over the length of twisted shaft. If shaft twisting angle equals zero, zero tooth of count gear coincides with nonius gear tooth in profile. Count and nonius pulses are formed simultaneously, and coincidence of pulses occurs on this ordinal number of count gear tooth taken for zero one during assembly. When shaft twisting angle increases pulses coincide on other ordinal number of count gear tooth. Measuring pulses are formed by multiplying the pulse repetition frequency of count pickup and summed up for shaft turn period beginning with zero count pulse till next count pulse coincides with nonius pulse. In this case sum of measuring pulses is in direct proportion to shaft twisting angle, and it does not depend on shaft rotary speed. EFFECT: higher measurement results. 6 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения или регулирования крутящего момента в установках со значительными располагаемыми и потребляемыми мощностями, например, на морских судах для измерения крутящего момента на валах гребных винтов, на валах прокатных металлургических станов, на валах несущего ротора вертолета, на валу газоперекачивающего агрегата, на валу редуктора турбо-винтового авиационного двигателя и т.д. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure or control the torque in installations with significant available and consumed powers, for example, on sea vessels for measuring torque on the shafts of propellers, on the shafts of rolling metallurgical mills, on the shafts of the rotor of the helicopter, on the shaft of the gas pumping unit, on the shaft of the gearbox of a turbo-propeller aircraft engine, etc.

Описанные в технической литературе способы измерения крутящего момента сводятся к измерению фазового сдвига двух напряжений, формируемых двумя генераторами. The methods for measuring torque described in the technical literature are reduced to measuring the phase shift of two voltages generated by two generators.

В известных устройствах (независимо от применения индукционных или емкостных датчиков) формируются, в конечном итоге, сдвинутые по фазе два напряжения, что и измеряется как сдвиг фаз двух напряжений, пропорциональный действующему крутящему моменту. In known devices (regardless of the use of induction or capacitive sensors), two voltages that are phase shifted in phase are formed, which is measured as the phase shift of two voltages proportional to the actual torque.

Изобретение относится к числу пионерских, так как в нем впервые описывается способ измерения крутящего момента в чисто цифровой форме, начиная от датчиков формируемых сигналы в цифровой форме (в цифровом виде) и кончая видом выходной информации в виде единичного кода. Впервые описывается использование свойств шкал Нониуса на вращающихся валах (деталях), позволяющих трансформировать без потерь незначительный измеряемый угол закрутки вала в значительный угол, на котором происходит совпадение импульсов, что и измеряется в цифровой форме суммой числа импульсов. The invention is among the pioneering ones, since it first describes a method for measuring torque in a purely digital form, starting from sensors of generated signals in digital form (in digital form) and ending with the type of output information in the form of a single code. For the first time, the use of the properties of Nonius scales on rotating shafts (parts) is described, which makes it possible to transform without loss a small measurable angle of twist of the shaft into a significant angle at which the pulses coincide, which is measured digitally by the sum of the number of pulses.

Цель изобретения заключается в обеспечении повышенной точности измерения крутящего момента (Mкр), а следовательно в повышенной точности измерения механической мощности, передаваемой валом от источника мощности к потребителю с приборной погрешностью не хуже, чем 0,25% от максимально измеряемого значения, кроме того изобретение направлено на обеспечение системы регулирования изделия цифровой информацией о текущем значении уровня крутящего момента Mкр, например в виде единичного кода.The purpose of the invention is to provide increased accuracy of the measurement of torque (M cr ), and therefore in increased accuracy of measuring the mechanical power transmitted by the shaft from the power source to the consumer with an instrument error of no worse than 0.25% of the maximum measured value, in addition, the invention aims to provide the product control system with digital information about the current value of the torque level M cr , for example, in the form of a single code.

Изобретение обеспечивает возможность проведения сквозной проверки технического состояния в целом всей системы без применения внешних контрольных систем, а так же при отладке измерителя крутящего момента обеспечивает приборным способом возможность корректировки технологических неточностей и допусков на изготовление деталей и сборку изделия с целью устранения этих неточностей на заключительном этапе его сборки. The invention provides the possibility of conducting an end-to-end check of the technical condition of the whole system without the use of external control systems, and also when debugging a torque meter, it provides an instrument way to correct technological inaccuracies and tolerances for manufacturing parts and assembling the product in order to eliminate these inaccuracies at the final stage assembly.

На фиг. 1 приведены взаимосвязанные элементы, обеспечивающие последовательность и условия проведения действий способа измерения угла закрутки вала, где 1 - источник мощности, 2 - потребитель мощности, 3 - вал измерительный (O1 - O2), 4 - счетная шестерня, 5 - нониусная шестерня, 6 - датчик счета (Дсч), 7 - нониусный датчик (Днон), 8 - датчик нулевого импульса (Д0), 9 - индуктор (диск) управления, 10 - вычислитель нониусного цифрового измерителя крутящего момента.In FIG. 1 shows the interrelated elements that provide the sequence and conditions for the action of the method of measuring the angle of rotation of the shaft, where 1 is the power source, 2 is the power consumer, 3 is the measuring shaft (O 1 - O 2 ), 4 is the counting gear, 5 is the vernier gear, 6 - counting sensor (D sc ), 7 - nonius sensor (D non ), 8 - zero pulse sensor (D 0 ), 9 - control inductor (disk), 10 - calculator of the nonius digital torque meter.

На валу со стороны источника мощности установлен датчик частоты вращения с диском индуктором 9. Диск индуктора имеет одну впадину, что обеспечивает за один оборот вала один начальный импульс И0. Этот импульс И0 разрешает начало действий измерения в одном каждом совершаемом обороте вала, он же сбрасывает (обнуляет) схему вычислителя 10 по завершению полного оборота валом. Впадина на диске индуктора смещена с опережением в угловом направлении вращения вала по отношению к "нулевому" зубу датчика Дсч с учетом направления вращения вала по стрелке n, например, на 1/8 ± 20% шага расстановки нулевого зуба шестерни счета датчика Дсч (фиг. 3).A speed sensor with a disk inductor 9 is installed on the shaft from the side of the power source. The inductor disk has one cavity, which provides one initial impulse And 0 for one revolution of the shaft. This impulse And 0 permits the beginning of measurement actions in one every completed revolution of the shaft, it also resets (resets) the calculator circuit 10 upon completion of a full revolution of the shaft. The depression on the inductor disk is shifted ahead of the shaft in the angular direction of rotation of the shaft relative to the “zero” tooth of the sensor D cf , taking into account the direction of rotation of the shaft in the direction of arrow n, for example, by 1/8 ± 20% of the pitch of the gear tooth counting sensor D cf ( Fig. 3).

Датчик Дсч 6 формирует импульсы счета Исч по мере прохождения зубьями шестерни датчика Дсч. Шестерня нониуса 5 датчика Днон 7, установленная на выходном конце вала со стороны потребителя мощности, формирует в датчике нониуса Днон свои импульсы Инон с угловым запаздыванием по направлению вращения вала пропорционально величине закрутки вала.The sensor D midrange 6 generates count pulses And midrange as the teeth pass the gears of the sensor D midrange . Gear vernier 5 A non sensor 7 installed at the output end of the shaft by the power of the consumer, the sensor generates a vernier A non pulses and their non angularly delay in the rotational direction of the shaft proportional to the twist of the shaft.

Нулевые зубья обоих шестерен (они же по счету последние, например 0/68/, 0/69) в угловом направлении совмещены по условиям сборки их по валу. The zero teeth of both gears (they are also the last ones, for example, 0/68 /, 0/69) in the angular direction are aligned according to the conditions of their assembly along the shaft.

На холостых оборотах вала при отсутствии крутящего момента (при Мкр = 0) оба нулевые импульсы датчика счета и датчика счета и датчика нониуса совмещены. Остальные импульсы, формируемые по мере поворота вала другими зубьями при проходе осей своих датчиков, не обеспечивают совпадения по углу поворота вала. При этом в вычислителе схема совпадения импульсов, принадлежащих соответственно нулевым зубьям датчиков Дсч, Днон, фиксирует совпадение импульсов и как следствие фиксируется отсутствие закрутки вала с результатом измерения, равным нулю.At idle shaft speeds in the absence of torque (at M cr = 0), both zero pulses of the count sensor and the count sensor and the vernier sensor are combined. The remaining pulses, formed as the shaft rotates by other teeth during the passage of the axes of its sensors, do not provide coincidence in the angle of rotation of the shaft. In this case, in the calculator, the coincidence pattern of pulses belonging respectively to the zero teeth of the sensors D sc , D non , records the coincidence of pulses and, as a result, the absence of a twist of the shaft with a measurement result of zero is recorded.

Последовательность действий выше описанных взаимосвязанных элементов сводится к следующему. The sequence of actions of the above-described interconnected elements is as follows.

При вращении вала сформированный начальный импульс - И0 обнуляет схему и разрешает доступ импульсного счета - Исч на схему совпадения в вычислителе.When the shaft rotates, the generated initial impulse - And 0 resets the circuit and allows access of the pulse count - And cf to the coincidence circuit in the calculator.

На эту схему совпадения поступают и импульсы датчика нониуса Днон. При дальнейшем повороте вала схема совпадения вычислителя фиксирует угол поворота вала, на котором произошло совпадение Исч и Инон (угол совпадения φсовп ), формируя импульс совпадения Исовп. Импульс совпадения Исовп прекращает отсчет измерительных импульсов, он же служит и разрешением (командой) для выдачи из счетчика замеренного числа импульсов на цифровой индикатор вычислителя. С очередным формированием начального импульса И0 датчика схема вычислителя сбрасывается, а цикл измерения вновь повторяется каждый последующий оборот вала.The pulses of the nonius sensor D non are also fed to this coincidence circuit. With further rotation of the shaft, the matching circuit of the calculator fixes the angle of rotation of the shaft at which the coincidence of I sc and I non occurs (coincidence angle φ coincides ), forming a coincidence pulse And coinc . The coincidence impulse And coincide stops the counting of the measuring impulses, it also serves as a resolution (command) for issuing the measured number of impulses from the counter to the digital indicator of the calculator. With the next formation of the initial pulse AND 0 of the sensor, the calculator circuit is reset, and the next cycle of the shaft is repeated again.

Причино-следственная связь средств известных до даты приоритета (шестерни, импульсные датчики, вал, электронные устройства) обусловлена причиной, как таковой, разницей числа зубьев шестерен счета и нониусной на один зуб. Изменение угла закрутки вала изменяет порядковый номер зуба счетной шестерни, следовательно и номер счетного импульса, на котором счетный и нониусный импульсы совпадают. При этом сумма измерительных импульсов от начала счета (от нулевого счетного импульса) при повороте вала до угла совпадения прямопропорциональна измеряемому углу. Электронные узлы отыскивают нулевой зуб, формируют длительность импульсов, фиксируют совпадение импульсов, суммируют измерительные импульсы и, как технический результат, индицируют число прямопропорциональное искомому углу. The cause-and-effect relationship of the means known prior to the priority date (gears, pulse sensors, shaft, electronic devices) is caused by the cause, as such, by the difference in the number of teeth of counting gears and the vernier one tooth. Changing the angle of twist of the shaft changes the serial number of the tooth of the counting gear, and therefore the number of the counting pulse, at which the counting and vernier pulses coincide. In this case, the sum of the measuring pulses from the beginning of the count (from the zero counting pulse) when the shaft is turned to the angle of coincidence is directly proportional to the measured angle. Electronic nodes look for a zero tooth, form the pulse duration, record the coincidence of the pulses, summarize the measuring pulses and, as a technical result, indicate a number directly proportional to the desired angle.

Датчик нулевого импульса Д0 по углу поворота первый формирует свой импульс И0, по сравнению с импульсами датчиков Инон. Этот импульс И0 обнуляет схему, поступая в схему управления, в схему управления датчика полезного сигнала СПС, в схему управления счетчика холостого хода СХХ, в декадную схему индикатора.The zero-pulse sensor D 0 in the angle of rotation of the first forms its own pulse And 0 , compared with the pulses of the sensors And non . This impulse And 0 resets the circuit, entering the control circuit, the control circuit of the sensor of the useful signal of the ATP, the control circuit of the CXX idle counter, and the ten-day indicator circuit.

Следующая последовательность по углу поворота вала осуществляется формированием импульса датчика счета Дсч. Этот импульс преобразуется, формируется в ФФ, ФД, приобретая параметры Исч. Импульс счета Исч (первый пришедший после И0) поступает на вход схемы совпадения СС и в схему управления СУ. Схема управления по этому первому (по счету) импульсу счета Исч, открывает доступ измерительным импульсам на вход счетчика холостого хода СХХ. При переполнении заданной (технологической) емкости счетчика СХХ, что задается внешними ключами К1, К2 - Кn в процессе отладки нониусного цифрового измерителя крутящего момента измерительные импульсы поступают на вход счетчика полезного сигнала СПС до момента формирования схемой совпадения СС импульса совпадения Исовп. Этот импульс Исовп схемой управления СУ, удерживается в качестве действующего сигнала до окончания оборота вала, где вновь сформируется нулевой импульс И0.The following sequence of the angle of rotation of the shaft is carried out by the formation of the pulse of the counting sensor D SCH . This pulse is converted, formed in FF, FD, acquiring the parameters And cf. Counting pulses and cq (first come after AND 0) is input to coincidence circuit CC and CS control circuit. Control circuit according to the first (row) pulse count and MF, allows access to the input of the measuring pulses CXX idling counter. When the predetermined (technological) capacity of the CXX counter is overflowed, which is set by the external keys K 1 , K 2 - K n during the debugging of the Vernier digital torque meter, the measuring pulses arrive at the input of the counter of the useful signal of the SPS until the coincidence circuit generates a coincidence pulse And coincides . This impulse And coincident with the control circuit of the control system, is held as a valid signal until the end of the shaft revolution, where the zero impulse And 0 is again formed.

Преобразованный импульс Инон датчика Днон, нулевого зуба шестерни при Мкр > 0, сдвинут с отставанием по углу поворота вала от импульса Исч пропорционально углу закрутки вала. Вследствие наличия закрутки вала θ импульсы Исч и Инон окажутся совмещенными (совпадут) на большем угле поворота вала. Это совмещение (совпадение) фиксируется схемой совпадения СС, с формированием импульса Исовп. Импульс Исовп, как сказано выше, схемой управления преобразуется в сигнал и уровень которого удерживается до окончания оборота валом до прихода очередного импульса И0.The converted impulse And non of the sensor D non , the zero gear tooth at M cr > 0, is shifted with a lag in the angle of rotation of the shaft from the impulse And cf in proportion to the angle of rotation of the shaft. Due to the presence of a twist of the shaft θ, the pulses And c and And non will be combined (coincide) at a larger angle of rotation of the shaft. This combination (coincidence) is fixed by the coincidence circuit of the SS, with the formation of an impulse And coinc . The impulse And coincides , as mentioned above, by the control circuit is converted into a signal and the level of which is held until the end of the revolution by the shaft until the arrival of the next impulse And 0 .

Импульс совпадения Исовп (и его сигнал) в системе СУ прекращает доступ измерительных импульсов Иизм на вход СХХ и далее на вход СПС.The coincidence pulse And coincides (and its signal) in the control system stops access of the measuring pulses And ism to the input of the CXX and then to the input of the ATP.

Сумма измерительных импульсов Иизм в счетчике полезного сигнала СПС и есть фактически результат измерения. Этот же импульс Исовп включает декадную схему индикатора ИНД в режим индикации до завершения оборота валом, где вновь сформированный импульс И0 произведет обнуление схемы и даст разрешение следующему циклу измерения.The sum of the measuring pulses And ism in the counter of the useful signal of the ATP is actually the result of the measurement. The same pulse And coincides the ten- day circuit of the IND indicator into the display mode until the shaft completes the turn, where the newly generated pulse And 0 will zero the circuit and give permission to the next measurement cycle.

При включении и выключении измерительных импульсов Иизм на суммирование в СХХ, СПС, из-за несовпадения команд коммутации в системе управления, возможна потеря одного, двух импульсов счета. Чтобы уменьшить "вес" потерянных импульсов и он был бы незначительным, суммируются (считаются) специально подготовленные импульсы умножителем частоты измерительных импульсов УЧИИ.When turning on and off the measuring pulses AND ISM for summing in SHX, ATP, due to the mismatch of the switching commands in the control system, one or two counting pulses may be lost. In order to reduce the “weight” of the lost pulses and it would be insignificant, specially prepared pulses are summed up (considered) by the frequency multiplier of the measuring pulses of the UCHII.

Угловая длительность импульсов Исч, Инон задается формирователями угловой длительности ФД1, ФД2, используя фиксированное число импульсов после умножителя частоты следования импульсов умножителя частоты шаговых импульсов - УЧШИ, преобразуя кратковременные начальные импульсы Исч.нач, Инон.нач до угловой длительности действия δу .The angular duration of pulses And cf , And non is set by the formers of the angular duration FD 1 , FD 2 , using a fixed number of pulses after the multiplier of the pulse repetition rate of the step frequency multiplier - UCHSHI, converting short-term initial pulses And counting , And non-starting to angular duration actions δ у

Такой прием формирования угловой длительности δу импульсов Исч, Инон позволяет избежать погрешности измерения в широком диапазоне частоты вращения вала. Ключ КП в нажатом положении при холостом ходе (Мкр = 0) позволяет измерить технологическую неточность установки шестерен обоих датчиков Дсч, Днон, возникшую из-за несовмещения нулевых зубьев шестерен и установки датчиков частоты вращения. Эта измеренная технологическая неточность в процессе отладки нониусного цифрового измерителя крутящего момента в виде числа импульсов вводится в счетчик холостого хода СХХ внешними ключами К1, К2 - Кn, а в рабочем режиме измерения при Мкр > 0 не поступает в счетчик полезного сигнала СПС. Ключ КП при работе изделия (когда Мкр > 0) позволяет осуществлять сквозную проверку работоспособности системы. Разница показаний индикатора при обоих положениях ключа КП соответствует набранному значению на ключах К1 - Кn при технологической
отладке нониусного цифрового измерителя крутящего момента.
This method of forming the angular duration δ for pulses And cf , And non allows you to avoid the measurement error in a wide range of shaft speed. The key KP in the pressed position at idle (M cr = 0) allows you to measure the technological inaccuracy of the installation of the gears of both sensors D SCH , D non , arising from the non -alignment of zero gear teeth and the installation of speed sensors. This measured technological inaccuracy in the process of debugging a vernier digital torque meter in the form of the number of pulses is entered into the CXX idle counter by external keys K 1 , K 2 - K n , and in the operating mode of measurement at M cr > 0 it does not enter the useful signal counter of the ATP . The key KP during the operation of the product (when M cr > 0) allows for an end-to-end check of the system’s performance. The difference in the indicator readings at both positions of the key KP corresponds to the dialed value on the keys K 1 - K n with technological
debugging a vernier digital torque meter.

Выход в систему регулятора изделия предусмотрен в виде единичного кода посылками серий импульсов Иизм каждый совершенный цикл измерений (т.е. каждый совершенный оборот вала), а также и импульсов И0.An output to the product controller system is provided in the form of a single code by sending series of pulses And ism each perfect measurement cycle (i.e., every perfect revolution of the shaft), as well as And 0 pulses.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения приведен пример способа измерения угла закрутки вала, закрученного действием крутящего момента с использованием шкалы Нониуса при непрерывно вращающемся вале на авиационном двигателе. To confirm the possibility of carrying out the invention, an example of a method for measuring the angle of rotation of a shaft twisted by the action of torque using the Nonius scale with a continuously rotating shaft on an aircraft engine is given.

1. Исходные данные для расчета. 1. The initial data for the calculation.

Частота вращения вала (обороты двигателя). Shaft speed (engine speed).

nmin = 4000 об/мин; nmax = 9000 об/мин.n min = 4000 rpm; n max = 9000 rpm

Номинальная закрутка вала крутящим моментом θ = 2° (при длине вала l = 350 мм).Nominal twist of the shaft with a torque θ = 2 ° (with a shaft length l = 350 mm).

Требуемая точность измерения крутящего момента не хуже, чем 0,25% от номинального значения Мкр.The required accuracy of measuring torque is not worse than 0.25% of the nominal value of M cr .

1.1. Датчики частоты вращения - ДЧВ
Выбраны с учетом характеристик и конструктивных особенностей, серийно освоенных в производстве, датчики ДЧВ-2500 (2500 Гц - верх. диапазон по Т.У. ).
1.1. RPM Sensors
Selected taking into account the characteristics and design features, serially mastered in production, sensors ДЧВ-2500 (2500 Hz - upper range according to T.U.).

1.2. Возбудители датчиков. 1.2. Pathogens of sensors.

По конструктивным и технологическим соображениям, возбудители датчиков эвольвентные шестерни с числом зубьев:
шестерня счета Z1 = 68 зуба
шестерня нониуса Z2 = Z1 + 1 = 69 зуба.
For structural and technological reasons, sensor exciters are involute gears with the number of teeth:
counting gear Z 1 = 68 teeth
nonius gear Z 2 = Z 1 + 1 = 69 teeth.

Возбудитель датчика нулевого импульса принят в виде диска с одной впадиной Z0 = 1. Примечание. При необходимости наружный диаметр шестерен Z1 и Z2 отшлифовать на два радиуса по делительным окружностям шестерен.The causative agent of the zero-pulse sensor is adopted in the form of a disk with one cavity Z 0 = 1. Note. If necessary, grind the outer diameter of the gears Z 1 and Z 2 by two radii along the pitch circles of the gears.

2. Угловой шаг шестерен. 2. The angular pitch of the gears.

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

3. Угловая разность шага возбудителей (Дискретный угол). 3. The angular difference in the step of the pathogens (discrete angle).

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

4. Диаграмма угловой расстановки импульсов датчиков Дсч, Днон (фиг. 4) (при Мкр = 0 по повороту вала за один оборот)
Импульсы счета Исч и нониуса Инон при Мкр = 0 совпадают (и совмещаются) передними фронтами в начале и конце каждого оборота.
4. The diagram of the angular arrangement of the impulses of the sensors D MF , D non (Fig. 4) (when M cr = 0 by rotation of the shaft in one revolution)
Counting pulses and MF and non vernier And when M cr = 0 are the same (and are aligned) the leading edges of the start and end of each turn.

Длительность импульсов δу (угловая) Исч, Инон равна

Figure 00000004
.The duration of the pulses δ y (angular) And mid , And non equal
Figure 00000004
.

5. Совпадение импульсов Исч, Инон при θ > 0 и Мкр > 0.5. The coincidence of the pulses And cf , And non at θ> 0 and M cr > 0.

На предыдущей диаграмме при Мкр = 0 совпадают нулевые импульсы. По мере приращения θ последовательность совпадения импульсов при каждом приращении θ на угол Δу выполняется последовательно на первой паре импульсов Исч1, Инон1, на второй паре и т.д.In the previous diagram, when M cr = 0, zero pulses coincide. As the increment θ, the sequence of coincidence of pulses for each increment of θ by the angle Δ y is performed sequentially on the first pair of pulses And cf1 , And non1 , on the second pair, etc.

Таким образом, угол φc совпадения импульсов каждой пары зубьев пропорционален углу закрутки вала.Thus, the angle φ c coincidence pulse of each pair of teeth proportional to the angle of twist of the shaft.

В угол шага шестерни нониуса

Figure 00000005
угловая разность шага шестерен Δу укладывается Z1 раз.Into the pitch angle of the vernier gear
Figure 00000005
the angular difference of the pitch of the gears Δ y fits Z 1 time.

Figure 00000006
,
т.е. угол Δу= 0,0767° кратно укладывается в шаг Шнон = 5,2174o.
Figure 00000006
,
those. the angle Δ y = 0.0767 ° fits into the step W non = 5.2174 o .

Так как требуемый диапазон измерения закрутки вала равен θ = 2° номер пары совмещенных импульсов Nпси (соответствующий углу закрутки вала) определится как

Figure 00000007
.Since the required measuring range of the twist of the shaft is θ = 2 °, the number of a pair of combined pulses N psi (corresponding to the angle of twist of the shaft) is defined as
Figure 00000007
.

При этом передние фронты импульсов Исч и Инон не совпали, но эти импульсы с угловой длительностью δу совместились для формирования импульса (и сигнала) совпадения Исовп (фиг. 5).In this case, the leading edges of the pulses And cf and I non did not coincide, but these pulses with an angular duration δ y were combined to form a pulse (and signal) of coincidence And coincided (Fig. 5).

Проверка. Что "весит" 0,0685 "зуба" в угловых единицах?

Figure 00000008
.Verification What weighs 0.0685 “teeth” in angular units?
Figure 00000008
.

Несовпадение передних фронтов импульсов Исч и Инон на X = 0,00526o меньше, чем δу= 0,03835° , что и должно выполняться при цифровом (дискретном) способе обработки информации.The mismatch of the leading edges of the pulses And c and And non on X = 0,00526 o less than δ y = 0,03835 ° , which should be done with a digital (discrete) method of processing information.

6. Угол совпадения φc , при котором прекращается суммирование импульсов счета.6. The angle of coincidence φ c , at which the summation of the count pulses stops.

Figure 00000009
.
Figure 00000009
.

При закрутке вала на θ = 2° угловой коэффициент передачи Kпс способа составит

Figure 00000010
.When the shaft is twisted by θ = 2 °, the angular transmission coefficient K ps of the method will be
Figure 00000010
.

7. Погрешность способа. 7. The error of the method.

Относительная погрешность, отнесенная к номинальному значению θ = 2° составит

Figure 00000011
.The relative error related to the nominal value θ = 2 ° will be
Figure 00000011
.

8. Формирование постоянной величины угловой длительности импульсов Исч, Инон при изменении оборотов вала.8. The formation of a constant value of the angular pulse duration And MF , And non when changing the speed of the shaft.

На фиг. 2 представленная блок-схема, которая предусматривает использование в качестве генератора импульсов преобразованные по форме импульсы Иисх датчика Дсч, частота следования которых отслеживает частоту вращения вала.In FIG. 2 is a block diagram that provides for the use as a pulse generator of pulse-converted pulses And ref sensor D sc , the repetition rate of which tracks the shaft speed.

Следовательно, и длительность δу импульсов Исч, Инон должна отслеживаться по оборотам вала в той же зависимости (пропорции). Для этой цели в схеме предусмотрены формирователи длительности ФД1, (ФД2) в одинаковом схемном исполнении.Therefore, the duration δ of the pulses And cf , And non should be monitored by the revolutions of the shaft in the same dependence (proportion). For this purpose, the circuit provides formers of duration ФД 1 , (ФД 2 ) in the same circuit design.

Ниже приведена диаграмма импульсов Исч.нач, Исч, Иучши, δτ , И0, по каналу датчика Дсч. Длительность Исч.нач по времени формирует ФД1 /2/.Below is a diagram of pulses And counting , And sc , And learning , δ τ , And 0 , on the sensor channel D sc . Duration And counting over time forms PD 1/2 /.

Угловая длительность δу импульса счета Исч формируется передним фронтом импульса Исч.нач и заканчивается по мере накопления (заданных) импульсов Иучши, поступающих после умножителя частоты шаговых импульсов в количестве 32 импульсов.Angle δ duration at a pulse is generated and MF and the front edge of the pulse and ends sch.nach the accumulation (predetermined) pulse and uchshi arriving after frequency multiplier of step pulses of 32 pulses.

Шаговые импульсы Иучши формируются после умножителя частоты сигналов Дсч, сигнал которого в силу принятого числа зубьев шестерни счета Z1 = 68 близок к гармонической форме и позволяет выполнять действие умножения.Step pulses And students are formed after the signal frequency multiplier D cf , the signal of which, due to the adopted number of gear teeth of the counting gear Z 1 = 68, is close to the harmonic shape and allows performing the multiplication action.

Примем коэффициент умножителя импульсов Исчисх умножителем частоты шаговых импульсов равным K = 212 = 4096, тогда (фиг. 6, диаграмма) число импульсов ∑ Uучши формируемые угловую длительность будет:

Figure 00000012
.We take the coefficient of the pulse multiplier And with the frequency multiplier of the step pulses equal to K = 2 12 = 4096, then (Fig. 6, diagram) the number of pulses ∑ U taking into account the formed angular duration will be:
Figure 00000012
.

В целях схемного решения формирователя ФД1 (ФД2) примем число ∑Uучши= 25= 32 . Такое упрощение внесет дополнительную ошибку в измерение. С учетом этой дополнительной (внесенной) ошибки погрешность измерения составит

Figure 00000013
.In order to schematically solve the shaper ФД 1 (ФД 2 ), we take the number уч U = = 2 5 = 32. This simplification will introduce an additional error into the measurement. Given this additional (introduced) error, the measurement error will be
Figure 00000013
.

9. Сумма измерительных импульсов (емкость счетчика полезного сигнала СПС и счетчика холостого хода СХХ). 9. The sum of the measuring pulses (the capacity of the counter of the useful signal of the ATP and the idle counter SHX).

Номинальный угол совпадения φc при θ = 2° составляет 136o поворота вала (п. 6) и соответствует совпадению на 26 паре зубьев шестерен датчиков Дсч, Днон.The nominal angle of coincidence φ c at θ = 2 ° is 136 o of rotation of the shaft (p. 6) and corresponds to a coincidence on 26 pairs of teeth of the gears of the sensors D sc , D non .

Чтобы уменьшить "вес" потерянного импульса Иизм при несовпадении команд формируемых системой управления СУ, применен умножитель частоты измерительных импульсов УЧШИ. Исходя из этого при φc= 136° (совпадает 26-я пара зубьев) коэффициент УЧШИ принимается равным
Kизм = 27 = 128.
To reduce the "weight" of the lost impulse AND ism when the commands generated by the control system of the control system do not coincide, a frequency multiplier of the measuring pulses is applied. Based on this, at φ c = 136 ° (the 26th pair of teeth coincides), the UCHI coefficient is taken equal
K meas = 2 7 = 128.

При принятом значении Kизм за поворот вала на угол, равный Шсч = 5,2941o сформируется 128 импульсов Иизм, а к моменту совпадения импульсов Исч и Инон на 26-й паре зубьев (φc= 136°) шестерен сумма измерительных импульсов составит

Figure 00000014
.If the received value K MOD shaft for rotation through an angle equal to W MF = 5,2941 o 128 pulses formed and edited, and the moment of coincidence pulses and MF and non And on the 26th pair of teeth (φ c = 136 °) amount gears measuring pulses will be
Figure 00000014
.

Цена "потерянного" импульса Иизм в процентах составит

Figure 00000015
.The price of the "lost" impulse And the change in percent will be
Figure 00000015
.

10. Полная емкость счетчика

Figure 00000016
полезного сигнала счетчика полезного сигнала СПС принимается с резервом
Figure 00000017
.10. Total counter capacity
Figure 00000016
useful signal counter useful signal SPS is taken with a reserve
Figure 00000017
.

11. Полная емкость счетчика

Figure 00000018
холостого хода - СХХ принимается равной емкости СПС.11. Total counter capacity
Figure 00000018
idle - SHX is taken equal to the capacity of the ATP.

12. Погрешность. 12. The error.

Суммарная погрешность измерения при принятых и заданных значениях Z1, Z2, θ составит при арифметическом подсчете методом суммирования составляющих и потери импульса Иизм из-за несовпадения команд СУ.The total measurement error at the accepted and given values of Z 1 , Z 2 , θ will be during arithmetic calculation by the method of summing the components and impulse loss And ism due to the mismatch of the commands of the control system.

Figure 00000019
.
Figure 00000019
.

13. Угловая длительность δу (п. 8) импульсов Исч, Инон формируется 32 импульсами Иучши - умножителя частоты шаговых импульсов.13. The angular duration δ y (p. 8) of pulses And cf , And non is formed by 32 pulses And after - a frequency multiplier of step pulses.

Временная длительность δτ начальных импульсов Исч.нач принимается равной половине времени, потребного на совершение поворота вала на угол δу (фиг. 6).The time duration δ τ of the initial pulses And counting is taken equal to half the time required to complete the rotation of the shaft at an angle δ y (Fig. 6).

Период оборота вала при nmax = 9000 об/мин

Figure 00000020
.The period of rotation of the shaft at n max = 9000 rpm
Figure 00000020
.

Период оборота вала при nmin = 4000 об/мин

Figure 00000021
,
временная длительность δτ на этих оборотах вала будет
Figure 00000022
.The period of rotation of the shaft at n min = 4000 rpm
Figure 00000021
,
time duration δ τ at these shaft revolutions will be
Figure 00000022
.

В целях упрощения схемы ФФ1 (ФФ2, ФФ3) принимается длительность начальных импульсов И0; Исч.нач; Инон.нач одинаковой

Figure 00000023
.In order to simplify the scheme of FF 1 (FF 2 , FF 3 ), the duration of the initial pulses And 0 ; And sch.nach ; And non.nach the same
Figure 00000023
.

14. Уравнение способа нониусного цифрового измерителя Мкр.14. The equation of the method of the vernier digital meter M cr .

В пункте 5 расчета показано, что в угол шага нониусной шестерни Шнон, разность Δу шагов шестерен счета и нониуса укладывается кратно Z1 раз (68 раз)
Принимая во внимание, что приращение угла закрутки вала θ на величину Δу пропорционально сумме числа измерительных импульсов ∑ Uизм , эквивалентно коэффициенту умножения измерительных импульсов Kизм (п. 9), следует, что сумма измерительных импульсов от начала счета измерения до номера пары зубьев шестерен Nпси, на которой происходит совмещение импульсов Исч, Инон, обеспечивающих формирование импульса совпадения Исовп. выразится как:

Figure 00000024
.In paragraph 5 of the calculation, it is shown that in the pitch angle of the vernier gear Ш non , the difference Δ between the steps of the counting and vernier gears fits multiple times Z 1 time (68 times)
Taking into account that the increment of the angle of rotation of the shaft θ by Δ y is proportional to the sum of the number of measuring pulses ∑ U ISM , is equivalent to the multiplication factor of the measuring pulses K ISM (item 9), it follows that the sum of the measuring pulses from the beginning of the measurement to the number of teeth gears N psi , on which the combination of impulses And cf , And non , providing the formation of a coincidence pulse And coincide . expressed as:
Figure 00000024
.

В конкретном случае расчета при Z1 = 68, Z2 = 69 и Kизм = 128

Figure 00000025
.In the specific case of the calculation at Z 1 = 68, Z 2 = 69 and K rev = 128
Figure 00000025
.

Используя характеристику упругой закрутки вала от приложенного момента кручения, полученную в статических условиях тарировки (т.е. θ = f/Mкр(по числу ∑ Uизм определится действующий крутящий момент во время работы изделия.Using the characteristic of the elastic twist of the shaft from the applied torsion moment obtained under static calibration conditions (i.e., θ = f / M cr (based on the number ∑ U ism , the effective torque during operation of the product is determined).

Результаты расчета конкретного применения данного способа показывают:
1. Погрешность измерения крутящего момента на номинальном режиме изделия обеспечивается не хуже, чем 0,25% (По расчету 0,1% п. 12).
The results of the calculation of the specific application of this method show:
1. The measurement error of the torque at the nominal mode of the product is provided no worse than 0.25% (According to the calculation of 0.1% p. 12).

2. Данный способ обеспечивает выходную информацию для системы регулирования изделия в виде единичного кода (фиг. 2). 2. This method provides output information for the product control system in the form of a single code (Fig. 2).

3. Способ обеспечивает возможность проведения сквозной проверки технического состояния измерителя в процессе эксплуатации изделия без применения внешних контрольных систем (фиг. 2). 3. The method provides the ability to conduct end-to-end verification of the technical condition of the meter during operation of the product without the use of external control systems (Fig. 2).

4. При отладочных работах нониусным цифровым измерителем крутящего момента обеспечивается приборным методом возможность корректировки технологических неточностей и допусков на изготовление и сборку узлов измерителя, учитывающих эти неточности набором положения внешних электрических ключей (фиг. 2). 4. During debugging with a nonius digital digital torque meter, it is possible using the instrument method to correct technological inaccuracies and tolerances for the manufacture and assembly of meter assemblies that take these inaccuracies into account by dialing the position of external electrical keys (Fig. 2).

Claims (1)

1. Способ измерения угла закрутки вала, закрученного действием крутящего момента с использованием шкалы Нониуса при непрерывно вращающемся вале, отличающийся тем, что датчик нулевого импульса, индуктор управления с прорезью, смещенное с опережением в угловом направлении вращения вала относительно нулевого зуба шестерни датчика счета, и формирователь формы импульсом формируют прямоугольные нулевые импульсы с заданной длительностью действия по времени, датчик счета с умножителями частоты соответственно измерительных и шаговых импульсов непрерывно формируют соответствующие кратковременные прямоугольные измерительные и шаговые импульсы, датчик счета со счетной шестерней и нониусный датчик с нониусной шестерней с соответствующими формирователями формы импульсов, а также формирователями угловой длительности формируют прямоугольные импульсы счета и нониусные импульсы, длительность которых ограничена числом периодов частоты следования шаговых импульсов, при совпадении счетных и нониусных импульсов по углу поворота вала формируют импульсы совпадения схемой совпадения и сигналы совпадения схемой управления, по сигналу совпадения прекращают наполнение прямоугольными измерительными импульсами счетчиков холостого и полезного сигнала и сбрасывают измерительные импульсы на индикатор до углового положения вала, при котором датчик нулевого импульса и индуктор управления формируют прямоугольные нулевые импульсы. 1. The method of measuring the angle of rotation of the shaft, twisted by the action of torque using the Nonius scale with a continuously rotating shaft, characterized in that the zero-pulse sensor, a control inductor with a slot, offset in advance in the angular direction of rotation of the shaft relative to the zero tooth gear counting sensor, and a pulse shaper forms rectangular zero pulses with a given duration of time, a counting sensor with frequency multipliers, respectively, measuring and step pulses The corresponding short-time rectangular measuring and step pulses are continuously formed, the counting sensor with a counting gear and the vernier sensor with a vernier gear with the corresponding pulse shapers, as well as the angular duration shapers, form rectangular counting pulses and nonius pulses, the duration of which is limited by the number of periods of the repetition rate of the step pulses , with the coincidence of the counting and vernier pulses along the angle of rotation of the shaft, pulses of coincidence are formed by the coincidence circuit eniya coincidence signals and the control circuit, the alarm coincidence stop filling rectangular measuring pulse counters idle and useful signal and reset pulses for the measuring light to the angular position of the shaft at which the zero pulse sensor and the control inductor of rectangular shape zero pulses.
SU5061658/28 1992-09-07 1992-09-07 Method of measuring of twisting angle of shaft twisted by torque action with use of nonius scale and with shaft rotating continuously RU2107271C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5061658/28 RU2107271C1 (en) 1992-09-07 1992-09-07 Method of measuring of twisting angle of shaft twisted by torque action with use of nonius scale and with shaft rotating continuously

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5061658/28 RU2107271C1 (en) 1992-09-07 1992-09-07 Method of measuring of twisting angle of shaft twisted by torque action with use of nonius scale and with shaft rotating continuously

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU5061658A RU5061658A (en) 1998-01-10
RU2107271C1 true RU2107271C1 (en) 1998-03-20

Family

ID=21613012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5061658/28 RU2107271C1 (en) 1992-09-07 1992-09-07 Method of measuring of twisting angle of shaft twisted by torque action with use of nonius scale and with shaft rotating continuously

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2107271C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4050747A (en) Digital wheel speed circuit arranged to compensate for dimensional irregularities of sensor rotor member
US4020685A (en) Phasemeters
GB2197074A (en) Master gear error compensation
US4499760A (en) Device and process for high-precision measurement of the phase relationship and phase displacement, respectively, of two pulse trains
US3816712A (en) Method and apparatus for detecting relative deviations in position of two parts moved in a predetermined desired relationship
US3683684A (en) Measuring apparatus employing variable frequency transducer
RU2107271C1 (en) Method of measuring of twisting angle of shaft twisted by torque action with use of nonius scale and with shaft rotating continuously
US3555542A (en) Methods and apparatus for determining the angular position of a shaft
US4352295A (en) Instantaneous torque determining apparatus
McCarthy A digital instantaneous frequency meter
GB2206757A (en) Measuring the frequency of a sinusoidal signal
CN85109067A (en) Engine puts on the assay method of the loading moment on the rotary load
US3867617A (en) Conversion unit for electrical signal sequences
JP3054753B2 (en) Absolute value type multi-turn encoder
JPS62224766A (en) Belt slip ratio gauge
US3555908A (en) Altitude indicator
JPS59116023A (en) Torque detector
CN85100389B (en) Dynamic testing method and its app. for the torque-speed characteristics of asynchronous motor
SU993307A1 (en) Device for determining error of shaft angular position-to-code converter
SU632956A1 (en) Digital meter of induction electric motor rotational speed
SU996876A1 (en) Device for measuring torque
JPS6125301B2 (en)
SU1516809A1 (en) Digital meter of torque and power
RU2060585C1 (en) Verification method for angle-of-shaft-turn-to-code converter
SU1272271A1 (en) Digital spectrum analyzer