SU746215A1

SU746215A1 - Apparatus for measuring shaft torque

Info

Publication number: SU746215A1
Application number: SU782641728A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Григорьевич Эпельбаум
Original assignee: Предприятие П/Я А-3395
Priority date: 1978-07-05
Filing date: 1978-07-05
Publication date: 1980-07-07

Description

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента на валу, _в частности для измере- _|ния мгновенных значений крутящего момента .торсиона управления агрегатами механизации крыла летательного аппарата.The invention relates to load measuring technique and can be used to measure torque on the shaft, in particular for measuring _| instantaneous values of torque. torsion control units of mechanization of the wing of an aircraft.

Известно устройство для измерения скручивания вала, содержащее два импульсных датчика, расположенных на концах базового ·участка вала, фазовый компаратор и регистратор [1] .A device for measuring the twisting of the shaft, containing two pulse sensors located at the ends of the base · section of the shaft, a phase comparator and recorder [1].

Однако устройство не обеспечивает требуемой точности измерения мгно-1 венных значений крутящего момента из-за малого быстродействия фазового компаратора.However, the device does not provide the required accuracy of measuring instantaneous torque values due to the low speed of the phase comparator.

Наиболее близким по технической 20 .сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения крутящего момента на валу, содержащее два импульсных датчика, разнесенных по длине вала, блок25 сравнения, цифровой'счетчик, формирователь импульсов сброса и блок инди-. кации (2) .The closest in technical essence and achieved result to the proposed one is a device for measuring the torque on the shaft, containing two pulse sensors spaced along the length of the shaft, a comparison unit25, a digital counter, a reset pulse generator and an indi- cations (2).

Недостатком такого устройства является низкая точность измерения 3Q крутящих моментов на тонких длинных Фалах с большими углами закрутки от мгновенных скручивающих моментов. Цель изобретения — повышение точности измерения мгновенных значений знакопеременного крутящего момента.The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring 3Q of torques on thin long Fal with large angles of rotation from instantaneous twisting torques. The purpose of the invention is to increase the accuracy of measuring instantaneous values of alternating torque.

Указанная цель достигается тем, что в нем цифровой счетчик выполнен в виде двух независимых п-разрядных счетчиков,входы которых подключ е ны к соответствующим импульс ным датчикам, а выходы h разрядов соединены со входами η поразрядных схем 5 сравнения блока сравнения, при этом обнуляющие входы η-разрядных счетчиков соединены с выходом формирователя импульсов сброса, а выходы старших разрядов цифровых счетчиков связаны с формирователем модуля счета блока сравнения, причем выходы поразрядных схем сравнения и формирователя модуля счета связаны со входами блока индикации.This goal is achieved by the fact that in it the digital counter is made in the form of two independent p-bit counters, the inputs of which are connected to the corresponding pulse sensors, and the outputs of the h bits are connected to the inputs η of the bitwise comparison circuits 5 of the comparison unit comparison, while the zeroing inputs η-bit counters are connected to the output of the reset pulse shaper, and the outputs of the upper bits of the digital counters are connected to the shaper of the counting module of the comparison unit, and the outputs of the bitwise comparison circuits and the shaper of the counting module with yazany to the inputs of the indication unit.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — пример диаграммы работы устройства с четырехразрядным двоичным счетчиком и дискретностью определения (разрешаю3 шей способностью) угла скручивания, равной одному градусу, при мгновенном скручивании вала на угол 5° с дальнейшим исчезновением скручивающего момента; на фиг. 3 — пример диаграммы работы устройства с четырехразрядным счетчиком и дискретностью определения угласкручивания, равной одному градусу, при мгновенном скручивании вала на угол 5*> и продолжающимся вращением вала с указанным углом закрутки.In FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 is an example of a device operation diagram with a four-digit binary counter and a discreteness of determination (resolving power) of a twisting angle equal to one degree, with instantaneous twisting of the shaft by an angle of 5 ° with a further disappearance of the twisting moment; in FIG. 3 is an example of a diagram of a device with a four-digit counter and a discrete determination of the angle of rotation equal to one degree, with instantaneous twisting of the shaft by an angle of 5 *> and the continued rotation of the shaft with the specified angle of twist.

Устройство для измерения крутящего момента на валу содержит два импульсных датчика 1 и 2, расположен' ных по концам вала₁ в районах индукторов 3 и 4, вращающихся вместе с валом. Датчики 1 и 2 через усилители-формирователи 5 и б подсоединены соответственно к триггерам 7’ й 8¹ первых разрядов η-разрядных двоичных цифровых счетчиков 7 и 8.Выходы триггеров η разрядов счетчиков 7 и 8 подсоединены к η схемам 9^-9° поразрядного сравнения чисел блока 9 сравнения, а выходы триггеров старших разрядов счетчиков 7° и 8^П помимо этого подсоединены к формирователю 10 модуля счета блока 9 сравнения. Формирователь'16 модуля счёта представляет йэ себя блок формирования числа 2, где η - количество разрядов счетчика, например для четырехраз’ рядного счетчика, рассчитанного для максимального угла скручивания <х=15° , и дискретности определения угла скручивания, равной одному градусу, п=4, а модуль счета равен шестнадцати. Выходы схем 9’-9 поразрядного сравнения чисел и формирователя 10 модуля счета’, подсоединены к дешифратору 11, в котором осуществляется преобразование двоичного кода в десятич- ный. Выход дешифратора 11 подключен ко входу цифрового индикатора 12 блока индикации 13. Выходы датчиков 1 и 2 подключены ко входам формирователя 14 импульсов сброса, подсоединенного , к обнуляющим входам счетчиков 7 и 8,A device for measuring the torque on the shaft contains two pulse sensors 1 and 2 located at the ends of the shaft ₁ in the regions of the inductors 3 and 4, rotating together with the shaft. Sensors 1 and 2 are connected through amplifiers-shapers 5 and b, respectively, to the triggers 7'th 8 ^{1 of the} first bits of η-bit binary digital counters 7 and 8. The outputs of the triggers η bits of the counters 7 and 8 are connected to η circuits 9 ^ -9 ° bit comparing the numbers of the comparison unit 9, and the outputs of the triggers of the high-order bits of the counters 7 ° and 8 ^{P are} also connected to the shaper 10 of the counting unit of the comparison unit 9. The shaper'16 of the counting module represents itself the unit for generating the number 2, where η is the number of bits of the counter, for example, for a four-time counter calculated for the maximum twisting angle <x = 15 °, and the resolution of determining the twisting angle equal to one degree, n = 4, and the account module is sixteen. The outputs of circuits 9'-9 of bitwise comparison of numbers and shaper 10 of the counting module 'are connected to a decoder 11, in which the binary to decimal is converted. The output of the decoder 11 is connected to the input of the digital indicator 12 of the display unit 13. The outputs of the sensors 1 and 2 are connected to the inputs of the driver 14 of the reset pulses connected to the zeroing inputs of the counters 7 and 8,

Импульсные датчики 3 и 4 по выходу могут быть подключены непосредственно к счетчикам 7 и 8.Pulse sensors 3 and 4 at the output can be connected directly to the counters 7 and 8.

Позициями 15-31 (фиг.2 и 3) обо- / , значены оси временных диаграмм, поясняющий работу устройства на примере счетырехразряд ними двоичными счетчиками и дискретностью определения угла скручивания, равной одному градусу. По оси 15 изображены импульсы, поступающие от датчика 1, по оси 16 — импульсы, поступающие от датчика 2, по осям 17-20 — выходные сигналы триггеров счетчика 7, по осям 21-24 — выходные сигналы триггеров счетчика 8,60 по оси 25 — импульс сброса, поступающий с блока 14. По осям 25-29 — выходные сигналы блоков' поразрядного сравнения 9*-9⁴, а по оси 30 — выходной сигнал блока 10 формирования чис10 ра диав счетфиксироэтом ла 2⁴. Ось 31 — величина угла скручивания, получаемая на выходе цифрового индикатора 12.Positions 15-31 (FIGS. 2 and 3) mean /, the axis of the time diagrams illustrating the operation of the device by the example of four-digit binary counters and the discreteness of determining the twist angle equal to one degree. The axis 15 shows the pulses coming from the sensor 1, the axis 16 shows the pulses coming from the sensor 2, the axes 17-20 show the output signals of the trigger counter 7, the axes 21-24 show the output signals of the trigger counter 8.60 along the 25 axis Is the reset pulse coming from block 14. Along the axes 25-29 are the output signals of the bit-wise comparison blocks 9 * -9 ⁴ , and along the axis 30, the output signal of the block 10 for forming the number 10 by counting and fixing this to 2 ⁴ . Axis 31 is the value of the twist angle obtained at the output of the digital indicator 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При вращении вала индукторы 3 и 4 через равные угловые промежутки (на диаграммах через угол 1°) наводят в датчиках 1 и 2 импульсы. Импульсы от датчиков через усилители-формирователи 5 и 6 поступают соответственно на счетные входы триггеров 7¹ и в¹' первых разрядов счетчиков 7 и 8.When the shaft rotates, inductors 3 and 4 through equal angular gaps (in the diagrams through an angle of 1 °) induce pulses in sensors 1 and 2. The pulses from the sensors through the amplifiers-shapers 5 and 6 respectively arrive at the counting inputs of the triggers 7 ¹ and in ¹ 'of the first bits of the counters 7 and 8.

Датчики 1 и 2 выставлены таким образом, чтобы при отсутствии скручивания вала импульсы на счетчики 7 и 8 приходили одновременно граммах в диапазоне tp-t^) и чиках в любой момент времени вались одинаковые числа. При блоки 9¹ — 9^П поразрядного сравнения выдают на цифровой индикатор значение крутящего момента (или угла закрутки) равное нулю.Sensors 1 and 2 are set in such a way that, in the absence of twisting of the shaft, the pulses to the counters 7 and 8 arrive simultaneously at the same time in the range tp-t ^) and at the same time at the same time. When blocks 9 ¹ - 9 ^P bitwise comparison give on a digital indicator the value of the torque (or twist angle) equal to zero.

В случае появления в какой-нибудь момент времени скручивания вала в результате появления скручивающего -момента (на диаграммах момент времени t₁ ) на один из счетчиков (на диаграммах на счетчик 8) в результате торможения соответствующего конца вала пройдет на m импульсов (на диаграммах на 5 импульсов) меньше, чем на второй. В этом случае блоки 9“*-9^П поразрядного сравнения . (на диаграммах 9¹-9⁴) будут выдавать на соответствующие числовые входы дешифратора 2° , 2¹ , . . . , 2^h'’ ные сигналы соответствующих ров счетчиков 7 и 8.In the case of torsion of the shaft at some point in time as a result of the appearance of a torsional moment (time t ₁ in the diagrams) to one of the counters (in the diagrams to counter 8) as a result of braking of the corresponding shaft end, m pulses will pass (in the diagrams on 5 pulses) less than the second. In this case, blocks 9 "* - 9 ^P bitwise comparison. (in diagrams 9 ¹ -9 ⁴ ) will be given to the corresponding numerical inputs of the decoder 2 °, 2 ¹ ,. . . , 2 ^h '' signals of the corresponding ditches of counters 7 and 8.

В случае,когда один из счетчиков переполнился, для получения действительной разницы чисел необходимо до момента переполнения второго счетчика в дешифратор 11 подать число, соответствующее следующему разряду счета, т.е. число 2^П (на диаграммах п = 4). Иначе, если,например,скручивание вала началось при числе счета 13 на обоих счетчиках, то на, одном из них прекратится счет на этом числе, а на другом будет (при угле скручивания ск = 5° ) при дальнейшем скручивании вала на 1° добавляться единица, соответственно при скручивании на 1° получилось бы на выходе схемы сравнения 14 - 13 = 1, на 2° получилось бы 15 - 13 = '2, далее оперёжающий счетчик обнуляется, т.е. при скручивании вала на 3° получилось бы 0-13= - 13, на 4° получилось быIn the event that one of the counters overflows, in order to obtain a real difference in the numbers, it is necessary to submit a number corresponding to the next digit of the count, until the second counter is overflowed, to the decoder 11, i.e. number 2 ^P (in the diagrams n = 4). Otherwise, if, for example, the twisting of the shaft began when the counting number was 13 on both counters, then on one of them the counting on this number will stop, and on the other (with a twisting angle sk = 5 °), with further twisting of the shaft by 1 °, unit, respectively, when twisted by 1 °, it would turn out at the output of the comparison circuit 14 - 13 = 1, 2 ° would get 15 - 13 = '2, then the leading counter is reset to zero, i.e. when twisting the shaft by 3 ° it would turn out 0-13 = - 13, by 4 ° it would turn out

- 13 = -12, на 5° получилось бы- 13 = -12, by 5 ° it would turn out

-13 = -11°и, таким образом, вместо +5° на индикаторе было бы -11°.-13 = -11 ° and, therefore, instead of + 5 °, the indicator would have been -11 °.

Поэтому с момента окончания импульса η-го триггера (на схеме 4-го триггера) опережающего счетчика до момента окончания импульса η-го триггера запаздывающего счетчика, Форразносттригге65 tTherefore, from the moment of the end of the pulse of the ηth trigger (in the diagram of the 4th trigger) of the leading counter to the moment of the end of the pulse of the ηth trigger of the delayed counter, Forrazostrigge65 t

/46215 мирователь 10 модуля счета, запускаемый опережающим счетчиком, выдает на вход числа 2^П дешифратора 11 импульс(на диаграммах это происходит между моментами времени t₂ и ) ./ 46215, the calculator 10 of the counting module, triggered by the leading counter, gives a pulse to the input of the number 2 ^{П of the} decoder 11 (in the diagrams this occurs between the times t ₂ and).

При кратковременном воздействии 5 момента в момент времени t₅ (фиг.2) происходит резкое снятие скручивающего момента, а к моменту времени t₅угол скручивания уменьшается до нуля для вала, сохранившего упругость.With a short-term action of 5 times at time t ₅ (Fig. 2), the torsional moment is abruptly removed, and by the time t _5, the torsion angle decreases to zero for the shaft, which has retained elasticity.

При постоянстве скручивающего момента, начиная' с момента времени t₃(фиг.З), на индикаторе будет отображаться значение этого момента.If the torque is constant, starting from time t ₃ (Fig. ₃ ), the value of this moment will be displayed on the indicator.

- Так как скручивающие моменты находятся в пределах упругости вала, то снятие этих моментов влечет за собой восстановление на цифровом регистраторе значения момента, равное нулю (см.фиг.2).- Since the twisting moments are within the elasticity of the shaft, the removal of these moments entails the restoration of a moment value equal to zero on the digital recorder (see figure 2).

Для устранения возможных ошибок 20 в счете перед началом очередного цикла измерения первым импульсом, / приходящим с любого из датчиков 1 и 2 на формирователь сброса 14, триггеры счетчиков 7 и 8'устанавливаются 25 в нулевое состояние. ,.....To eliminate possible errors 20 in the count before the start of the next measurement cycle with the first pulse / coming from any of the sensors 1 and 2 to the reset shaper 14, the triggers of the counters 7 and 8 'are set 25 to zero. .....

Claims

a twisting angle equal to one degree, with an instantaneous twisting of the shaft through an angle of 5 ° with the further disappearance of the twisting moment; in fig. 3 - an example of a device operation diagram with a four-bit counter and a discreteness of determining the angle of a twist equal to one degree, with instantaneous twisting of the shaft at an angle of 5th, due to the continued rotation of the shaft with the indicated twist angle. The device for measuring the torque on the shaft contains two pulse sensors 1 and 2 located at the ends of the shaft in the regions of the inductors 3 and 4 rotating with the shaft. Sensors 1 and 2 through amplifiers-formers 5 and b are connected respectively to the flip-flops 7 and 8 of the first bits of n-bit binary digital counters 7 and 8. The output of the flip-flops n bits of counters 7 and 8 are connected to n circuits 9–9 One comparison of the numbers of the block 9 is compared, and the outputs of the trigger bits of the higher bits of the counters 7 and 8 are additionally connected to the shaper 10 of the counting module of the block 9 of the comparison. The shaper 10 of the counting unit consists of a BLS of forming the number 2, where n is the number of bits to the counter, for example, for a four-bit counter calculated for the maximum twist angle and discreteness of the twist angle equal to one degree, n, and the counting unit is sixteen. The outputs of circuits 9–9, which are in parallel comparison of numbers and the generator 10 of the counting module, are connected to a decoder 11, in which the conversion of the binary code into the tenth one is performed. The output of the decoder 11 is connected to the input of the digital indicator 12 of the display unit 13. The outputs of sensors 1 and 2 are connected to the inputs of the driver 14 of the reset pulses connected to the plug-in inputs of counters 7 and 8. The pulse sensors 3 and 4 can be connected to the output directly to the counters 7 and 8. Positions 15-31 (FIGS. 2 and 3) designate time axis diagrams that illustrate the operation of the device using, for example, a double-row binary counter | : yyDiscreptive determination of the twist angle equal to one degree. Axis 15 shows pulses. impulses coming from sensor 1, axis 16, arriving from sensor 2, pi axes 17-20 - output signals of three ger of counter 7, axes 21-24 - output signals of trigger triggers on axis 25 - reset pulse, coming from block 14. On axis 25-29 are output signals of one-bit comparison blocks, and on axis 30 is the output signal of block 10 forming number 2, Axis 31 is the amount of twist angle obtained at the output of the digital indicator 12. The device works as follows . When the shaft rotates, the inductors 3 and 4 at equal angular intervals (in diagrams through an angle of 1 °) induce pulses in sensors 1 and 2. The pulses from the sensors through the amplifiers-formers 5 and 6 arrive respectively at the counting inputs of the trigger 7 and the first bits 7 and 8. Sensors 1 and 2 are set so that, in the absence of shaft twisting, the pulses to counters 7 and 8 arrive simultaneously (on the diagrams in the tp-t range in the counters at the same time fixed the same numbers. In this case, blocks 9–9 in parallel comparison provide the digital indicator with a torque value (or twist angle) equal to zero. If a shaft is twisted at any time as a result of a twisting moment appears (in diagrams, time ty) to one of the counters (in Diagrams for counter 8), as a result of braking of the corresponding end of the shaft, it passes by m pulses (in diagrams 5 pulses) less than the second, in this case, one-bit comparison blocks (in the diagrams) will output to the corresponding numeric inputs of the decoder 2, 2,. . . , the difference signals of the corresponding trigger of counters 7 and 8 In the case when one of the counters is full, to get the actual difference of numbers, it is necessary until the second counter overflows into the decoder 11 to get the number corresponding to the next counting digit, i.e. the number 2 (on the diagrams of tc). Otherwise, if, for example, the shaft twisting began when the number of the account was 13 on both counters, then on one of them the counting on this number would stop, and on the other one (at a twist angle from 5 °) with further twisting of the shaft by 1 ° the unit, respectively, when twisting by 1 °, would have turned out at the output of the comparison circuit 14 - 13 1, by 2 °, would have turned out 15 - 13 2, then the leading counter is zeroed, i.e. when the shaft was twisted by 3 °, it would have turned out to be 0-13 - 13, by 4 ° it would have turned out to be 1- 13 -12, by 5 ° it would turn out to be 2- 13 - . Therefore, since the end of the pulse of the nth trigger (on the 4th trigger chart) of the leading counter to the moment of the end of the pulse of the n-th triple-epa delayed counter, the counting module 10 started by the Leading counter, passed pulse number 11 to the input of the 2 decoder ( in the diagrams, this occurs between the instants of time t. For a brief moment of influence at the instant of time tj (Fig. 2), the twisting torque abruptly drops, and by the instant of time tg the twist angle decreases to zero for the shaft that retains its elasticity. At the moment of tj (Fig. 3), the value of this moment will be displayed on the indicator. - Since the twisting moments are within the elastic limit of the shaft, then removing these moments entails restoration on the digital recorder moment values equal to zero (see Fig. 2). To eliminate possible errors in the counting, before the beginning of the next measurement cycle, the first pulse arriving from any of the sensors 1 and 2 on the reset driver 14, the three gers of the counters 7 and 8 are set to zero condition. An apparatus for measuring torque on a shaft, comprising two pulse sensors spaced apart along a shaft width, a comparison unit, a digital counter, a reset pulse shaper, and a display unit, characterized in that, with whole improvements in the measurement accuracy of instantaneous values of the alternating cool w At the moment, there is a digit 5 meter in it made in the form of two independent rv bit counters, the inputs of which are connected to the corresponding pulse sensors, and the outputs of the n bits are connected to the inputs n of the equivalent circuits the comparison block, the numbered inputs of the n-bit counters are connected to the output of the reset pulse shaper, and the outputs of the higher bits of the digital counters are connected to the comparator count module driver, and the outputs of the comparison comparison and count module shaper are connected the inputs of the display unit. Sources of information taken into account in the examination 1. UK patent number 1352275, cl. G 01 L 3/10, IS.

2. USSR author's certificate 558186, cl. G 01 L C / S, 1975 (prototype).

Vuii

t

/