SU996876A1 - Устройство дл измерени крут щего момента - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь3 овано дпй и эмереиий крут ие го момента в силовых установках различной мощности, характера нагрузок и частот вращени .

Известно устройство дл  измерени  крут щего момента, содержащее отметчики , датчики считывани , генератор опорной частоты и электронную схему. В этом устройстве при вращении вала производитс  считывание его меток неподвижно установленными датчиками. Временной сдвиг между импульсами одного датчика и импульсами другого пропорционален углу скручивани  упругого элемента и периоду вращени  вала . Путем преобразовани  полученных сигналов определ ют величину крут щего момента. Дл  повышени  точности измерени  полученные вретменные интервалы заполн ютс  импульсами опорной частоты с последующим их пересчетом. Дл  ЭТОЙ цели в прибор вводитс  дополнительный генератор опорной частоты и пересчетные устройства. Чтобы .исключить вли ние нестабильности частоты опорного генератора, примен ютс  схемы с посто нным измерителем времени СllНедостатком известного устройства  вл етс  низка  чувствительность.

Наиболее близким к предложенному . по технической сущности  вл етс  устройство дл  измерени  крут щего момента, содержащее схему индикации, расположенные на валу и сдвинутые относительно друг друга на первый и второй отметчики угла положени 

10 вала, два датчика считывани , расположенные , на одной линии, параллельной оси вала, и измерительную схему,включающую первый и второй триггеры-преобразователи , св занные своими нуле15 выми выходами с первыми входами двух управл емых ключей соответственно, вторые входы которых св заны с выходом генератора опорной частоты, а выходы св заны с первым и вторым входа20 ми соответственно реверсивного счетчика , кроме того, выход генератора опорной частоты св зан с вторым входом схемы формировани  времени индикации , выход которой св зан с первым

25 входом схемы управлени , а первый вход св зан с нулевьйи выходо ; второго триггера-преобразовател , :единичный выход которого св зан с третьим входом первого триггера-преобразрвг1,30 тел , нулевой выход первого триггерапреобразовател  св зан с вторьом входом второго триггера-преобразовател  и вторым входом схемы управлени , нулевой выход второго триггера-преобразовател  св зан с третьим входом схемы управлени  1,2j.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, .-что измерение возможно только при определенных частотах вра щени  вала, периоды которых кратны времени измерени . Такиережимы воз ,можны у сравнительно узкого круга силовых установок с жесткой частотой вращени , например турбо- и гидроэлетрические установки.

Цель изобретени  - расширение динамического диапазона измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено третьим датчиком считывани / который сдвинут на 180относительно-второго датчика счи-j тывани , а в измерительную схему введены три формировател  сигналов, св занные своими входами с трем  датчиками считывани , .третий триггер-преобразователь , два триггера-блокиратора , третий управл емый ключ, суммирующий счетчик, генератор кода заданного посто нного числа, делительный и множительный блоки, причем выход первого формировател  сигналов св зан с четвертым входом первого триггерапреобразовател  и первыми входами второго триггера-преобразовател  и первого триггера-блокиратора, выход второго формировател  сигналов св зан с вторым входом первого триггера-преобразовател , четвертым входом второго триггера-преобразовател , первым входом второго триггера-блокиратора и вторым входом третьего триггера-преобразовател , третий выход которого св зан с выходом третьего формировател  сигналов, единичный выход первого триггера-блокиратора св зан с первыми входами первого и .третьего триггеров-преобразователей, единичный выход второго триггера-блокиратора св зан с третьим входом второго триггера-преобразовател , нулевой выход третьего триггера-преобразовател  св зан с вторым входом третьего управл емого ключа, первый вход которого св зан с выходом генератора опорной частоты, а выход - с вторым входом суммирующего счетчика, вторые входы первого и второго триггеров-блокираторов св заны с нулевым выходом первогои второго триггеров-преобразователей соответственно, первый вы-. ход схемы управлени  св зан с первым входом делительного блока, второй выход св зан с вторым входом множительного блока, а третий выход св зан с первым входом суммирующего счетчика, с третьими входами т зиггеров-блокираторов , выход суммирующего

счетчика св зан с вторым входом делительного блока, третий вход которого св зан с выходом генератора кода заданного посто нного числа, а выход- с третьим входом множительного блока, первый вход которого св зан с выходом реверсивного счетчика, а выход - с входом схемы индикации.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - положение отметчиков на валу при нагружении последнего; на фиг.З - графики, по сн ющие , работу устройства.

Устройство дл  измерени  крут щего момента (фиг.1) содержит установленные на концах торсионного вала 1 отметчики 2 и 3, сдвинутые один относительно другого т а 180, считывающие датчики УГЛОВ1 положени  отметчиков 4, 5 и б, два из которых (4 и 5 расположены на одной линии, параллельной оси вала 1, а третий датчик б смещен по окружности относительно датчика 4 на 18Q°.

Измерительна  .схема выполнена в виде формирователей сигналов 7, 8 и

9,триггеров-преобразователей 10, 11 и 12, триггеров-блокираторов 13 и 14 ключей 15, 16 и 17, генератора опорной частоты 18, реверсивного 19 и суммирующего 20 счетчиков, схем управлени  21 и формировани  времени индикации 22, генератора 23 кода заданного посто нного числа, делительного 24 и множительного 25 блоков, схемы индикации 26.

Устройство работает следующим образом .

При вращении торсионного.вала 1 .отметчики 2 и 3 поочередно проход т около датчиков. 4, 5 и 6 и возбуждают в них двупол рные дифференцированные импульсы, проход щие через формирователи 7, 8 и 9.

При любом начальном положении вала полный цикл работы измерительной схемы начинаетс  только после взаимодействи  отметчика 2 и датчика 4. Из формировател  7 импульс управлени  поступает одновременно на один из входов триггеров-преобразователей

10,11 и 12 и триггера-блокиратора .14. Выходы триггеров-преобразователей 10 и 12 переход т из нулевых уровней в единичные,«которые открывают ключи 15 и 17, заполн ющие импульсами генератора опорной частоты 18 соответственно пр мой счетный вход реверсивного счетчика 19 и счетный вход суммирующего счетчика 20. Одновременно единичный уровень с выхода триггера 10 поступает на пусковые входы триггера-преобразовател  11 и триггера-блокиратора 13. При этом триггер-блокиратор 13 блокирует работу триггера-преобразовател  10 по пусковым входам. В течение следующей половины периода вращени  торсиона 1 импульс с формировател  8 переводит нулевой выход триггера-преобразовател  11 на единичный и устанавливает в исходное состо ние триггерпреобразователь 10. При этом триггерблокиратор 14 блокирует триггер-преобразователь 11 по пусковым входам. Импульс с формировател  9 устанавливает в исходное состо ние триггерпреобразователь 12. После установки триггеров-преобразова телей 10 и 12 в исходные состо ни  и переключени  нулевого выхода триггера-преобразовател  11 на единич Ный происходит закрытие ключей 15 и 17 и открытие ключа 16, через которы происходит заполнение импульсами генератора опорной частоты 18 реверсив ного счетчика 19 по входу обратного счета. По заверчаении полного оборота вал 1 импульс с формировател  7 возвраща ет триггер-преобразователь il в исхо ное состо ние, а последний закрывает ключ 16. Поскольку триггеры-блокираторы 13 и 14 в течение первого перио да вращени  вала измен ют состо ние выходов на обратное, они блокируют установочные входы триггеров-преобра зователей 10, 11 и 12. После возврата триггера-преобразовател  10 в исходное состо ние на один из входов cxeivM управлени  21 поступает его. им пульс в виде спада единичного состо  ни  выхода, который дает команду на проведение операции делени  кода заданного генератором 23 посто нного числа на код числа импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 20 за первый полупериод вращени  вала Операци  делени  производитс  арифме тическим устройством 24. После возврата тррггера-преобразовател  11 в исходное состо ние его импульс в виде спада единичного выхода поступает одновременно .на входы схем управлени  21 и формировани  времени индика ции 22. Еыход схемы управлени  выдает команду на включение арифметического блока 25, производ щего операци перемножени  кодов чисел частного и разности количества импульсов на выходе реверсивного счетчика 19. Произ ведение поступает на схему индикации 26. Пересчетное устройство 22 через опреде.ленное (заданное врем  индикации ) выдает команду на схему управле ни  21, которое устанавливает в исходное состо ние триггеры-блокираторы 13 и 14 и счетчики 19 и 20. При вращении нагруженного торсион ного вала 1 (фиг.1) отметчики углов положени  2 сдвигаютс  относител но исходного взаимного положени . С одной стороны половины окружности УГОЛ между отметчиками равен (фиг.21 % Фо- -Д 3 с другой - Ч.З, Величина крут щего момента пропорциональна разности угловых положений отметчиков 2 и 3. AA--C(vf,-iJi)C()-(4o-&V)C 2д, U) де С - коэффициент пропорциональности; , углы взаимного положение} отметчиков на торцах торсиона под нагрузкой; fo- исходный угол взаимного положени  осей отметчиков без нагрузки равный угол скручивани  вала. Угловые интервс1лы Y / fa и Фд 180 (фиг.2) с помощью отметчиков и 3, датчиков считывани  4, 5 и 6« формирователей сигналов 7, 8 и 9, а также триггеров 10, 11 и. 12 преобразуютс  во временные интервалы (см.фиг.За и {f ) текущими длительност ми 4.- , i - чч . I -fiTCh 2и -ажи а геи где i/, irt и I врем  прохождени  отметчиками углов Ч. РгИ «РО при средней частоте вращени  торсиона за период, с; Vi - частота вращени  торсиона. ; 21 - радианна  мера угла, Фронты и спады импульсов триггеров-преобразователей 10, 11 и 12 управл ют ключами 15, 16 и 17, пропускаюищми импульсы стабильной высокой частоты опорного генератора 18 на счетные входы реверсивного счетчика 19 и суммирующего 20. На фкг.3(6 г) показаны осциллограммы заполнени  счетчиков 19 и 20 высокочастотными импульсами. При нагружении вала 1 количества этих импульсов на счетных входах счетчика 19 за один оборот вала соответственно равны: V-t o--; Ni--ti-fo- 5, где N, количества импульсов, прошедших на входы пр мого и обратного счета/ - стабильна  высока  часО4 тота, с . За один оборот торсионного вала реверсивный счетчик фиксирует разность количества импульсов первого

и второго полупериодов его вращени  равную

(2}

a-RTu Эта разность зависит сразу от дву переменных параметров: угла скручива ни  момента) и частоты вращени  ТОР СИОН а, - и поэтому ее величина не может служить мерой крут щего момент Дл  исключени  этой неопредегенности в измерительную схему вшедены суммирующий счетчик 20, блок посто н ного числа 23, делительный 24 и множительный 25 блоки. Счетчик 20 суммирует в течение полупериода вращени  вала i количест ва импульсов (3) Блок 23 выдает код посто нного д данного режима числа равного (4 о На фиг. 3 Сд HTkJ видно, что с завершением полного оборота торсионно . го вала 1 .формируетс  код числа раз ности импульсов, представленный ввлр жением (2 и код частного от делени  выражений (4 и (3) равный )- .5) Дальнейшее повторение цикла измерени  заблокировано триггерами 13 и 14i Во врем  паузы происходит перемножение кодов чисел выражений 2). и (5), исключающее зависимость момента от скорости вращени  вала ,,..m.i|k-.,,.. (е) Выража  угол скручивани  торсиона через переменные сомножители и подставл   его в формулу (1), получают окончательную зависимость между моментом и показани ми индикатора M--ca tj--CikNx--CiNnHA,t (-7) где - код на выхсэде или- число, показываемое индикaтopoм . масштаб единицы индикатор Повторение цикла измерени  крут щ го момента согласно графику :(фиг.3 становитс  возможным после окончани  выдержки времени, задаваемой схемой 22, и последукедего поступлени  управ л ющего импульса с формировател  7 (см.фиг.1). Врем  выдержки-fc цд выби раетс  большим дл  цифрового индикат ра и меньшим при передаче информации на цифропечать или регул тор крут щего момента. Предлагаемое устройство позвол ет расширить динамический диапазон частот вргидени  вала и получить возможность изкерени  момента на всех час:тотах , . в том числе на тех, период которых не кратен времени суммирова .ни  разностей чисел импульсов. Формула Изобретени  Устройство дл  измерени  крут щего момента, содержащее схему инда1кации , расположенные на валу и сдвинутые относительно друг друга на 180 первый и второй отметчики угла положени  вала, два датчика считывани , расположенные на одной линии, параллельной оси вала, и измерительную схему, включающую первый и второй триггеры-преобразователи, св занные своими нулевыми выходами с первыми входами двух управл емых ключей соответственно , вторые входы которых св заны с выходом генератора опорной частоты, а выходы св заны с первым и вторым входами соответственно реверсивного счетчика, кроме того, выход генератора опорной частоты св зан с вторым входом схемы формировани  времени индикации, выход которой св зан с первым входом схемы управлени , а первый вход св зан с нулевым выходом I второго триггера-преобразовател , единичный выход которого св зан с tj третьим входом первого триггера-преобразовател , нулевой выход первого триггера-преобразовател  св зан с. вторым входом второго триггера-преобразовател  и вторым входом схемы управлени , нулевой выход второго тригirepa-преобразовател  св зан-tj третьим входом схемы управлени , о т л и чающеес  тем, что, с целью расширени  динамического диапазона измерений, оно снабжено третьим датчиком считывани , который сдвинут на 180 относительно второго датчика считывани , а в измерительную схему введены три формировател  сигналов, св занные своими входами с трем  датчиками считывани , третий триггерпреобразователь , два триггера-блокиратора , третий управл емый ключ, суммирующий счетчик, генератор кода заданного посто нного числа, делительный и множительный блоки, причем выход первого формировател  сигналов св зан с четвер1ым входом первого триггера-преобразовател  и первыми входами второго триггера-преобразовател  и первого триггера-блокиратора, выход второго формировател  сигналов в зан с вторым входом первого триггера-преобразовател , четвертым вхоом второго триггера-преобразовател , ервым входом второго триггера-блокиатора и вторым входом третьего тригг-ера-преобр зтэвател , третий выход

.которого св зан с выходом треj .Tbero формировател  сигналов, единичный выход первого триггера- блокиратора св зан с первыми входами первого и третьего триггеров-преобразователей , единичный выход второго триггера-блокиратора св зан с третьим входом второго триггера-преобразовател , нулевой выход третьего триггера-преобразовател  св зан с вторь м входом третьего управл емого ключа, первый вход которого св зан с выходом генератора опорной частоты а .выход - с вторым- входом суммирующего счетчика, вторые вхо.цы первого и второго триггеров-блокираторов св завы с нулевым выходом первого и второго триггеров-преобразователей соответственно , первый выход схемы управлени  св зан с первым входом Делительного блока, второй выход св зан

с вторым входом множительного блока, а третий выход св зан с первым входом суммирующего счетчика, с третьими входами триггеров-блокираторов, выход суммиругацего счетчика св зан с вторым входом делительного блока, третий вход которого св зан с выходом генератора кода заданного посто нного числа, а выход - с третьим входом множительного блока, первый вход ко-г торого св зан с выходом реверсивного счетчика, а выход - со входом схвюл индикации.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Фролов Л.Б, Измерение крут щего момента. М., Энерги , 1967, с. 4356 .

2.Авторское свидетельство СССР по за вке №2895782/18-10/039332/кл G 01 L 3/10, 19.03.80 (прототип)

Риг.1

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для измерения крутящемомента, содержащее схему индикаI, расположенные на валу и сдвинутые относительно друг друга на 180® первый и второй отметчики угла положения вала, два датчика считывания, расположенные на одной линии, парал-¹ лельной оси вала, и измерительную схему, включающую первый и второй 'триггеры-преобразователи, связанные своими нулевыми выходами с первыми входами двух управляемых ключей соответственно, вторые входа которых связаны с выходом генератора опорной частоты, а выхода связаны с первым и вторым входами соответственно реверсивного счетчика, кроме того, выход генератора опорной частоты связан с вторым входом схемы формирования времени индикации, выход которой связан с первым входом схемы управления, а первый вход связан с нулевым выходом I второго триггера-преобразователя, единичный выход которого связан с · третьим входом первого триггера-преобразователя, нулевой выход первого триггера-преобразователя связан с. вторым входом второго триггера-преобразователя и вторым входом схемы управления, нулевой выход второго триг;гера-преобразователя связан ς третьим входом схемы управления, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерений, оно снабжено третьим датчиком считывания, который сдвинут на 180^σ относительно второго датчика считывания, а в измерительную схему введены три формирователя сигналов, связанные своими входами с тремя датчиками считывания, третий триггерпреобразователь, два триггера-блокиратора, третий управляемый ключ, суммирующий счетчик, генератор кода заданного постоянного числа, делительный и множительный блоки, причем выход первого формирователя сигналов связан с четвертым входом первого триггера-преобразователя и первыми входами второго триггера-преобразователя и первого триггера-блокиратора, выход второго формирователя сигналов связан с вторым входом первого триггера-преобразователя, четвертым входом второго триггера-преобразователя, первым входом второго триггера-блокиратора й вторым входом третьего триг65 -£ера-преобразователя, третий выход ’10 ^N ^*0 2.ТГП ' 2и ‘ ⁽3)

   20 Блок 23 выдает код постоянного дЛя данного режима числа равного Мо ♦

   На фиг. 3 (cF и^) видно, что с завершением полного оборота торсионного вала 1 формируется код числа разности импульсов, представленный выражением (2) и код частного от деления выражений (4) и (3 ) равный ί _ .

   Дальнейшее повторение цикла измерения заблокировано триггерами 13 и 14i Во время паузы происходит перемножение кодов чисел выражений (2). и (5), исключающее зависимость момента от скорости вращения вала (5)

   Выражая угол скручивания торсиона через переменные сомножители и подставляя его в формулу (1), получают окончательную зависимость между моментом и показаниями индикатора (?) где Ымнд - код на выходе или число, показываемое 'индикатором;

   Ci- масштаб единицы индикатора.

   Повторение цикла измерения крутящего момента согласно графику Ж(фиг.З) становится возможным после окончания выдержки времени, задаваемой схемой 22, и последующего поступления управляющего импульса с формирователя 7 (см.фиг.1). Время выдержки-ё _иид выбирается большим для цифрового индикато-60 ра и меньшим при передаче информации на цифропечать или регулятор крутящего момента.

   Предлагаемое устройство позволяет расширить динамический диапазон час55

   ГО I

   1ции .’которого связан с выходом третьего формирователя сигналов, единичный выход первого триггера-блокиратора связан с первыми входами первого и третьего триггеров-преобразователей , единичный выход второ- 5 го триггера-блокиратора связан с третьим входом второго триггера-преобразователя, нулевой выход третьего триггера-преобразователя связан с вторым входом третьего управляемого 10 ключа, первый вход которого связан с выходом генератора опорной частоты, а выход - с вторым.входом суммирующего счетчика, вторые входа первого и второго триггеров-блокираторов свя-15 заны с нулевым выходом первого и второго триггеров-преобразователей соответственно, первый выход схемы управления связан с первым входом Делительного блока, второй выход связан 20 с вторым входом множительного блока,' а третий выход связан с первым входом суммирующего счетчика, с третьими входами триггеров-блокираторов, выход суммирующего счетчика связан с вторым входом делительного блока, третий вход которого связан с выходом генератора кода заданного постоянно-* ' го числа, а выход - с третьим входом множительного блока, первый вход ко·* торого связан с выходом реверсивного счетчика, а выход - со входом схемы индикации.