ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 1995 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения крутящего момента на упругих валах.

Известен преобразователь крутящего момента, содержащий два импульсных модулятора, установленных вблизи по концам упругого вала, два зубчатых механических диска, входящих в прорези импульсных модуляторов, установленные на валу, фазометр, на вход которого поступают сигналы от импульсных модуляторов, а выход подключен к регистрирующему прибору [1]
Однако известный преобразователь крутящего момента обладает недостаточной точностью из-за наличия запаздывания в фазометре.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является преобразователь крутящего момента, содержащий два металлических диска с прямоугольными вырезами, которые жестко закреплены на концах вала, расположенные вблизи вала импульсные модуляторы, выполненные в виде индуктивных катушек, в прорези которых входят металлические диски, сумматор, входы которого подключены к импульсным модуляторам, а выход к выпрямителю, фильтр низких частот, подключенный к выпрямителю [2]
Однако известный преобразователь обладает недостаточной точностью, так как преобразователем формируется последовательность очень коротких импульсов, которые затем сглаживаются фильтром низких частот. Фильтр низких частот с точки зрения его динамических свойств является инерционным звеном и при преобразовании коротких импульсов в напряжение постоянного тока вносит запаздывание и тем самым снижает точность. Так, например, при сглаживании короткого импульса длительностью 0,001 с фильтром низких частот, постоянная времени которого равна 0,05 с в момент времени 0,001 с, напряжение постоянного тока на выходе этого фильтра равно 0,020 от высоты сглаживаемого импульса, в момент времени 0,01 с 0,016 и в момент времени 0,050 с 0,007 от высоты сглаживаемого импульса. Отсюда следует, что фильтр вносит погрешности, а это означает, что преобразователь крутящего момента обладает недостаточной точностью. Увеличение постоянной времени снижает погрешности, не вносит еще больше запаздываний, что недопустимо.

Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь крутящего момента, содержащий два металлических диска с прямоугольными вырезами, которые жестко закреплены на концах вала, расположенные вблизи вала импульсные модуляторы, выполненные в виде двух щелевых преобразователей, входы которых подключены к стабилизированному источнику питания с двумя выходами, одинаковыми по напряжению, а выходы к первому сравнивающему элементу, выпрямитель, подсоединенный к выходу первого сравнивающего элемента, фильтр низких частот, фильтр низких частот выполнен с постоянной времени Т ≅ 0,001 с, стабилизированный источник питания дополнительно снабжен третьим и четвертым выходами с такими же по величине напряжениями, что и первые его два выхода, подсоединенными к вторым входам второго и третьего сравнивающих элементов, и первый вход второго сравнивающего элемента подключен к выпрямителю, а выход на вход фильтра, выход которого соединен с первым входом третьего сравнивающего элемента, подключенного выходом к нагрузке.

Выполнение фильтра низких частот с постоянной времени Т ≅ 0,001 с, наличие в преобразователе источника питания с четырьмя одинаковыми по напряжению выходами, сравнивающих элементов позволяет путем сравнения получить прямоугольные импульсы большой длительности, содержащие такое же количество информации, что и короткие импульсы, преобразовать импульсы большой длительности с помощью фильтра низких частот с постоянной времени Т ≅ 0,001 с, а затем вычесть результат преобразования из постоянного напряжения четвертого выхода источника питания, погрешность преобразования при этом снижается, точность преобразователя крутящего момента возрастает.

На фиг. 1 показана блок-схема преобразователя крутящего момента; на фиг. 2а короткие импульсы на выходе выпрямителя; на фиг. 2б напряжение на третьем выходе источника питания; на фиг. 2в прямоугольные импульсы большой длительности на выходе второго сравнивающего элемента; на фиг. 2г напряжение на выходе фильтра низших частот с постоянной времени Т ≅ 0,001 с; на фиг. 2д напряжение на четвертом выходе источника питания; на фиг. 2е сигнал на выходе преобразователя крутящего момента.

Преобразователь содержит металлические диски 1, 2 с прямоугольными вырезами, которые жестко закреплены на концах вала 3, расположенные вблизи вала 3 импульсные модуляторы 4, 5, выполненные в виде щелевых преобразователей, в щели которых входят металлические диски 1, 2, первый элемент 6 сравнения, входы которого подключены к выходам импульсных модуляторов 4, 5, выпрямитель 7, подключенный к выходу первого элемента 6 сравнения, фильтр 8 низких частот, выполненный с малой постоянной времени, источник 9 питания с четырьмя одинаковым по напряжению выходами 10-13, при этом выходы 10, 11 источника питания подсоединены к входам импульсных модуляторов 4, 5 соответственно, второй элемент 14 сравнения, первый вход которого подключен к выходу выпрямителя 7, второй к третьему выходу 12 источника 9 питания, а выход к входу фильтра 8 низких частот, элемент 15 сравнения, первый вход которого подключен к выходу фильтра 8, второй к выходу 13 источника 9 питания, а выход к нагрузке 16.

Преобразователь работает следующим образом. При вращении вала и наличии на нем нагрузки на выходе выпрямителя 7 формируется последовательность очень коротких импульсов (фиг.2а), которая поступает на первый вход второго элемента 14 сравнения, на второй вход которого поступает постоянное напряжение с выхода 12 источника 9 питания (фиг.2б). На выходе элемента 14 сравнения формируется последовательность прямоугольных импульсов большой длительности (фиг.2в), которая сглаживается фильтром 8 низких частот с постоянной времени Т ≅ 0,001 с. Результат поступает на первый вход третьего элемента 15 сравнения, на второй вход которого поступает постоянное напряжение с выхода 13 источника 9 питания (фиг.2д). На выходе элемента 15 сравнения, то есть на нагрузке 16, появится сигнал, пропорциональный величине крутящего момента (фиг.2е).

Использование преобразователя, например в системах управления автомобилем, позволит повысить топливную экономичность и снизить токсичность отработавших газов автомобиля.

Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: преобразователь крутящего момента содержит два металлических диска с прямоугольными вырезами на концах вала, импульсные модуляторы в виде двух щелевых преобразователей, выпрямитель, фильтр низких частот, стабилизированный источник питания с четырьмя выходами, одинаковыми по напряжению, подключенные по два соответственно к импульсным модуляторам и второму и третьему элементам сравнения. 2 ил.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, содержащий жестко закрепленные на концах упругого вала два металлических диска с прямоугольными вырезами, расположенные вблизи этого вала импульсные модуляторы с прорезями под металлические диски, при этом входы импульсных модуляторов подключены к двум одинаковым по величине напряжения выходам стабилизированного источника питания, а выходы к элементу сравнения, выход которого соединен с выпрямителем, а также фильтр низких частот и нагрузка, отличающийся тем, что в него введены второй и третий элементы сравнения, стабилизированный источник питания снабжен третьим и четвертым выходами с напряжениями, равными по величине напряжениям его первого и второго выходов, причем третий и четвертый выходы стабилизированного источника питания подключены к вторым входам соответственно второго и третьего элементов сравнения, первый вход второго элемента сравнения подключен к выпрямителю, а выход к фильтру низких частот, выход которого соединен с первым входом третьего элемента сравнения, подключенного выходом к нагрузке, а фильтр низких частот выполнен с постоянной времени T ≅ 0,001 с.