УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ Российский патент 1997 года по МПК G01P3/00 

Изобретение относится к области приборов измерения линейной скорости и предназначено для установки на различных транспортных средствах, а также в контрольных, лентопротяжных и иных механизмах.

Наиболее близким к изобретению является фрикционный тахометр [1] содержащий фрикционный диск, вращающийся с угловой скоростью ω₂ const и ролик радиуса R (с закрепленным на нем указателем), размещенный на резьбе валика, имеющего угловую скорость ω₁, пропорциональную измеряемой угловой скорости ω. Ролик перемещается при вращении валика от оси диска вдоль шкалы на расстояние, пропорциональное измеряемой угловой скорости: . Отсюда видно, что фрикционный тахометр фактически осуществляет деление сигналов, пропорциональных измеряемой и заданной скорости: ω₁ и ω₂.

К недостаткам известного устройства можно отнести то, что заданным эталоном является не единый эталон линейной скорости, а выбираемая произвольно величина, например, постоянной угловой скорости диска фрикционного тахометра: ω₂ const.

Недостатком известного устройства является также несоответствие теоретической формулы линейной скорости которую призвано реализовать известное устройство измерения скорости, формулам, реализуемым им на практике, что является источником дополнительных погрешностей, вносимых на этапах расчета, конструирования и настройки.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и универсализации конструкции различных приборов измерения линейной скорости, которая окажется более адекватной сущности измеряемой величины.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве измерения линейной скорости, включающем источники (датчики) сигналов, пропорциональных измеряемой и заданной скорости, блок деления этих сигналов и блок индикации, блок деления выполнен с возможностью реализации функции где L, L₁ расстояния, проходимые одновременно с измеряемой C и заданной C₁ скоростями, представленными на входах блока деления сигналами jC и jC₁ с коэффициентом пропорциональности j, а блок индикации проградуирован и оцифрован в безразмерных приведенных мерах, соотношение которых с известными, например, см/мин, таково: C=1=X см/мин, где X заданная эталонная скорость в известных ее мерах.

Заданная эталонная скорость равна окружной скорости конца секундной стрелки часов заданной длины.

Заданная длина стрелки часов R=1 см, при этом заданная эталонная скорость C₁= 2π см/мин где π 3,14 и этой же величине равна безразмерная приведенная единица градуировки блока индикации C = 1 = 2π см/мин
В качестве источника сигнала, пропорционального измеряемой скорости, используется датчик скорости, например, тахогенератор, с напряжением выхода V= jC а в качестве источника сигнала, пропорционального заданной эталонной скорости блок постоянного эл.напряжения V₁=jC₁=const.

В качестве блока деления используется двоичный счетчик, а в качестве источников сигналов, пропорциональных измеряемой и заданной эталонной скоростям два датчика, закрепленных у ободов двух колес равного радиуса R с "m" сигнальными метками, нанесенными с равным интервалом, имеющих возможность вращения с угловыми скоростями, пропорциональными измеряемой и заданной эталонной скоростями , при этом датчик измеряемой скорости связан со счетным входом двоичного счетчика, а датчик заданной эталонной скорости со входом сброса.

В качестве блока деления используется двоичный счетчик, а в качестве источника сигнала, пропорционального измеряемой скорости датчик, закрепленный у обода колес с "m" сигнальными метками, нанесенными с равным интервалом, связанный со счетным входом счетчика, а в качестве источника сигнала, пропорционального заданной эталонной скорости генератор импульсов постоянной частоты, выход которого соединен со входом сброса счетчика.

В качестве блока деления и одновременно блока индикации используется десятичный счетчик расстояний L, проходимых с измеряемой скоростью, имеющий возможность включения (после сброса) на период перемещения с заданной эталонной скоростью на единичное расстояние L₁, равное единице младшего разряда счетчика, фиксирующего приближенную величину линейной скорости:

Младший разряд счетчика связан с электромагнитом муфты, установленной на входном валу, имеющем возможность вращения с угловой скоростью, пропорциональной измеряемой, а вход сброса счетчика с электромагнитом сброса, при этом обмотки электромагнитов соединены скользящими контактами с металлизованными сигнальными метками "сброс" и "включение", нанесенными с определенным интервалом на противоположные торцевые поверхности кольца из диэлектрика, имеющего возможность вращения с заданной угловой скоростью, пропорциональной заданной эталонной линейной скорости: где R_k - расстояние скользящих контактов от оси кольца, а источник питания электромагнитов соединен скользящим контактом с металлизованной внешней поверхностью кольца, электрически замкнутой с каждой из его сигнальных меток "сброс" и "включение".

Младший разряд счетчика связан с электромагнитом муфты, установленной на входном валу, вход сброса счетчика с электромагнитом сброса, а в качестве источника сигнала, пропорционального заданной эталонной скорости, используется генератор электрических импульсов двух частот (сброса и включения), каждый из двух выходов которого соединен с обмотками соответствующих электромагнитов.

На фиг. 1 изображена шкала с указателем блока индикации устройства измерения линейной скорости:
на фиг. 2 блок-схема устройства измерения линейной скорости с делителем напряжений, поступающих от тахогенератора и источника постоянного питания;
на фиг. 3 схема устройства измерения линейной скорости с блоком деления на основе двоичного счетчика;
на фиг. 4 устройство, отличающееся от представленного на фиг. 3 наличием генератора импульсов постоянной частоты;
на фиг. 5 схема устройства измерения линейной скорости с блоком деления на основе десятичного счетчика;
на фиг. 6 устройство, отличающееся от представленного на фиг. 5 наличием генератора импульсов двух постоянных частот: "сброса" и "включения-отключения".

Указатель 1 шкалы 2 устройства, изображенного на фиг. 1, зафиксировал безразмерную величину линейной скорости: заданная эталонная скорость, определенная в безразмерной и известной единицах измерения, откуда получаем такую таблицу соответствия приближенных значений линейной скорости, выраженных в предлагаемой и известной ее мерах (см. табл. 1).

Устройство имеет блок деления напряжений, входы которого связаны с выходом тахогенератора и источника постоянного напряжения. Выход делителя напряжений связан с блоком индикации, имеющим цифровое табло (или шкалу с указателем), отградуированное и оцифрованное в безразмерных единицах линейной скорости. При вращении ротора тахогенератора с угловой скоростью, пропорциональной измеряемой линейной скорости ω₁ C, в его статорной обмотке возникает напряжение, пропорциональное линейной скорости V₁=jC, поступающее на вход делителя напряжений, на другой вход которого от источника поступает постоянное напряжение, пропорциональное заданной эталонной линейной скорости V₂=jC₁, так что при этом блок индикации фиксирует безразмерную величину линейной скорости .

Устройство измерения линейной скорости (фиг. 3) имеет двоичный счетчик 1, входы (счетный и сброса) которого связаны с датчиками 2 и 3, закрепленными у обода колес 4 и 5 с m=12 сигнальными метками 6, нанесенными с равным интервалом ΔL. При этом колесо 4 закреплено на входном валу, имеющем возможность вращения с угловой скоростью, пропорциональной измеряемой линейной скорости: , а колесо 5 закреплено на валу двигателя 7, имеющего возможность вращения с угловой скоростью, пропорциональной эталонной линейной скорости: , где j коэффициент пропорциональности.

Выход счетчика связан с регистром блока индикации, цифровое табло (или шкала) которого отградуировано в безразмерных единицах линейной скорости. В рабочем состоянии при вращении колес с сигнальными метками в датчиках возбуждаются импульсы частот , поступающие соответственно на счетный вход и вход сброса счетчика, исполняющего здесь функцию делителя этих частот, так что блок индикации устройства фиксирует число импульсов K₁ частоты f₁, поступившее на счетный вход счетчика при поступлении на его вход сброса каждого импульса K₂=1 постоянной частоты f₂, приближенно равное измеряемой линейной скорости: .

Устройство, изображенное на фиг. 4, отличается от представленного на фиг. 3 тем, что вход сброса счетчика связан с выходом генератора 1 импульсов постоянной частоты, пропорциональной заданной эталонной линейной скорости: f₂ C₁.

Устройство измерения линейной скорости, изображенное на фиг. 5, имеет механический десятичный счетчик 1 (одновременно исполняющий функцию блока индикации) электромагнит сброса 2 счетчика и электромагнит включения-отключения 3 фрикционной муфты 4, связанной с входным валом 5.

Скользящие контакты 6, 7, 8 связывают обмотку электромагнитов с источником тока 9, цепь которого замыкают металлизированные сигнальные метки "сброс" 10 и "включение-отключение" 11, нанесенные на противоположных торцевых поверхностях кольца 12, изготовленного из диэлектрика, закрепленного на валу двигателя 13. Нанесенная на внешней поверхности кольца металлизированная непрерывная площадка 14 электрически связана с каждой из сигнальных меток этого кольца.

При вращении кольца 12 с постоянной угловой скоростью, пропорциональной заданной эталонной линейной скорости где R расстояние скользящих контактов 6 и 7 от оси вращения кольца (когда его сигнальная метка 10 достигает контакта 6, срабатывает эл.магнит сброса 2, который за время t_I обнуляет счетчик. Затем, когда контакт 7 коснется начала сигнальной метки 11, обмотка электромагнита 3 подключается к источнику тока 9, муфта 4 срабатывает, соединяя младший разряд счетчика с входным валом 5, имеющим угловую скорость, пропорциональную измеряемой линейной скорости С этого момента счетчик фиксирует расстояние L (см), проходимое объектом с измеряемой скоростью. Это продолжается в течении времени t_II до достижения контактом 7 границы сигнальной метки 11, когда прерывается питание электромагнита муфты 4 и счетчик останавливается. С этого момента на период времени t_III (до появления очередного импульса "сброс") обеспечивается возможность считывания безразмерной величины средней линейной скорости объекта, зафиксированной за единичное время действия импульса II, измеряемое в см:

Разновидность данного устройства, изображенная на фиг. 6, отличается тем, что имеет генератор 1 импульсов двух частот f_I и f_II питающих обмотку электромагнитов "сброса" и "включения-отключения" счетчика.

Зафиксированная счетчиком устройства, изображенного на фиг. 6, линейная скорость: C=53078 ≃ 200 км/ч.

Универсальность ряда основных элементов предлагаемых устройств измерения линейной скорости и их взаимозаменяемость дополнительное преимущество данного изобретения, изготовление и настройка которого требует минимума материальных средств и минимальной исходной информации. Иными словами, благодаря изобретению процесс расчета, конструирования и настройки приборов измерения линейной скорости станет более простым и единообразным (универсальным).

Использование на различных транспортных средствах, в контрольных, лентопротяжных и иных механизмах. Сущность изобретения: устройство для измерения линейной скорости содержит источники сигналов, пропорциональных измеряемой и заданной скоростям, выходы которых соединены с входами блока деления, и блок индикации, вход которого соединен с выходом блока деления, при этом блок деления выполнен с возможностью реализации функции , где L и L₁ - расстояния, проходимые одновременно с измеряемой C и заданной эталонной C₁=const скоростями, а блок индикации проградуирован и оцифрован в безразмерных приведенных мерах. 8 з.п.ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Устройство измерения линейной скорости, содержащее источники сигналов, пропорциональных измеряемой и заданной скорости, выходы которых соединены с входами блока деления, и блок индикации, проградуированный и оцифрованный в единицах измерения (мерах) линейной скорости, вход которого соединен с выходом блока деления, отличающееся тем, что блок деления выполнен с возможностью реализации функции

где L и L₁ расстояния, проходимые одновременно с измеряемой С и заданной эталонной С₁ сonst скоростями, представленными на входах блока деления сигналами jС и jС₁ с коэффициентом пропорциональности j, а блок индикации проградуирован и оцифрован в безразмерных приведенных мерах, соотношение которых с известными, например см/мин, таково: С 1 Х см/мин, где Х заданная эталонная скорость в известных ее мерах. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заданная эталонная скорость равна окружной скорости конца секундной стрелки часов заданной длины. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что заданная длина стрелки часов R 1 см, при этом заданная эталонная скорость C₁= 2π см/мин, где π = 3,14..., и этой же величине равна безразмерная приведенная единица градуировки блока индикации C = 1 = 2π см/мин.
4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что в качестве источника сигнала, пропорционального измеряемой скорости, используется датчик скорости, например тахогенератор, с напряжением выхода U jС, а в качестве источника сигнала, пропорционального заданной эталонной скорости блок постоянного электрического напряжения U₁ jС₁ const. 5. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что в качестве блока деления используется двоичный счетчик, а в качестве источника сигналов, пропорциональных измеряемой и заданной эталонной скоростям, два датчика, закрепленных у ободов двух колес равного радиуса R с "m" сигнальными метками, нанесенными с равным интервалом, имеющих возможность вращения с угловыми скоростями, пропорциональными измеряемой и заданной эталонной скоростями

при этом датчик измеряемой скорости связан со счетным входом двоичного счетчика, а датчик заданной эталонной скорости с входом сброса. 6. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что в качестве блока деления используется двоичный счетчик, а в качестве источника сигнала, пропорционального измеряемой скорости, датчик, закрепленный у обода колеса с "m" сигнальными метками, нанесенными с равным интервалом, связанный со счетным входом счетчика, а в качестве источника сигнала, пропорционального заданной эталонной скорости, генератор импульсов постоянной частоты, выход которого соединен с входом сброса счетчика. 7. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что в качестве блока деления и одновременно блока индикации используется десятичный счетчик расстояний L, проходимых с измеряемой скоростью, имеющий возможность включения (после сброса) на период перемещения с заданной эталонной скоростью на единичное расстояние L₁, равное единице младшего разряда счетчика, фиксирующего приближенную величину линейной скорости

8. Устройство по пп. 1 3 и 7, отличающееся тем, что младший разряд счетчика связан с электромагнитом муфты, установленной на входном валу, имеющем возможность вращения с угловой скоростью, пропорциональной измеряемой, а вход сброса счетчика с электромагнитом сброса, при этом обмотки электромагнитов соединены скользящими контактами с металлизованными сигнальными метками "Сброс" и "Включение", нанесенными с определенным интервалом на противоположные торцевые поверхности кольца из диэлектрика, имеющего возможность вращения с заданной угловой скоростью, пропорциональной заданной эталонной линейной скорости

где R_к расстояние скользящих контактов от оси кольца, а источник питания электромагнитов соединен скользящим контактом с металлизованной внешней поверхностью кольца, электрически замкнутой с каждой из его сигнальных меток "Сброс" и "Включение". 9. Устройство по пп.1 3 и 7, отличающееся тем, что младший разряд счетчика связан с электромагнитом муфты, установленной на входном валу, вход сброса счетчика с электромагнитом сброса, а в качестве источника сигнала, пропорционального заданной эталонной скорости, используется генератор электрических импульсов двух частот (сброса и включения), каждый из двух выходов которого соединен с обмотками соответствующих электромагнитов.