Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов Советский патент 1983 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительн технике и может быть использовано аля измерения динамических параметров (деформаций, давления, вибраций. Известно устройство для измерения динамических параметров врашающкхся объектов, содержащее питающий и передающий бесконтактные с вращающимися и неподвижными обмотками, располагаемый на вращающемся объекте, тензо- метрический мост, диагонали которого соединены с вращающимися обмотками обоих токрсъемников, регистрирукадий блок, соединенный с неподвижной обмот кой передакяцего токосъемника, генератор. прямоугольного напряжения, усилитель постоянного тока с-дифференциальными входами, к одному входу KOTopiaro подключена неподвижная обмотка обратной связи питакйцего токосъемника, к другому входу - генератор прямоугольного напряжения, « к выходу - неподвиж ная первичная обмотка питакнцего токосъемника Cl 3 . Однако это устройство не может быт использовано на объектах, работающих в широком диапазоне температур, так как при этом изменяется активное сопротивление эращающейся обмотки токосъемника и сопротивление диагонали питания тензометрического моста, что приводит к 5осоду чувствительности устройства. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для изме рения динамических параметров вращающихся объектов, содержащее питакн. щий и передающий токосъемники с враша кмцимися и неподвижными обмотками, располагаемый на враша|спаемся объекге твнзометрический мост, диагонали которого соединены с вращающимися обмот ками обоих токосъемников, регистрирующий блок, соединенный с неподвижной обмоткой передающего токосъемника, генератор прямоугольного напряжении, блок регулировки напряжения, один из входов которого соединен с выходом генератора, дифференциальный усилитель одни из входов KOTopoix) соединен с выходом блока регулировки напряжения, другой - с одним из концов неподвижной обмотки обратной связи питающего токо съемника, а выход - с одним концом неподвижной первичной обмотки последнего, источник опорного напряжения, бло сравнения, один из входов которого соединен с источником Опорного напряжения, а выход - с другим входом блока регулировки напряжения, и нагрузочный резистор, один конец которого заземлен; а другой соединен с неподвижнойдополнительной обмоткой питающего токосъемника, и с другим входом блока регулировки- напряжения С21 . Недостаток известного устройства невозможность использований его на объектах, работающих в широком диапазоне температур, так как при этом тре гется точная регулировка элементов схемы в соответствии с факти 1еским исходным сопротивлением диагонали пи- тания тензометрического моста, что приводит к необходимости настрьйки ycTw ройстЬа непосредственно на объекте с точностью недостижимой в этих условиях. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона температур устройства. Цель достигается тем, что устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов, содержащее питающий и передающий токосъемники с вращакяиимися и неподвижными обмотками, располагаемый на вращающемся объекте тензометрический мост, диагонали которого соединены с вращающимися обмотками обоих токосъемников, регист рируюший блок, соединенный с неподвижной обмоткой передающего токосъемника, генератор прямоугольного напряжения, блок регулировки напряжения, один из входов которого соединен с въкодом генератора, дифференциальный усилитель, ОДИН из входов которого соединен с выходом блока регулировки напряжения, а другой - с одним из концов неподвижной -обмотки обратной связи п№текшего токосъемника, а выход - с одним концом неподвижной первичной обмотки последнего, источник опорного напряжения, блок сравнения, один из , входов которого соединен с источником опорного напряжения, а въкод - с другим входом блока регулирования напряжения, и нагрузочный резистор, один конец которого заземлен, а другой соединен с неподвижной дополнительней обмоткой питающего токосъемника, снабжено дополнительным резистором, один ксжец которого заземлен, а другой соединен с другим концом неподвижной первичной обмотки питающего токосъемника, интег ратором, вход которого соединен с общей точкой нагрузочного резистора и дополнительной обмотки, и сумматором, первый вход которого соединен с выходом интегратора, второй вход - с общей. точкой непрпвижной первичной обмотки питающего токосъемника и аополни тельного резистора, а выхоц - с другим вхрпом блока сравнения. I На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов содержит питающий и передающий токосъемники 1 и 2 с вращающимися обмотками 3 и 4 и неподвижными o6Moiw ками 5-8, располагаемый на вращающем объекте 9, тензометрический мост 10, с иагонали которого соединены соответственно. с вращающимися обмотками 3 и 4 токосъемников 1 и 2, регистрирующий блок 11, соединенный с неподвижной обмоткой 8 передающего токосъемник 2 генератор 12 прямоугольного напряжения, блок 13 регулировки напряжения, один из входов которого соединен с въ1ходом гедератора ,12, дифференциальный усилитель 14, один из входов кото рого соединен с выходом блока 13 ре- гулировли, другой - с одним из концов неподвижной обмотки 5 обратной связи питающего токосъемника 1, а выход - . с одним концом неподвижной первичт ой обмотки 6 последнего, источник 15 / опорного напряжения, блок 16 сравне- ния, один из входов которого соединен с источником 15 опорного напряжения, а выход - с другим входом блока 13 регулировки, нагрузочный резистор 17, один конец которого заземлен, а другой соединен с неподвижной дополнительной обмоткой 7 питающего токосъемника 1, дополнительный резистор 18, один которого заземлен, а другой соединен с другим концом неподвижной первичной обмотки 6 питакшего токосъемника 1, интегратор 19, вход которого соединен с общей точкой нагрузочного резистора 17 и дополшительной обмотки 7, и сумматор 2О, первый вход которого сое динен с въкодом интегратора 19, второй вход - с общей точкой неподвижной неличной обмотки 6 питающего TQKO-: съемника 1 и дополнительного резисто ра 18, а въгход - с другим входом бло ха 16 сравнения. Другие концы непоа- вижнък обмоток 5, 7 и 8 заземленъи Устройство работает следующим обра зом., , Прямоугольное напряжение, поступаю щее на прямей вхрд усилителя 14 от генератор 12 через блок 13 регулиро кн, вызъшает ток i е первичной обмоТ ке питающего токосъемника 1. Этот ток индуктирует во.всех обмот ках токосъемника 1 напрйжения взаимной индукции. Напряжение, возникающее на зажимах обмотки 5 обратной связи, сравнивается на входе усилителя 14 по стоянного тока. Разностный сигнал поддерживает ток 1 первичной обмотки 6. При достаточно большом коэффициенте усиления по напряжению усилителя 14 разностный сигнал стремится к нулю, а следовательно, напряжение, индуктируемое в обмотке 5 обратной связи, .приблия«аетсяПО форме к прямоугольному. Такую же форму имеют и напряжения, индуктируемые в обмотках 7 и 3, которые сцеплены с тем же магнитным потоком, что и обмотка 5 обратной связи. I Прямоугольное напряжение с вращающейся обмотки 3 поступает на тензомост 1О, который в исходном состоянии сбалансирован. Воздействие контролируемого динамического параметра на тензомост 10 вызывает его разбаланс. Ток разбаланса тензомоста 1О по вра- щакицейся обмотке 4 передакшего токосъемника 2 и наводит в неподвижной об мотке 8 ЭДС, пропорциональную величине тока разбаланса тензомоста, которая фиксируется регистрирующим устройством 11.Изменение температуры окружающей среды вызывает изменение величины распределеннъос сопротивлений и обмоток 7 и 3, соединительных проводников и сопротивлений плеч тензомоста 10. При постоянной величине сигнала на инвертирующем входе усилителя 14 напряжение, индуктируемое в обмотке 3, будет также постоянным по уровню. Следовательно, любъю температурные .изменения измерительной цепи, вызывают изменение величины тока, текущего через тензомост, что приводит к изменению его чувствительности. Для стабилизации величины тока тензомоста в предлагаемом устройстве использованы дополни- тельнь1й резистор 18, нагрузочный резисгор 17, дополнительная обмотка 7, источник 15 опорного напряжения, блок 16 сравнения, сумма тар 20 и интегратор 19. Эти элементы совместно с блоком 13 регулировки и дифференциальным усилителем 14 образуют автоматическую систему стабилизации тока тензомоста, которая работает следующим образом. i первичной обмотки 6 равен i где 1 - намагничивающий ток; i - привеаеннык ток. вращйющейся обмотки 3, В пределах каждого-nonynepHoaa прямоугольного напряжения намагничива ющий ток изменяется по линейному зак ну ..и. U-- напряжение, индуктируемое во вращающейся обмотке 3j п . - коэффициент трансформации, равный отнощению числа витков обмотки 3 к числу ВИТКОВ . обмотки 6; L,. - инцу ктивность первишой обмот ки 6; t - время. Напряжение, возникающее на зажимах дополнительного резистора 18, равно и„ t R i А и поступает на вход сумматора 2О, на другой вход которого поступает напряж ние с выхода интегратора 19. Входное напряжение интегратора 19, снимаемое нагрузочного резистор 17, имеет прям угольную форму и равно UU. где м коэффициент, равный отношению числа витков обмотки 7 к числу витков обмотки 3. Выходное напряжение и., инте ратора 19 имеет линейно изменякнцуюс форму в пределах каждого полупериода U2 coh5t прямоугольного напряжения 2C/2C t 1 n2U2t, где К- коэффициент пропорциональности определяемый параметрами интегратора 19. Это напряжение поступает на другой вход сумматора 20 и вычитается из напряжения Уд так, что входной сигнал суммирующего усилителя равен ,-t-) u;-u. )u,t. Выражение, входящее в скобки последнего уравнения, состоит из постоян О46 ных величин. Подобрав коэффициент интегратора таким образом, чтобы выполнялось равенство получим V 2 Это означает, что входной сигнал сумматора 20 пропорционален с точностью до постоянного коэффициента току тензомоста Напряжение с выхода сумматора 20 поступает на первый вход блока .16 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение с источни- ка 13 опорного напряжения. Результат сравнения двух напряжений передается на. управляющий вход блока 13 регулировки, который обеспечивает такой уровень входного напряжения дифференциального усилителя 14, чтобы отклонение тока i, тензомосга от номинального стремилось к нулю. Выщеописанный принцип стабилизации то.ка тензомоста обеспечивает устройству существенные преимущества по сравнению с прототипом, так как на схему сравнения поступает сигнал непосредственно тока тензомоста, а система стабилизации поддерживает его постоянным по величине. Поскольку при этом управляющий сигнал не зависит от параметров измерительной цепи, расположенной на вращающемся объекте 9, то автоматически отпадает необходимость контроля величины сопротивления измерительной цепи и установки необходимого значения опорного напряжения или величины сопротивления нагрузочного резистора. Так как ток тензомоста величина постоянная, то источник опорного напря-, жения может быть выполнен нерегулируемым, чтоИсключает необходимость .проверки правильности его установки перед каждым включением, поскольку достове(ность результатов измерений обеспечивается принципом работы системы стабилизации TOJfa тензомоста. Устройство отличается и более высокой экономической эффективностью. Это объясняется тем, что здесь отсутствуют зат раты рабочего времени на подготовительные операции перед включением устройства, связанные с определением сопротивления измерительной цепи и установки величины опорного напряжения. Оана такая операция на измерительный канал занимает 10-15 мин рабочего времени. При цоводке изделий, когда число контролируемых точек достигает 80-10О, а число измерительных каналов не превышает 10, время на выполнение подготовнтелыак операций достигает 8-12 ч. Кроме того, при выполнении этих операций в известном устройстве не исключаются ошибки определения сопро- тивлений или установки величины onoFeiOi го напряжения, что приводит к низкой 104 4 достоверности результатов измерения и необходимости повторных измерений, которые в ряде случаев не удается выполнить, если ресурс контролируемого объекта ограничен. Практическое исполь зование предлагаемого устройства исклк чает собственно операции определения сопротивления измерительного канала и становки величины опорного напряжения, а следовательно, принципиально исключена возможность получения недостоверных результатов измерения.

УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАКШИХСЯ ОБЪЕКТОВ, соаержашее питакяиий и передающий токосъем- НИКИ с вращающимися и непоцвижными обмотками, располагаемый на вращак щемся объекте тензометрическйй мост, аиагомали которого соединены с вращающимися обмотками обоих токосьемниясмз, регистрирующий блок, соединенный с неподвижной обмоткой передающего токо съемника, генератор прямоугольного напряжения, блок регулировки напряжения, один из входов которого соединен с вы.ходом генератора, дифференциальный уси литель, один из вхоцов которого соединен с выходом блока регулировки напряжения, другой - с одним из концов неподвижной обмотки обратной связи питающего токосьемника, а выход - с одним концом неподвижной первичной обмотки последнего, источник опорного напряжения, блок сравнения, один из входов которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с другим входом блока регулировки напряжения, и нагрузочный резистор, один ксхнец которого заземлен, а другой соединен с неподвижной дополнительной обмоткой питающего токосъемника, о и ч а, ю щ е е с я тем, что, i с целью расщирения рабочего диапазона температур, оно снабжено дополнительным (Л резистором, один конец которого заземлен, а другой соединен с другим концом неподвижной первичной обмотки питающего токосъемника, интегратором, вход которого соединен с общей точкой нагрузочного резистора и дополнительной обмоткой, и сумматором, первъгй вход которого сое4 динен с выходом интегратора, второй СХ), вход - с общей точкой неподвижной nef оо вичной обмотки питающего токосъемника и дополнительного резистора, а выход с другим входом блока сравнения.

19