Измеритель мощности Советский патент 1984 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназ начено для измерения мощности, пере даваемой вращающимся валом, соединяющим привод и нагрузку.

Известны измерители мощности, основанные на фазовом принципе измерения угла скручивания вала. Основным узлом таких измерителей является фазометр и среди них наиболее широкое применение находят фазометры средних значений.

Известны фазометры средних значений угла сдвига фаз, которые при подключении к датчика, регистрирующим угол скручивания вала, могут осуществлять измерение крутящего момента, передаваемого валом ij.

При ткаом включении указанные устройства позволяют скорректировать погрешность, вызванную разным запаздыванием сигналов в опорном и измерительном каналах фазометра, однако различие временных сдвигов сигналов в чувствительных элементах датчиков упругой деформации при это не устраняется.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее размещенные в контрольных сечениях вала индукторы и взаимодействующие с ними основные чувствительные элементы,. выходы которых через свои последовательно включенные усилители и формировател подключены к первому и второму входам фазового дискриминатора, выход которого связан с первыми входами двух элементовИ, выход одного из них подключен к суммирующему входу счетчика из мерения деформации, а выход второго через первый вход элемента ИЛИ- связан с вычитающим входо указанного счетчика, выход второго формирователя через логическую схему подключен к входу счетчика результата, выходы обоих счетчиков через свои анализаторы нуля соединены с первым и вторым входами схемы, управления, синхронизированной задающим генератором, выходы которого подключены к вторым входам элементов И, третьи входы которых связаны с первым режимнЕлм вы :одом схем управления, а ее второй режимный выход подключен к логической схеме через третий элемент И связан с вторым входом элемента ИЛИ 12. Недостатком этого устройства является то, что в нем не устраняется влияние временных сдвигов в чувствительных элементах датчиков деформлции, таккак в режиме коррекции сигнал с нулевым фазовым сдвигом подается не в начало каждого тракта измерения, а на входы формирователей. Кроме того, введение в схеме дополнительного режима корренции, длительность которого принципиально равна времени измерений угла скручивания вала, снижает быстродействие.

Целью изобретения-является повышение быстродействия и точности измерения за счет компенсации изменения параметров чувствительных элементов и сокращения цикла измерения

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель мощности, содержащий размещенные в контрольных сечениях вала индукторц и взаи1«гадействующие с ними основные чувствительные элементы, выходы которых через свои последовательно включенные усилители и формирователи подключены к первому и второму входам фазового дискриминатора, выход которого связан с первыми входами двух элементов И, выход одного из них подключен к суммирующему входу счетчика измерения деформации, а выход второго через первый вход элемента ИЛИ связан с, вычитающим входом указанного счетчика, выход второго формирователя через логическую схему подключен к входу счетчика результата, выходы обоих счетчиков через свои анализаторы нуля соединены с первым и вторым входами схемы управления, синхронизированной да| ающим генератором, выход которого подключен к вторым входам эле-. ментов И, третьи входы связаны с первым режимным входом схемы управления, а ее второй режимный выход подключен к логической схеме и через третий элемент И связан с вторым входом элемента ИЛИ, дополнительно введены корректирующее звено, источник постоянного напряжения блок суммирования постоянного и переменного напряжений, два дополнительных формирователя импульсов, триггер знака и вспомогательный . чувствительный элемент, взаимодействунлций с одним из индукторов, при этом выход вспомогательного чувствительного элемента подключен к входам двух дополнительных формирователей импульсов и черезкорректирующее звено - к первому входу блока суммирования постоянного и переменного напряжений, второй вход которого связан с источником постоянного напряжения, а выход - с возбуждающими входами обоих основных чувствительных элементов, при. этом выходы дополнительных формирователей .ьсов соединени соответственно q нулевым и единичным входами триггера знака, единичный и нулевой вы ходы которого подключены соответственно к четвертым входам элементов И суммирующего и вычитающего

каналов счетчика измерения деформации .

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2врёменныё диаграммы его работы.

В состав устройства входят размещенные, на валу 1 индукторы 2 и 3, основные емкостные чувствительные элементы 4 и 5, усилители б и 7 импульсов чувствительных элементов, формирователи 8 и 9 импульсов, фазовый дискриминатор 10, элементы И 11-13, элемент ИЛИ 14, реверсивны счетчик 15 измерения деформации, анали-затор О 16, логическая схема J.7, счетчик 18 результата, анаО

19, делитель 20 часлизатор

тоты, задающий генератор 21, схема 22 управления, вспомогательный чувствительный элемент 23 индукционного типа, корректирующее звено 24, блок 25 суммирования постоянного и переменного напряжений, источник 26 постоянного напряжения, формирователи 27 и 28 импульсов, триггер 29 знака,.

В измерителе мощности на концах измерительной базы вала 1 размещены индукторы 2 и 3, представлякщие собой диски из ферромагнитного материала с зубьями, которые при вращении вала взаимодействуют с чувствитёльн.ыми элементами 4, 5 и 23. Индукторы 2 и 3 при отсутствии, крутящего момента взаимно не смещены (т.е. угловое положение одноименных зубьев индукторов 2 и 3 совпадает), а чувствительные элементы 4 и 5 взаимно смещены по углу так, что выходные сигналы элемента 4 несеолько опережают сигналы элемента 5 (при любых возможных углах скручивания вала 1)iВеличина этого смещения невелика (существенно меньше угла между соседними зубьями одного индуктора).

Вспомогательный чувствительный элемент 23 смещен относительно чувствительного элемента 5 по углу так что зубья индуктора 2 взаимодейству бт с ними поочередно (т.е. при появлении некоторого зуба в рабочей области чувствительного элемента 5 зубьев в рабочей областичувствител ного элемента 23 нет и наоборот).

Выход чувствительного элемента 4 через усилитель б и формирователь,8 подключен к первому входу фазового дискриминатора 10. Выход чувствительного элемента 5 чере усилитель J и формирователь 9 подключен к второму входу дискриминатора 10 и измериfтeльнoмy входу логической схемы 17. Выход фазрвого дискриминатора 10 . соедине с первыми входами элементов И 11 и 12. Выход источника 26 постоянного напряжения подсоединен к второму входу блока 25 суммирования напряжений, выход которого соединен с возбуждающими входами чувствительных элементов 4 и 5. Выход корректирующего звена 24 соединен с первым входом блока 25 суммирования напряжений. Выход вспомогательного чувствительного элемента 23 соединен с входом корректирукяцего звена ,24 и входами формирователей 27 и 28 им-, пульсов, выходы которых соединены соответств;ённо .с единичным и нулевым установочными входами триггера 29., единичный выход которого подключен к второму входу элемента И 11, а нулевой выход - к второму входу элемента И 12. Выход элемента И 11подключен к суммирующему входу счетчика 15, а выход элемента И 12 - к .первому входу элемента ИЛИ 14, чей выход подсоединен к вычитающему вха ду счетчика 15. Выход счетчика 15 через анализатор О 16 подсоединен к второму командному входу схемы 22 управления. Выход задагадего генератора 21 подключен к синхронизирующим входам логической схемы 17 и схемы 22 управления, а также к входу делителя 20 частоты и третьим входам элементов И 11 и 12, Выход делителя 20 частоты соединен с первым входом элемента И 13, а его выход -. с вторым входом элетлента ИЛИ 14, Первый режимный выход схемы 22 управления соединен с первым режимным входом логической схемы 17 и четвертыми входами элементов И 11 и 12. Второй режимный выход схемы 22 управления соединен с вторым режимным входом схемы 17 и вторым входом элемента И 13.

Выход логической схемы 17 через счетчик 18 результата и анализатор О 19 соединен с первым командным входом схемы 22 управления.

Опорный канал измерения угла скрчивания состоит из чувствительного элемента 4, усилителя б, а измерительный - из чувствительного элемента 5уф1лителя 7.

Устройство работает следующим образом..

При вращении вала 1 зубья индукторов 2 и 3 взаимодействуют с чув ствительными элементами 4,5 и 23. Выходные сигналы чувствительного элмента 23 (фиг. 2е) проходят через корректирующее звено 24 .на первый вход схемы 25 суммирования напряжений, а затем, суммируясь с напряжением возбуждения, подаваемымна второй вход схемы 25 из блока 26, поступают на возбуждаквдие входы элементов 4 и 5. При этом на выхода чувствительных элементов 4 и 5 (т.е входах усилителей 6 и 7) создаются вспомогательные сигналы.

Угловое смещение чувствительных :элементов 4,5 и 23 обеспечивает такой временной сдвиг выходных информационных сигналов чувствительных элементов 4 и 5 (вызванных изменением емкости соответствующего 4ЭС п прохождении над ним зуба) относител но вспомогательных, что вспомогательные сигналы возникают в паузах между информационными, не накладыва ясь на них. Информационные и вспомогательные сигналы на выходах усилителей б и 7 (фиг. 2а,б) обозначены символами С и L, соответственно. При переходе сигналами , О через нулевое значение (смена .положительной полуволны на отрицательну выходные напряжения формирователей 8и 9 достигают высокого уровня (фиг. 2в,г). Временные интервалы Т и Т между передними фронтами сигналов sbtuB еых9 выделяются фазовым дискриминатором 10 (фиг. 2д). Выходной сигнал чувствительного элемента 23 поступает также на вход формирователей 27 и 28, пороги ерабатывания которых смещены соответст венно на Е и Е . (фиг. 2е) . В момен превышения сигналом го уровня (Е или Е) ф ормирователи 27 и 28 вырабатывают короткие положительные импульсы &ФИГ. 2ж,и), поступающие соответственно на единичный и Нулевой установочные входы триггера 29, единичный или нулевой выход которого открывает при этом п второму входу элемент И 11 или 12 (фиг. 2к). Отметим, что схема формирователя 9измерительного канала, кроме собственно формирователя, содержит линию задержки его выходного сигнала, величина аТ линии.задержки выбрана так, что при поступлении вспомогательных сигналов на элементы 4 и 5 положительные фронты импульсов на первом входе дискриминатора 10 всег да возникают раньше, чем на втором, при всех возможных значениях задер,жек сигналов в элементах 4-8. Процесс определения мощности в предлагаемом устройстве состоит из режимов измерения крутящего момента (первый режим) и измерения мощности (второй режим). Перед, началом первого режима счетчик 18 сбрасывается в нуль, а в счетчик 15 вводится в дополнитель ном коде уставка, пропорциональная углу начального сдвига индукторов 2, 3 относительно элементов 5, 4. при введении уставки в дополнительном коде происходит ее вычитание из результата измерения. Б первом режиме производится измерение двух последовательностей временных интервалов Т и Т (фиг.2 за неизменное время измерения, отсчитываемое счетчиком 18. Результаты измерений интервалов Т н Т, регистрируются счетчиком 15 соответственно с положительным и отрицательным знаками. Начало этого режима синхронизировано передним фронтом импульсов на синхронизирующих входах логической схемы 17 и схемы 22 управления. По сигналу с первого режимного выхода схемы 22 управления открываются (по четвертым входам) элементы И 11 и 12, а логическая схема 17 начинает пропускать на вход счетчика 18 импульсы задающего генератора 21. Иг ульсы задающего генератора 21, поступая нА третьи входы элементов И 11 и 12, обеспечиваю квантование интервалов Т и Т, а триггер 29, управляя по вторым входам элементами И 11 и 12, пропускает соответствующие пачки импульсов на суммирующий и. вычитающий входы счетчика 15. Соотношения между порогами срабатывания Е., и Eg формирователей 27 и 28 и амплитудой сигнала Ug,p(3 выбраны так, что интервал Т, всегда накрывает Tj (фиг. 2к,д) , т.е. Tj начинается раньше и заканчивается позже Т . Длительность Т определяется сумМОЙ T,,..g t- Т., , (Я гдедТц„,,.„ - интервал, пропорциональный углу начального сдвига зубьев инд/кторов 2 и 3 относительно чувствительных элементов 5 и 4; интервал, пропорциональный углу скручивания вала (крутящему моменту); разность временных задержек сигналов в опорном и измерительном каналах (для каждого от входа соответствующего 4ЭС до выхода дискриминатора 10) . ля интервала Т . Т Т рч-лТ, (2} с учетом уставки по углу началього сдвига в счетчике 15 к концу ервого режима накапливается число мпульсов, пропорциональное (.-i.e Тмкр -лТлл) -(.%)-Т«а ф«дТм СЗ) При этом устраняются погрешности, бусловленные разностью фазовых сдвигов в каналах (лТ) , а также Benii4J ЫЛТ„„ илТдэ. Сигнал переполнения счетчика 18, поступг,.я через анализатор О 19 на первый командный вход схемы 22, ереключает ее на второй режим (изерение мощности), в котором на перBOM режимном выходе схемы 22 образуется запрещающий потенциал, а на втором режимном выходе - раэрешаюШий. При этом элементы И 11 и 12 закрываются по четвертым входам/ элемент И 13 открывается по второму входу, а. сигналы фо{)мирователя 9 через логическую схему 17 поступают на вход счетчика 18, Одновременно сигналы с выхода делителя 20 частоты через элементы И 13, ИЛИ 14 подаются на вычитающий вход счетчика 15, что продолжается до его обнулеНИН, после чего сигнал с выхода ана16 поступает на втолизатора

рой командный вход схемы 22, и режим измерения мощности заканчивается. В течение второго режима счетчик 18 подсчитывает число импульсов, частота следования которых пропорциональна скорости вращения вала, за интервал времени, пропорциональный крутящему моменту , что соответствует измеряемой мощности, передаваемой вращающимся валом.

Таким образом, введение в устройство вспомогательного чувствителного элемента, корректирующего звена, блока суммирования постоянного и переменд ого напряжения, дополнительных формирователей и триггера знака позволяет сократить длительность цикла измерения мощности и устранить погрешность, обусловленную различием временных сдвигов сигналов и емкостных чувствительных элементах и усилителях опорного и измерительного каналов.

T

r

vd

/

OОвык З

%fx27

ж

л

j

L

/

Лг

ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, содержащий размещенные в контрольных сечениях вала индукторы и взаимодейетвующие с ними основные чувствительные элементы, выходы которых через свои последовательно включенные усилители и формирователи подключены к первому и второму входам фазового дискриминатора. Выход которого связан с первыми входами двух элементов И, выход одного из них подключен к суммирунадему входу счетчика измерения деформации, а выход второго через первый вход элемента ИЛИ связан с вычитаювщм входом указанного счетчика, выход второго формирователя через логическую схему подключен к входу счетчика результата, выходы обоих счетчиков через свои анализаторы нуля соединены с первым и вторым входг1ми схемы управления, синхронизированной задающим генератором, выход которого подключен к вторым входам элементов И, третьи входы которых связаны с первым режимным выходом схемы управления, а ее второй режимный выход подключен к логической схеме и через третий элемент И связан с вто.|рым входом элемента ИЛИ, о т л и I ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьаиения быстродействия и точности измерения путем компенсации.изменения параметров чувствительных элементов и сокращения цикла измерения, в него введены корректирукицее звено, источник постоянного напряжения, блок суммирования постоянного и переменного напряжений, два дополнительных формирователя импульсов, триггер знака и вспомогательный чувствительный элемент, взаимодействующий с одним из индукторов, при этом (Л выход вспомогательного чувствительс ного элемента подключен к входам двух дополнительных формирователей импульсов и через корректирующее звено - к первому входу блока суммирования постоянного и переменного напряжений, второй вход которого связан с источником постоянного на|пряж,ёния, а выход - с возбу;кдающи00 ми входами, обоих основных чувстви: тельных элетлентов, при этом выходы iдополнительных формирователей им4 4 пульсов соединены соответственно с нулевЕЛМ и единичным входами триггера знака, единичный и нулевой выходы которого подключены соответ(Ственно к четвертым входам элеменJTOB И суммирукяцего и вн итающего каналов счетчика измерения деформации.

Гз

Utt(tZ9

Ж

Фuz.Z