Устройство для питания вращающихся тензорезистивных цепей Советский патент 1984 года по МПК G01R31/00 G01R31/34 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для питания вращающихся тензорезистивных цепей при измерении динамических параметров (деформаций, давлений, крутящего момента и т.п.) деталей роторов различных машин с помощью бесконтак ньк токосъемников трансформаторного типа и резистивных преобразователей расположенных на контролируемых деталях ротора. Известно устройство для измерени динамических параметров вpaщa cчциxcя объектов, в которые питание вращающихся тензорезистивных цепей осуществ ляется напряжением низкой частоты пря угольной формы посредством передающих бесконтактных токосъемников; трансформаторного типа. Устройство содержит усилитель, генератор прямоугольного напряжения и .бесконтакт ньй токосъемник трансформаторного типа с вращающейся обмоткой, нагруженной на тензорезистивную цепь, и двумя неподвижными обмотками, в одной из которых усилителем создает ся линейно изменяющийся ток в течение времени, определяемого генератором. Эти устройства работают на принципе сравнения на входе усилите ля напряжений генератора и обмотки обратной связи, в результате чего вырабатывается разностный сигнал, управляющий усилителем lj . .Недостатки устройства заключаютс в трудности обеспечения устойчивости усилителя, имеющего большой коэф фициент усиления по напряжению, и низкой точности формирования вер шины прямоугольного питающего напря жения. Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является ус-гройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов, содержащее генератор прямоугольных импульсов напряжения, усилитель постоянного тока (УБТ), тензометрический мост, регистрирующий блок, питающий бесконтактный то косъемник трансформаторного типа, включающий в себя последовательно соединенную обмотку обратной связи и первичн5то неподвижную обмотку, расположенные на статоре указанного токосъемника, на роторе токосъемни;ка размещена первая подвижная обмот ка, подключенная к одной из диагоналей тензомётрического моста, другая диагональ которого подключена к второй подвижной обмотке передающего бесконтактного токосъемника трансформаторного типа, также расположенной на роторе указанного токосъемника. Общий вывод обмотки обратной связи токосъемника и первичной неподвижной обмотки соединен с одним из зажимов генератора прямоугольных импульсов напряжения, другой вывод которого соединен с первым выходным зажимом УПТ, первый входной зажим которого через первьй резистор соединен с одним из выводов обмотки обратной связи бесконтактного токосъемника. Второй входной зажим и второй выходной зажим УПТ соединены с общим выводом устройства. Один извыводов первичной неподвижной обмотки бесконтактного токосъемника через второй резистор соединен с общим-выводом устройства. На статоре передающего токосъемника размещена вторая неподвижная обмотка, подключенная к регистрирующему блоку 2. Недостатком этого устройства является низкая точность формирования вершины прямоугольного питающего напряжения следствие, снижение чувствительности тензорезистивного преобразователя к воздействующему фактору Xrt) в течение каждого полупериода. Этот недостаток обусловлен наличием выходного сопротивления генератора прямоугольного напряжения, которое включено последовательно с активным сопротивлением заземленной статорной обмотки, через которую протекает линейно изменяющийся ток. При этом выходное сопротивление генератора не входит в контур компенсации, образованный последовательно соединенными статорными обмотками и входным сопротивлением усилителя постоянного тока. Так как через выходное сопротивление генератора протекает весь ток первичной цепи бесконтактного токосъемника, то падение напряжения на нем вьиитается из напряжения, приложенного к первичной статорной обмотке. Это обстоятельство приводит к снижению приложенного напряжения и, как результат, к спаду вершины прямоугольного напряжения питания тензорезистивной цепи. Целью изобретения является повышение точности формирования питаю, щего напряжения. Эта цель достигается тем, что в устройство для питания вращающихся тензорезистивных цепей, содержащее усилитель постоянного тока, первый входной зажим и первый вьгходной заж которого соединены с общим выводом устройства, бесконтактный токосъемник трансформаторного типа, включающий соединенные последовательно и встречно первую и вторую статорные обмотки, расположенные на статоре бесконтактного токосъемника, а также роторную обмотку, располо женную на роторе бесконтактного токосъемника, выводы которой являются выходом устройства и предназначены для подключения тензорезистивнык цепей, введены источник постоянной ЭДС, первый и второй коммутирующие элементы, соединенные последователь но и встречно третья и четвертая статорные обмотки, расположенные на статоре бесконтактного токосъемника, причем начало первой и конец второй статорных обмоток бесконтакт ного токосъемника соединены соответ ственно с первым и вторым входами первого коммутирующего элемента, вькод которого соединен с вторым входным зажимом усилителя постоянного тока, второй выходной зажим которого соединен с одним из выводо источника постоянной ЭДС, другой вывод которого соединен с началом второй и концом четвертой статорных обмоток токосъемника, начало четвер той и конец третьей статорных обмоток тЪкосъемника соединены соответственно с первым и вторым входами второго коммутирующего элемента, выход которого соединен с общим выводом устройства. , На чертеже представлена структур ная схема устроства. Устройство содержит усилитель 1 постоянного тока, первый входной зажим и первый выходной зажим котор го соединены с общим выводом устрой ства, бесконтактньй токосъемник 2 трансформаторного типа, содержащий расположенные на статоре первую 3, вторую 4, третью 5 и четвертую 6 ст торные обматки с одинаковым количеством витков, а на роторе - ротор ную обмотку 7. Конец первой 3, начало второй 4, начало третьей и конец четвертой 6 статорных обмоток обье динены между собой и подключены к одному из выводов источника 8 постоянной ЭДС, один из выводов которого соединен с вторым выходным зажимом усилителя 1, второй входной зажим которого соединен с выходом первого коммутирующего элемента 9, первый и второй входы которого соединены соответственно с началом первой 3 и концом второй 4 статорных обмоток токосъемника 2. Начало четвертой 6 и конец третьей 5 статорных обмоток .токосъемника 2 соединены соответственно с первым и вторым входами второго коммутирующего элемента 10, выход которого соединен с общим выводом устройства. Выводы роторной об .отки 7 токосъемника 2 являются выходами устройства и предназначены для подключения тензорезистивных цепей, содержащих соответствующие тензорезистивные элементы 11. Устройство работает следующим образом. Коммутирующие элементы 9 и 10 одновременно подключают связанные с ними одноименные концы статорных обмоток к входу усилителя 1 постоHHHoroJтока и к общему выводу. При этом между соответствующей статорной обмоткой, соединенной с .общим проводом через низкое вькодное сопротивление усилителя 1 постоянного тока и внутреннее сопротивление коммутационного элемента 10 с общим выводом, и статорной обмоткой, соединенной через коммутирующий элемент 9 с входом усилителя 1 постоянного тока, возникает ЭДС взаимной индукции. Значение ЭДС взаимной индукции отличается от приложенного напряжения на величину падения напряжения на активном сопротивлении статорной обмотки,.соединенной с общим вьгеодом, и внутренним сопротивлением коммутирующего элемента 10. Рассматриваемые статорные обмотки включены встречно по отношению к входу усилителя 1 постоянного тока, а коэффициент связи между ними К ев 1 (что практически достигается бифилярной намоткой статорных обмоток). ЭДС взаимной индукции и самоиндукции взаимно компенсируется в контуре, образованном включенными статорными обмотками, их распределенными сопротивлениями и внутренними сопротивлениями коммутирующих элементов. На вход усилителя 1 поступает напряжение с выхода коммутирующего элемента 9. Благодаря применению усилителя постоянного тока с высоким входным сопротивлением ток, протекающий через его входную цепь, коммутирзчощий элемент 9. и коммутируемую им статорнуй обмотку, пренебрежимо мал и практически не создает падения напряжения на ее распределенном активном сопротивле-НИИ и внутреннем сопротивлении коммутирующего элемента 9. Таким образом, на вход усилителя 1 постоянного тока воздействует только напряжение, равное по величине сумме падений напряженийна внутреннем сопротивлении коммутирующего элемента 10 и на распределенном активном сопротивлении коммутируемой им соответствующей статорной обмотки Это напряжение передается усилителем 1 постоянного тока с коэффициентом усиления по : напряжению К 1 в первичную цепь бесконтактного токосъемника 2, где оно суммируете с напряжением источника 8 постоянной ЭДС и увеличивает наряжение, приложенное к статорной обмотке, соединенной с общим выводом, на величину падения напряжения на ее распределенном активном сопротивлении

,и внутреннем сопротивлении коммутирующего элемента 10. Таким образом, усилитель 1 постоянного тока выпол-, няет функцию управляемого источника напряжения, который компенсирует падение напряжения на паразитных параметрах первичной цепи бесконтактного токосъемника 2 трансформаторног типа. Это обстоятельство позволяет исключить влияние паразитных параметров первичной цепи трансформаторного прербразователя и передать во вторичную цепь (вращающуюся роторную обмотку 7) напряжение, точно соответствующее приложенному, т.е. напряжению источника 8 постоянной ЭДС. В связи с тем, что выходной ток усилителя 1 постоянного тока линейно

нарастает, а следовательно, увеличи ается и его выходное напряжение, процесс формирования первичного тока огра1ничен во времени. Ограничение наступает в момент достижения предельного значения тока /(при допустимом предельном напряжении), протекающего через выходцую цепь усилителя J постоянного тока. В этот момент времени коммутирующие элементы синхронно переключают статорные обмотки бесконтактного токосъемника Статорные обмотки включены таким образом, чтобы токи, протекакицие в них, были направлены -встречно относительно одноименных выводов поэтому магнитный поток, создаваемый первичным током, в магнитопроводе бесконтактного токосъемника .2, меняет свое направление при переключении соответствующих статорных обмоток.Направление магнитного потока в магнитопроводе бесконтактного токосъемника 2 меняется при переключении соответствующих статорных обмоток.

Таким образом, во вращающейся обмотке 7 бесконтактного токосъемник 2 индуктируется прямоугольное разног полярное напряжение, длительность периода которого определяется моментами переключения коммутирующих элементов 10 и 9.

Существенное отличие предлагаемого устройства от известного состоит в замене генератора прямоугольного напряжения низкой частоты источником 8 постоянной ЭДС, внутреннее сопротивление которого легко может быть сведено к пренебрежимо малой величине (Ky 10 - ). При этом формирование прямоугольного напряжения во вращающейся обмотке осуществляется за счет поочередного переключения соответствующих статорных обмоток посредством коммутирующих элементов 9 и -10.

Данное устройство повьшает точность формирования питающего тензометрические цепи напряжения и, как следствие, повьщ1ает точность измерения контролируемых механических напряжений во вращающихся деталях мапшн.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ . ВРАЩАКИЦИХСЯ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫХ ЦЕПЕЙ, содержащее усилитель постоянного тока, первый входной зажим и первый выходной зажим которого соединены с общим выводом устройства, бесконтактный токосъемник трансформаторного типа, включающий соединенные последовательно и встречно первую и вторую статорные обмотки, расположенные на статоре бесконтактного токосъемника, а также .роторную обмотку, расположенную на роторе бесконтактного токосъемника, выводы которой являются выходом устройства и предназначены для подключения тензорезистивных цепей, о т л и : чающееся тем, что, с целью повышения точности формирования питающего напряжения, в устройство введены источник постоянной ЭДС, первый и второй коммутирующие элементы, соединенные последовательно и встречно третья и четвертая статорные обмотки, расположенные на статоре бесконтактного токосъемника, причем начало первой и конец вто.рой статорных обмоток бесконтактного токосъемника соединены соответственно с первым и вторым входами.первого коммутирующего элемента, выход которого соединен с вторым зажимом (Л усилителя постоянного ,тока, второй выходной зажим которого соединен с одним из выводов : источника постоямной ЭДС, другой вывод которого соединен с началом второй и концом четвертой статорных обмоток токосъемника, начало четвертой и конец третьей статорных обмоток токосъемника соединены соответственно с персх вым и вторым входами второго коммутирующего элемента, выход которого СП .соединен с общим выводом устройства. О) ч|