Цифровой измеритель крутящего момента Советский патент 1987 года по МПК G01L3/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения крутящего мо- i мента, пе;редаваемого вращающимся валом.5

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

На чертеже представлена структурная схема цифрового измерителя мо- JQ мента.

Цифровой измеритель крутящего момента содержит упругий вал 1, по концам которого установлены индукторы 2 и 3 с метками 4, равномерно рас-J5 положенными по окружности, три импульсных датчика 5-7, две схемы И 8, 9, генератор 10 импульсов, три .счетчика 11, 12 и 13 импульсов, че- ,тыре триггера 14-17, блок 18 деления, 20 регистр 19 числа, два делителя 20, 21 частоты и три одновибратора 22-24. При этом совокупность элементов, включающая триггеры 15-17 и одноляющий выход которого подключен к первому входу триггера 16..Импульсный датчик 7 установлен с обеспечением индуктивной связи с метками 4 индуктора 3 и смещен относительно индуктивного датчика 6 на угол, равный половине углового шага меток 4 на индукторах 2 и 3, и подключен через счетчик 13 импульсов к второму и первому входам триггеров 16 и 17 соответственно.

Второй вход триггера 17 подключен к входу старшего разряда 30 счетчика 12 импулБсов. Емкость счетчика 13 импульсов равна числу меток 4 на ин- дукторе 3.

Цифровой измеритель момента работает следующим образом.

Процесс определения величины крутящего момента состоит из режимов измерения и коррекции.

В исходном состоянии счетчики 11, 12 импульсов обнулены, триггер 17

вибраторы 22-24, образует логический 25 установлен в состояние 1 , триггеры

15 и 16 установлены в состояние О.

блок 25, выполняющий функции управления измерителем.

Блок 18 деления содержит на входах делимого и делителя регистры 26 и 27 чисел, подключенных к схеме 28 деления.

Счетчик 12 импульсов состоит из цепочки младших разрядов 29, подключенных к старшему разряду 30. Импульсные датчики 5 и 6 установлены с обеспечением индуктивной связи с метками 4 индукторов 2 и 3 соответственно и подключены к соответствующим входам триггера 14, выход которого подключен к первому входу схемы И 8, выход которой через счетчик 11 импульсов подключен к регистру 26 блока 18 деления.

К разрядным входам регистра 27 блока 18 деления подключены разрядные выходы счетчика 12 импульсов, вход которого подключен к выходу И 9, первый вход которой под- ключен к первому выходу триггера 15. Генератор 10 импульсов через делител 20, 2 частоты подключен к вторым входам схем И 8 и 9.

Выходы триггеров 16 и 17 через од новибраторы 22 и 23 подключены к соответствующим входам триггера 15, первый выход которого подключен к третьему входу схемы И 8, а второй ;через одновибратор 24 - к управляющему входу блока 18 деления, управляющий выход которого подключен к первому входу триггера 16..Импульсный датчик 7 установлен с обеспечением индуктивной связи с метками 4 индуктора 3 и смещен относительно индуктивного датчика 6 на угол, равный половине углового шага меток 4 на индукторах 2 и 3, и подключен через счетчик 13 импульсов к второму и первому входам триггеров 16 и 17 соответственно.

Второй вход триггера 17 подключен к входу старшего разряда 30 счетчика 12 импулБсов. Емкость счетчика 13 импульсов равна числу меток 4 на ин- дукторе 3.

Цифровой измеритель момента работает следующим образом.

Процесс определения величины крутящего момента состоит из режимов измерения и коррекции.

В исходном состоянии счетчики 11, 12 импульсов обнулены, триггер 17

установлен в состояние 1 , триггеры

15 и 16 установлены в состояние О.,

При вращении упругого вала 1 за Один оборот счетчик 13 импульсов переполняется и формирует один импульс. Начало режима измерения синхронизировано передним фронтом импульса с выхода счетчика 13 импульсов, поступающего на входы установки в

1

5

0

5

0

5

триггеров 16, 17. Положительным перепадом потенциала на выходе триггера 16 сформированный одновибратором 22 импульс устанавливает триггер 15 в состояние, когда на его первом выходе образуется разрешающий потенциал, поступающий на соответствующие входы схем И 8 и 9.

На выходе схемы И 9 возникают импульсы с периодом Тсц Kj (Тсц период импульсов генератора 10,K2Q- коэффициент деления делителя 20 частоты), подсчитываемые счетчиком 12 импульсов. На третий вход схеьй И 8 поступают квантующие, импульсы с периодом следования Tj, К (К 24 - коэффициент деления делителя 21 частоты).

На первый вход схемы И 8 с выхода триггера 14 поступают импульсы с длительностью а Tq,, пропорциональный углу скручивания упругого вала 1 под действием измеряемого крутящего момента. На выходы схемы И 8 образуются пачки импульсов, которые суммируются счетчиком 11 импульсов

в течение всего режима измерения. После переполнения младших разрядов 29 счетчика 12 импульсов, которое возникает при достижении расчетного времени измерения.

С

29

сч

к

го )

(1)

где емкость младших разрядов

29 счетчика 12 импульсов, на выходе мпадших разрядов 29 счетчика 12 импульсов возникает последовательност импульсов, которая сосчитывается в старшем разряде 30 счетчика 12 импульсов. При этом первый из этих импульсов переводит триггер 17 в нулевое состояние, чем подготавливается окончание режима измерения который заканчивается при появлении ближайшего очередного импульса со счетчика 13 импульсов, поступающего на единичный вход триггера 17. Положительным перепадом потенциала на выходе триггера 17 сформированный одновибраторой 23 импульс устанавли- вает триггер 15 в нулевое состояние, разрешаюпсий потенциал на первом выходе триггера 15 снимается, схемы И 8, 9, закрываются, счетчики 11, 12 импульсов прекращают счет, а сформированн.ый от положительного перепада одновибратором 24 импульс поступает на управляющий вход блока

)18 деления.

Таким образом, длительность режима измерения равна реальному времени измерения „ , в которое укладывается целое число оборотов вала.

В момент окончания режима измерения в старшем разряде 30 счетчика 12 импульсов фиксируется число

П

- Т

50

ИЭДД-Р

к.

cd

Отсюда с учетом выражения ет, что длительность режиния определяется как

Число (П

(П

30

с„)-т«

К

20

(3)

Эо

+ C-q) фиксируется в счетчике 12 импульсов. Число импульсов, зарегистрированное счетчиком 11 в режиме измерения, равно:

Т

П

«

AT(f

к.

ИЗM

;

(4)

СИ 21

где Т - период следования импульсов со счетчика 13 импульс йв.

283555 4

Первая дробь выражения {4) равна числу импульсов, в пачке, а вторая - числу пачек за время Т,, .

Заменив в выражении (4) отношение временных интервалов ДТ,, Т отношением пропорциональных им углов Cf „ , 2n/z (где Z - число меток на индикаторе 2 или 3) и с учетом выражения (3) получаем, что:

10

П,

4

Z

If

(П-0+ Сг9 )-К

i

ZO

К

(5)

21

0

Назначение режима коррекции состоит в введении мультипликативной поп- 5 paBKif, вьшолняющей приведение полученного в режиме измерения результата к расчетному времени измерения

т изм.р

Приведение осуществляется делением

числа П„ на отношение -

Т,

Г м П„

где П,

ИЗМ Р

,(6)

И)И.р

- окончательный результат измерения Мцр .

Поскольку

деления Т

ИЗМ

т

на Т

H-jW-p 1

результат

иэм, р

можно предста0

вить в виде целой части (единица) и дробной, т.е.

П

50

(7)

29

Величина может быть записана в виде

Z9

40

29

45 50

55

(8)

где а - основание системы счисления в которой работают счетчики 11, 12 импульсов, П - число разрядов счетчика 12

импульсов.

Известно, что результат деления любого числа, записанного в системе

П-)

счисления с основанием а, на а получают сдвигом этого числа на (п - 1) разрядов. Таким образрм, с учетом выражения (7) реализация выражения (6) может быть выполнена путем деления числа П„ на число (Cjq + П)о), предварительно сдвину- :тое на (п - 1) разрядов в сторону мпадших разрядов.

В начале режима коррекщ1и на выходе одновибратора 24 формируется сигнал, по которому в блок 18 деления осуществляется запись делимого (число Пц) из счетчика 11 импульсов в соответствующие разряды, а также запись делителя из счетчика 12 импульсов со сдвигом на (п - 1) разрядов в сторону младших разрядов,

С 29 ГЦо

что эквивалентно числу

В

гч

результате после деления получены результаты

I

п« п,„

-H4W

Т,

изм.

р

-ч, Is

К

го

К

(9)

2t

12835556

чика импульсов, вход которого подключен к выходу второй схемы И, пер- .вый вХ:од которой подключен к первому выходу второго триггера, и регистр 5 /числа, подключенный к блоку деления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены два делителя частоты, выход одного из которых fO подключен к второму входу второй схемы И, а вход - к генератору импульсов, и через второй делитель частоты - к второму входу первой схемы И, третий вход которой подключен 15 к первому второго триггера, три одновибратора, через первый и второй из которых выходы третьего и ч етвертого триггеров подключены соответственно к первому и второму вхо- 20 дам второго триггера, второй выход которого через третий одновибратор подключен к управляющему входу блока деления, вход делимого которого подключен к выходу первого счетчика, а

Цифровой измеритель крутящего мо- управляющий выход - к первому входу мента, содержащий упругий вал, по третьего триггера,причем индукторы концам которого установлены индукто- выполнены с метками, равномерно рас- ры с метками, установленные на осно- положенными по окружности, а третий вании три импульсных датчика, первый импульсный датчик установлен с угло- из которых связан с одним индуктором, 30 вым смещением относительно второго а второй и третий - с другим индукто- импульсного датчика на величину.

По окончании процесса деления на управляющем выходе блока 18 деления формируется сигнал, лоступающий на первый вход триггера 16, свидетельствуя об окончании цикла измерения дпя подготовки к следующему циклу, а результат записывается в регистр 19

Ф. ормула изобретения

ром, два элемента И, генератор импульсов, три счетчика импульсов, че- тьфе триггера, входы одного из которых подключены соответственно к первому и второму импульсному датчикам, а выход - к первому входу первой схемы И, выход которой соединен с входом первого счетчика импульсов, блок деления, вход делителя которого соединен с выходом второго счетРедактор М.Циткина Заказ 7427/37

Составитель А.Амаханов

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

-Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

равную половине углового шага меток на индукторах, и подключен через третий счетчик импульсов, емкость

разрядов которого равна числу меток на одном индукторе, ко второму входу третьего триггера и к первому входу четвертого триггера, второй вход которого подключен к входу старшего разряда второго счетчика импульсов .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и -позволяет повысить точность и быстродействие устройства, которое содержит упругий вал 1,индукторы 2 и 3 с метками 4, импульсные датчики 5, 6 и 7,схемы И 8 и 9,генератор 10 импульсов, счетчики 11, 12 и 13 импульсов, триггеры 14, 15, 16 и 17, блок 18 деления, регистр 19 числа, делители 20 и 21 частоты и одновиб- раторы 22, 23 и 24. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет обеспечить получение результата измерения крутящего момента, который не будет содержать погрешностей от неточности изготовления зубьев индукторов 2 и 3, а также ослабить погрешность из-за нестабильности скорости вращения индукторов 2 и 3. 1 ил. а се (Л