Устройство для преобразования параметров вращающегося объекта в электрический сигнал Советский патент 1987 года по МПК G01P13/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, измеряющим температуру, крутящий момент, осевые биения и изгиб вала вращающегося объекта.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры, крутящего момента, осевого изгиба и биений вала объекта.

На ч.ертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит формирователь 1 опорного воздействия, опорный элемент 2, в качестве которого используется образцовый резистор с сопротивлением ЕЙ,операционный усилитель (ОУ) 3, два вращающихся емкостных токосъемника в виде конденсаторов, емкость которых зависит от осевых биений вала, на котором установлены токосъемники, датчик крутящего момента, выполненный в виде катущки 6 индуктивности, намотанной на ферромагнитный сердечник, магнитные свойства которого зависят от приложенного усилия, с активным сопротивлением провода Rj, зависящим от температуры, резистивный датчик 7 изгибающего усилия (тензорезистор), наклеенный вдоль оси-вала, дифференциатор 8,

R ь

UBbJt)-M

R,

-t

+

R

К„К

де

t L - с текущий момент времени;, значение индуктивности датчика крутящего момента; 40 суммарная емкость двух токо- С.-С, .

съемников С

С..

1

С, - емкость каждого токосъемника;

- сопротивление резистора 2;

- сопротивление тензорезистора 7. момента t О выражение (1)

имеет вид:

JblK 1 f1

0) -М

R R

Это напряжение по переднему фронту импульса с формирователя 1 опорного воздействия фиксируется в блоке 10 памяти. Таким образом, на выходе блока 10 памяти присутствует напряжение, пропорциональное значению сопротивлеfO

15

20

30

. R

интегратор 9, четыре блока 10, 11, 12 и 13 памяти, два весовых сумматора 14 и 15, два квадратора 16 и 17, четыре делителя 18, 19, 20 и 21 напряжения, блок 22 вычитания и формирователь 23 импульсов.

Датчик крутящего момента может быть вьтолнен в виде катушки индуктивности, намотанной непосредственно на- вал вращающегося объекта. Для повышения чувствительности к температуре последовательно с катушкой индуктивности может быть включен допол- нительньш терморезистивный датчик температуры, например пленочный терморезистор.

Устройство работает следующим образом.

По команде Пуск (в момент t) на выходе формирователя опорного воздействия формируется скачок напряжения и +M(t) например, положитель- ньй. Это напряжение поступает через резистор, 2 на инвертирующий вход операхщонного усилителя. 3, в цепь отрицательной обратной связи которого через емкостные токосъемники 4 и 5 включены параллельно соединенные катушка индуктивности и тензорезистор. Напряжение на выходе усилителя 3 описывается выражением

R -wR n

Г

. + R

(1-е

ния тензорезистора 2, а следовательно, и осевому изгибу вала.

Выходной сигнал операционного усилителя 3 в момент t t +t /(5-6) х

40

/RV, + R -1 х(-

1-1

J , т.е. практически после

45

окончания переходного процесса,описывается вьфажением:

50

55 вь. t)

Mh

RpR

1

iKlR n l CR7

Выходной сигнал усилителя дифференцируется дифференциатором 8 с учетом знака и в моменг t , + t по

tt С

заднему фронту импульса длительно, , R.+R v-i стыоТд i b (.- ; с формирователя

импульсов фиксируется в блоке 13 памяти.

На в ыходе последнего (выход 2)

и (t ) М (4) выла -о-

где т - постоянная времени дифференциатора.

Напряжение U (t ) однозначно

oolX 2

связано с емкостью токосъемников.По

Та UoCRfi+R)

Это напряжение фиксируется в бло ке 12 памяти, а в блоке 11 памяти фиксируется выходное напряжение уси лителя 3.

С блоков 11 и 12 памяти сигналы и„ (t +t ) и и, (t ) подаются на вхо

оЫХ ПО W

ды весового сумматора 14, весовые коэффициенты суммирования которого соответственно равны /- и +1.

При этом на выходе весового сумматора 14

М

R2L

R (R f-R)2

На входы второго весового сумматора 15 поступают напряжения с выходов блоков 11 и 13 памяти.Весовые коэффициенты сумматора 15 соответственно

т

равны +1 и

с

сумматора 15

Тогда на выходе

Нб

R

Напряжение U . возводится в квадрат в квадраторе 16 и далее поступает на вход первого делителя 18 напряжения, где делится на напряжение Ц. Тогда на выходе делителя 18 напряжения имеем

iak

i8

Б третьем делителе 20 напряжения происходит операция деления напряжения и с выхода формирователя 1 опорного воздействия на напряжение 11, , в результате которой на его выходе фиксируется напряжение

(9)

где К - постоянный коэффициент. , В четвертом делителе 21 напряжений происходит операция деления напряжения Ug с выхода блока 10 памяти на

12900994

его изменению можно судить об осевых биениях вала.

Выходной сигнал усилителя 3 интегрируется в интеграторе 9 и в установившемся режиме работы описывается с учетом знака выражением:

RnRL

Ro(Rn+R) CRi,

f г

CQ

(5)

напряжение U, в результате которой на выходе делителя

и

R,

АН

(10)

где К - постоянный коэффициент.

Напряжения с выходов делителей 20 и 21 поступают на входы блока 22 вычитания, на выходе которого

и - К

ч R

(.11)

30

Это напряжение однозначно связано с сопротивлением R и, следовательно, по его величине можно судить о температуре объекта.

Напряжение и„- возводится в квад 1Э

рат и далее поступает на вход делителя 19 напряжений, в котором напряжение с выхода делителя 18 делится на напряжение (U ), на выходе делителя 19 при .

11

35

40

45

50

55

,

и.

R

(12)

М t,

Напряжение U однозначно связано с индуктивностью L и, следовательно, пропорционально величине крутящего момента.

Формула изобретения

Устройство для преобразования параметров вращающегося объекта в электрический сигнал, содержащее расположенные на вращающемся объекте параллельно соединенные резистивный датчик и датчик крутящего момента,включенные через два вращающихся емкостных токосъемника в цепь отрицательной обратной связи усилителя,вход кото- - рого через опорный элемент подключен к выходу формирователи опорного воздействия, соединенному с входом формирователя импульсов, а выход соединен с входом первого блока памяти, интегратор, первый весовой сумматор, отличающееся тем, что, с

целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры, крутящего момента, осевого изгиба и биений вала объекта, в него дополнительно введен четьфе,делителя напряжения, блок вычитания, второй весовой сумматор,два квадратора и три блока памяти, управляющие входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, входы подключены соответственно к выходам усилителя, интегратора и дифференциатора, а,выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго весовых сумматоров,вторым входом первого весового сумматора и вторым входом второго весового сумматора, выход которого через первый квадратор подключен к первому входу первого делителя напряжения.

Редактор А. Лежнина аказ 7890/36

Составитель В. Куликов Техред А.Кравчук

Корр Подп

Тираж 799 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

второй вход которого соединен с выходом первого весового сумматора, а выход подключен к первому входу второго делителя напряжения, второй вход которого через второй квадрато подключен к выходу блока вычитания, входы которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого делителей напряжения, первые входы которых соединены с выходом формирователя опорного воздействия, а вторые входы подключены соответственно к выходам второго весового сумматора и первого блока памяти, управлягоший вход которого соединен с выходом формирователя опорного воздействия, при этом выход усилителя подключен к входам интегратора и дифференциатора.

Корректор С. Черни Подписное

Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам. Измеряющим температуру, крутящий момент, осевые биения и изгиб вала вращающегося объекта. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, которое содерffycK жит формирователь 1 опорного воздействия, опорный элемент 2, операционный усилитель 3, датчик крутящего момента, выполненный в виде катушки 6 индуктивности, намотанной на ферромагнитный сердечник, резистивный датчик 7 изгибакщего усилия, дифференциатор 8, интегратор 9, блоки 10, 11, 12 и 13 памяти, весовые сумматоры 14 и 15, квадраторы 16 и 17, делители 18, 19, 20 и 21 напряжения, блок 22 вычитания и формирователь 23 импульсов. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет одновременно измерять температуру, крутя- g щий момент, осевой изгиб и биение вала объекта. По изменению значения вращающихся емкостных токосъемников 4 и 5 судят об осевых биениях вала, а по активному сопротивлению катушки 6 индуктивности - о температуре. 1 ил. (Л I S1 ГО ;о со со