Цифровое устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1987 года по МПК G01L3/10 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении силовых и мощ- ностных характеристик, передаваемых вращающимися валами.

Цель изобретения - увеличение тоности измерения.

На фиг.1 показана структурная схема цифрового устройства для измерения крутящего момента; на фиг.2 - работа устройства в режиме отсутств крутящего момента; на фиг.З - то же в режиме наличия крутящего момента; на фиг.4 и 5 - временные диаграммы, поясняющие работу блока управления и всего устройства соответственно.

На фиг.4 обозначено:

а - частота опорного генератора;

б - пачки импульсов, проходящих через первый канал;

в - формирование импульсов, соответствующих пачкам;

г - импульс полупериода вращения

д - импульс периода вращения;

е - импульс времени измерения, синхронизирующий по первому каналу;

ж - импульс сброса счетчика и сумматора.

На фиг.З обозначено:

а - частота опорного генератора;

б - пачки импульсов, проходящих через первый канал;

в - пачки импульсов, проходящих через второй канал при отсутствии крутящего момента;

г - пачки импульсов, проходящих через второй канал при наличии крутящего момента;

д - формирование импульсов в схеме управления, соответствующих пачкам в первом канале;

е - формирование импульса полупериода вращения вала;

ж - формирование импульса период вращения вала;

3 - формирование импульса времен измерения;

и - количество импульсов, зарегистрированных сумматором за время измерения при отсутствии крутящего момента;

к - количество импульсов, зарегистрированных сумматором за время измерения при наличии крутящего момента;

л - количество импульсов, зарегистрированных счетчиком за период врщения вала.

0.

5

0

Цифровое устройство для измерения крутящего момента содержит генератор 1 опорной частоты, схему 2 совпадения, счетчик 3, источники А и 5 сигналов, датчики 6 и 7 углового положения сечений вала, формирователи 8 и 9, ключи 10 и 11, схему 12 управления, сумматор 13, вычислитель 14, причем выход генератора 1 соединен с входами источников 4 и 5 сигналов, а также с первым входом схемы 2 совпадений и третьим входом схемы 12 управления, выходы датчиков 6 и 7 соединены с входами формирователей 8 и 9, вькод формирователя 9 соединен с первьЕМ входом ключа 1 1 и первым входом схемы 12 управления, выход формирователя 8 соединен с первым входом ключа 10 и вторым входом схемы 12 управления, первый выход схемы 12 соединен с вторым входом первого ключа 11, второй выход - с вторым входом второго ключа 10, вы- 5 ходы ключей 10 и 11 соединены с первым входом сумматора 13, третий выход схемы 12 управления соединен с вторым входом сумматора 13 и входом счетчика 3, четвертый выход - с вторым входом схемы 2 совпадения, выход которой соединен с первым входом счетчика 3, выходы сумматора 13 и счетчика 3 соединены вычислителем 14. В качестве чувствительного элемента датчиков угла закручивания выполнены отверстия 16 и 17 на валу 15. Генератор 1 формирует прямоугольные импульсы для источников 4 и 5 сигналов, а также схемы 2 совпадения и схемы 12 управления.

В качестве источников 4 и 5 сигналов может быть использован, например, светодиод, излучающий инфракрасный

0

6

0

свет, который модулируется частотой опорного генератора. В качестве приемников 6 и 7 сигналов может быть использован фотодиод. Источник света и его приемник оптически связаны между собой по каналу: первьй гибкий стекловолоконный светодиод, сквозное отверстие в валу, второй гибкий стекловолоконный световод.

Схема 12 управляет ключами автоматически, задавая переключение каналов и время измерения количества импульсов, проходящих по двум каналам, синхронизированньм относительно начала пачки первого канала, т.е. подсчет пачки импульсов во втором

313

канале осуществляется в момент вре- мани прохождения начала пачки в первом канале. Кроме того, одновременно в блоке 12 управления формируется длительность импульса, соответствующая периоду вращения вала, а также импульса сброса для сумматора 13 и счетчика 3.

Временная диаграмма работы блока управления приведена на фиг.З. В качестве чувствительного элемента датчика угла закручивания вала служат два отверстия, вьшолненных в валу и проходящих, например, через центр вращения вала.

Устройство работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы с генератора 1 поступают на источники 4 и 5 сигналов, а также в схему 12 управления. Через систему световодов модулированные импульсы поступают через отверстия 16 и 17 вала 15, которые достигают датчиков 6 и 7 в моменты времени, соответствующие совпадению отверстий относительно оптических каналов, соединяющих источники сигналов с приемниками. Оптическая апертура каналов равна его диаметру (фиг.2 а,б). На выходе каналов имеются пачки импульсов, которые поступают на входы управляемых ключей 10 и 11 и одновременно на входы схемы 1 управления.

Схема 12 периодически осуществляет автоматическое переключение каналов и задает время измерения количества импульсов, проходящих по двум каналам, синхронизированным относи- тельно начала пачки первого канала, т.е. первый канал является синхронизирующим и разрешающим прохождение пачки импульсов во втором канале. При действии крутящего момента проис ходит взаимный сдвиг пачек импульсов во втором канале, при этом часть импульсов выходит за пределы заданного времени измерения.

Следовательно, при постоянной скорости вращения вала и частоте следования импульсов опорного генератора по сумме импульсов, зарегистрированных сумматором за время измере

ния, можно оценить крутящий момент. gg Одновременно с переключением ключей 10 и 11 схема 12 управления формирует импульс периода вращения вала 15, который поступает на второй вход

схемы совпадения. На первый вход схемы совпадения поступают импульсы с генератора 1. Счетчик 3 формирует количество импульсов за период вращения вала. Таким образом, отношение количества импульсов, прошедших через первый и второй каналы, к максимальному количеству импульсов за период вращения вала зависит только от величины приложенного момента и не зависит от скорости вращения.

Количество импульсов N п1 + п2, прошедших через отверстия, пропорциональных эффективному диаметру от- вертий (апертуре) d,ф d э, + частоте заполнения импульсов f и обратно пропорционально скорости вращения V, тогда

N п1 + п2

f

V

где d

NiV

3f -

Апертура второго отверстия пропорциональна углу закручивания вала

М t г

где

эф

М.

I/

G IP

N -V

крутящий момент;

радиус вала;

модуль упругости материала;

полярный момент.

М к G

I,

а число импульсов к. равно периоду вращения вала обратно пропорционально скорости V вращения вала, тогда

N

k

м.

Формула изобретения

1. Цифровое устройство для измерения крутящего момента, содержащее упругий вал с отверстиями, схему управления, соединенную с первыми входами первого и второго ключей, генератор и первый и второй датчики углового положения сечений вала, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены первый и второй источники сигналов, соединенные с выходом генератора, первый и второй формирователи, входы которых соединены с выходами первого и второго датчиков соответственно, а выходы - с вторыми

входами первого и второго ключей и первым и вторым входами схемы управления соответственно, схема совпадения, счетчик, сумматор и вычислитель, первый вход которого подключен к выходу счетчика, а второй вход - к выходу сумматора, первый вход которого подключен к выходам первого и второго ключей, а второй вход - к первому выходу схемы управления и первому входу счетчика, второй вход которого

76786

подключен к выходу схемы совпадения ,1 первый вход которой соединен с вторым выходом схемы управления, а второй вход - с выходом генератора и третьим входом схемы управления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что каждый датчик вьтолнен в виде сквозного отверстия в валу и источника и приемника излучения, размещенных диаметрально относительно оси вала.

Иэобретеиие может быть использовано при измерении силовых и мощнос- тных характеристик, передаваемых вращающимся валом. Цель изобретения - увеличение точности измерения. При постоянной скорости вращения вала 15 и частоте следования импульсов генератора 1 опорной частоты по сумме импульсов.зарегистрированных сумматоров 13 за время измерения оцени- вгиот крутящий момеит. Одновременно с переключением ключей 10 и 11 схема 12 управления формирует импульс периода вращения вала 15, который поступает на второй вход схемы 2 совпадения, а на первый вход - импульсы с генератора 1 опорной частоты. Счетчик 3 формирует количество импульсов за период вращения вала 15. 1 3.п. ф-лы, 5 ил. (Л оо САЭ 00

фиг.2

дзие.З

ill

LZl

epufS

Составитель А.Пашков Редактор М.Петрова Техред Л.Олейник Корректор Л.Пилипенко

Заказ All 8/36 Тираж 776Подписное

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

J L