Датчик крутящего момента Советский патент 1992 года по МПК G01L3/10 

сл

С

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике. Оно позволяет повысить точность измерения крутящего момента за счет включения измерительных обмоток в цепь релаксационного генератора 6 и формирования цифрового кода крутящего момента с применением одновибратора 7, блока линии задержки 8. генератора высокой частоты 9, инвертора 10. двух элементов И-НЕ 11,12, суммирующего 13 и реверсивного 15 счетчиков, двух регистров 14 и 16 и блока деления 17, причем с помощью последнего осуществляется температурная компенсация. 2 ил.

Код 3

чэ ю

О) XI

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано для измерения крутящего момента.

Известно устройство измерения крутящего момента, содержащее упругий вал, на поверхности которого выполнены две группы прорезей, направленных встречно друг другу и под углом 45° к оси вала, и кольцевую электромагнитную систему.

Недостатками этого устройства являются низкие точность и чувствительность, обусловленные тем, что зависимость между изменением магнитной проницаемости и моментом нелинейна из-за нелинейной деформации частей чувствительного элемента, а упругий вал, обладая низкой магнитной проницаемостью, должен закручиваться на значительный угол.

Известно также устройство измерения крутящего момента содержащее упругий вал, на поверхности которого выполнены группы насечек, направленных встречно и под углом 45° к оси вала, и кольцевую электромагнитную систему.

Недостатки этого датчика - низкие точность и чувствительность вследствие того, что вал деформируется, в основном, на глубину насечек, так как в этой области наименьшие упругие силы, а средняя часть вала (вдоль оси) деформируется меньше. Поэтому относительное изменение магнитной проницаемости будет небольшим. Кроме того, упругий вал обладает низкой магнитной проницаемостью, либо слабой ее зависимостью от деформации.

Известно устройство измерения крутящего момента на основе чувствительных к напряжениям аморфных лент, содержащей немагнитный вал с закрепленными на поверхности двумя группами полос из аморфных лент, направленных встречно и под углом 45° к оси вала, и кольцевую электромагнитную систему.

Недостатком этого устройства является невысокая точность вследствие того, что датчик трансформаторного типа и его вы- ходной сигнал аналоговый.

Цель изобретения - повышение точности.

Положительный эффект от использования предлагаемого датчика крутящего момента состоит.в повышении точности и помехоустойчивости, а также в компенсации температурной погрешности.

Датчик крутящего момента содержит упругий немагнитный вал 1 с закрепленными на его поверхности двумя одинаковыми группами полос 2 и 3 из магнитострикцион- ного материала, направленными встречно и под углом 45 к оси вала с расположенными

над ними кольцевыми измерительными обмотками 4 и 5, релаксационный генератор б, одновибратор 7, блок 8 линии задержки, генератор 9 высокой частоты, инвертор 10,

два элемента И-НЕ 11 и 12, суммирующий счетчик 13, реверсивный счетчик 15, первый 14 и второй 16 регистры и блок 17 деления, причем измерительные обмотки 4 и 5 включены в цепь релаксационного генератора 6,

соединенного своим первым выходом с входом одновибратора 7, вторым - с первым входом первого элемента И-НЕ 11, а третьим через инвертор 10- с первым входом второго элемента И-НЕ 12. При этом первый выход одновибратора 7 связан с блоком 8 задержки, а второй и третий выходы - с тактовыми входами первого 14 и второго 16 регистров, подключенных своими выходами к блоку 17 деления, причем генератор

9 высокой частоты подключен своим первым выходом к суммирующему входу суммирующего счетчика 13, а вторым и третьим выходами - к вторым входам обоих элементов И-НЕ 11 и 12, связанных своими выходами соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 15, выходы которого связаны с входами второго регистра 16, а выходы блока 8 линии задержки подключены к входам обнуления

реверсивного счетчика 15 и суммирующего счетчика 13, выходы которого связаны с входами первого регистра 14.

Сущность изобретения состоит в том,

что выходной сигнал датчика крутящего момента является цифровым за счёт включения измерительных обмоток в цепь релаксационного генератора, выходом связанного с одновибратором, выход которого

соединен с тактовыми входами первого и второго регистров, а через блок линии задержки - с обнуляющими входами суммирующего и реверсивного счетчиков, суммирующий и вычитающий входы последнего

соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходом генератора высокой частоты и суммирующим входом суммирующего счетчика, а первый вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом релаксационного генератора и входом инвертора, с выходом которого соединен первый вход второго элемента И-НЕ. выходы регистров соединены с входами

блока деления, на выходе которого получается непосредственно цифровой код момента, что существенно повышает точность и помехоустойчивость, а использование блока деления позволяет компенсировать температурную погрешность.

На фиг. 1 изображена функциональная схема датчика крутящего момента; на фиг. 2 - временные диаграммы.

Работа датчика происходит следующим образом

При нулевом крутящем моменте группы полос 2 и 3 из магнитострикционно- го материала не деформированы и соответственно индуктивности обмоток 4 и 5 равны. При скручивании упругого вала по- лосы одной группы растягиваются, а другой - сжимаются, изменяя свою магнитную проницаемость. Соответственно этому индуктивность одной из обмоток будет увели- чиваться, а индуктивность другой - уменьшается. Обмотки 4 и 5 включены в колебательную цепь релаксационного генератора 6, который формирует попеременно положительные и отрицательные импульсы таким образом, что обеспечивается пооче- редное подключение обмоток 4 и 5, в результате чего взаимное влияние одной на другую исключается. Таким образом осуществляется импульсная модуляция выходных сигналов, снимаемых с измерительных об- моток. Причем длительность отрицательного полупериода Т- (фиг. 2) определяется индуктивностью одной обмотки,, например 4, а длительность положительного полупериода Т+ - индуктивностью другой обмотки, например 5.

Одновибратор 7, при поступлении на него сигнала с выхода релаксационного генератора 6 через время,равное 8 периодам данного сигнала, на входе формирует им- пульс, по которому осуществляется запись кода суммы длительностей полупериодов Т+ и Т- в первый регистр 14 с выходов суммирующего счетчика 13, с последующим его обнулением через блок 8 линии задержки, что обеспечивает уверенную запись кода и соответственно, запись кода разности длительностей полупериодов Т+ и Т- во второй регистр 16с выходов реверсивного счетчика 15, с последующим обнулением его через блок 8 линии задержки. Необходимость использования одновибратора 7 объясняется также и стремлением усреднить ошибку в измерении крутящего момента-за 8 периодов сигнала с выхода релаксационного ге- нератора 6.,

Код суммы длительностей полупериодов Т+ и Т- формируется на выходах суммирующего счётчика 13 импульсами высокой частоты, поступающими с выхода генерато- ра 9 высокой частоты (фиг.1).

Код разности длительностей полупери- одовТ+ и Т-формируется на выходах реверсивного счетчика 15 следующим образом.

Сигнал с выхода релаксационного генератора 6 поступает на первый вход первого элемента И-НЕ 11, на второй вход которого поступают импульсы с генератора 9 высокой частоты, в результате чего на выходе первого элемента И-НЕ 11 формируется пакет импульсов, число которых пропорционально длительности положительного полупериода Т+. На выходе второго элемента И-НЕ 12 аналогично формируется пакет импульсов, число которых пропорционально длительности отрицательного полупериода Т-, за счет действия инвертора 10 (фиг. 1). Данные пакеты импульсов поступают соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 15, на выходах которого формируется код разности длительностей полупериодов Т+ и Т-. Полученные коды суммы и разности длительностей полупериодов Т+ и Т- с выходов регистров 14 и 16 поступают на входы блока 9 деления, на выходе которого получают непосредственно код крутящего момента.

Формула изобретения Датчик крутящего момента, содержащий упругий немагнитный вал с закрепленными на его поверхности двумя одинаковыми группами полос из магнитострикционного материала, направленных встречно и под углом 45° к оси вала, с расположенными над ними кольцевыми измерительными обмотками, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него включены релаксационный генератор, одновибратор, первый и второй регистры, блок линии задержки, суммирующий; счетчик, реверсивный счетчик, два элемента И-НЕ, инвертор, генератор высокой частоты и блок деления, причем измерительные обмотки включены в цепь релаксационного генератора, соединенного выходом с входом одновибратора, с первым входом первого элемента И-НЕ и через инвертор с первым входом второго элемента И-НЕ, при этом выход одновибра- торэ связан с входом блока линии задержки, а также с тактовыми входами первого и второго регистров, подключенных выходами к входам блока деления, причем генератор высокой частоты подключен выходом к суммирующему входу суммирующего счетчика и к вторым входам обоих элементов И-НЕ, связанных выходами соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а выход блока линии задержки подключен к входам обнуления суммирующего и реверсивного счетчиков, выходы которых связаны соответственно с входами первого и второго регистров.

В

(Риг. 2