Устройство для измерения крутящего момента Советский патент 1980 года по МПК G01L3/10 

I

Изобретение относится к области силоизмерительной техники, в частности к устройствам для бесконтактного измерения и порогового контроля крутящего момента на вращающихся валах, и предназначено для использования в станках глубокого сверления и в станках с адаптивным управлением.

Известные устройства для измерения крутящего момента на вращающихся валах, содержащие электромагнитный преобразователь, предназначенный для преобразования механических напряжений, возникающих в поверхностных слоях вала, в пропорциональный электрический сигнал на его выходе, усилитель-преобразователь: предназначенный для его усиления и преобразования электрического сигнала, поступающего с выхода электромагнитного преобразователя, в электрический сигнал требуемого вида, и измерительный блок, не обеспечивают требуемой точности измерения 1, 2.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения крутящего момента, содержащее магнитоупругий преобразователь в виде цилиндра из ферромагнитного материала, закрепленного на валу, электромагнитный преобразователь, установленный с зазором коаксиально магнитоупругому преобразователю, источник переменного напряжения для питания электромагнитного преобразователя, преобразователь выходного сигнала, связанный по первому входу с выходом электромагнитного преобразователя, вычислитель момента и блок индикации 3.

Недостатком такого устройства является низкая точность измерения из-за усреднения измеряемого момента на измерительном интервале времени, а также при колебаниях скорости вращения вала.

Целью изобретения является повыщение точности измерения.

Это достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве вычислитель момента включает блок синхронизации, блок памяти, блок управления памятью и блок вычитания, причем выход блока синхронизации соединен с входом блока управления памятью и вторым входом преобразователя выходного сигнала, выход которого соединен с первыми входами блока памяти и блока вычитания, второй вход блока памяти соединен с выходом блока управления памятью, а выход соединен со вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с входом блока индикации.

Блок-схема предложенного устройства представлена на чертеже.

Устройство состоит из магнитоупругого преобразователя 1, электромагнитного преобразователя 2, источника 3 переменного напряжения, преобразователя 4 выходного сигнала, блока 5 индикации, блока 6 синхронизации, блока 7 управления памятью, блока 8 памяти и блока 9 вычитания, причем блоки 6-9 образуют вычислитель момента 10.

Магнитоупругий преобразователь 1 представляет собой цилиндр из ферромагнитного материала, закрепленный на валу, и предназначен для преобразования механических напряжений, возникающих в поверхностных слоях вала в изменение магнитных характеристик цилиндра. Соосно валу с зазором относительно расположенного на нем магнитоупругого преобразователя 1 установлена кольцевая электромагнитная система, содержащая цепь возбуждения и измерительную цепь. Электромагнитная система образует электромагнитный преобразователь 2, который преобразует возникающие в магнитоупругом преобразователе изменения магнитных характеристик материала в пропорциональный электрический сигнал. Источник 3 переменного напряжения предназначен для питания обмоток возбуждения электромагнитного преобразователя 2. Преобразователь 4 предназначен для преобразования выходного си1нала электромагнитного преобразователя 2 в двоичное ш-разрядное числом. Блок 6 синхронизации предназначен для формирова1 ия импульсов, момент появления которы.х зависит от углового положения вращающегося вала. Он формирует п импульсов за один оборот вала. Блок 8 памяти предназначен для записи, хранения и считывания числовой информации о фоне, поступающей от преобразователя 4 при отсутствии момента на валу при тех угловых положениях вращающегося вала, при которых проис.кодит формирование импульсов блоком 6 синхронизации. Блок 7 управления памятью предназначен для выбора одного из п адресов блока 8 памяти (при этом каждому угловому положению вращающегося вала, при котором происходит формированке импульсов блоком 6 синхронизации, соответствует определенный адрес блока 8), для формирования команд записи информации о мгновенных значениях начального выходного сигнала преобразователя 2 по выбранному адресу в блок 8 при первом обороте вала (момент при этом отсутствует), для формирования команд считывания информации из соответствующих адресов

блока памяти 8 при последующих оборотах вала.

Блок вычитания 9 предназначен для вычисления разности между числами, соответствующими мгновенным суммарным значениям фона 4 момента, периодически поступающими от преобразователя выходного сигнала 4, и числами, считываемыми по соответствующим адресам блока 8 памяти, которые несут информацию о мгновенных значениях фона, записанную ранее. Блок 5 индикации предназначен для визуального контроля измеряемого крутящего момента.

Работа устройства заключается в следующем.

При включении устройства на выходе электромагнитного преобразователя 2 появляется начальный выходной сигнал (фон), зависящий от углового положения вала при его вращении. С выхода электромагнитного преобразователя 2 этот начальный выходной сигнал подается на первый вход преобразователя выходного сигнала 4. При поступлении на второй вход преобразователя 4 первого импульса с выхода блока 6 синхронизации на выходе преобразователя 4 формируется т-разрядное двоичное число, прямо пропорциональное мгновенному значению выходного сигнала электромагнитного преобразователя 2. Одновременно с выхода блока синхронизации этот импульс подается на вход блока 7 управления памятью, который формирует команду записи по первому адресу блока 8 памяти числа с выхода преобразователя 4. В дальнейщнем при поступлении с выхода блока б синхронизации каждого i-ro импульса (i-2,3...) на второй вход преобразователя 4 на его выходе будет формироваться двоичное число, прямо пропорциональное мгновенному значению начального выходного сигнала при угловом положении вала, соответствующем моменту времени формирования на выходе блока 6 синхронизации i-ro импульса. Одновременно при поступлении каждого i-ro импульса с выхода блока 6 синхронизации на вход блока 7 управления на его выходе будет формироваться команда записи числа с выхода преобразователя 4 по i-му адресу в блок 8 памяти.

После первого оборота вала на выходе блока 6 сформируется п ч-1-ый импульс. Угловое положение вала при этом будет точно таким же, как и в момент формирования на выходе блока 6 первого импульса. При поступлении с выхода блока 6 п -f 1-го импульса на второй вход преобразователя 4 на его выходе сформируется двоичное число, прямо пропорциональное мгновенному значению начального выходного сигнала при данном угловом положении вала.

Одновременно при поступлении с выхода блока синхронизации п + 1-го импульса на вход блока 7 на его выходе сформируется

команда считывания по первому адресу блока 8, в котором записана информация о мгновенном значении начального выходного сигнала при этом же угловом положении вала. Считанное по первому адресу блока 8 число поступает на второй вход блока 9.

Поскольку мгновенное значение выходного сигнала преобразователя 2 при отсутствии момента является величиной постоянной для одного и того же углового положения вала при его вращении, то число на выходе преобразователя 4 в момент формирования на выходе блока 6 синхронизации п + 1-го импульса будет равно числу, записанному по первому адресу блока 8 памяти. На выходе блока 9 вычитания при этом будет «О, который поступает на вход блока 5 индикации. Такая же картина будет наблюдаться при формировании на выходе блока 6 синхронизации п + 2, п + 3... и всех последующих импульсов при отсутствии крутяпдего момента.

При возникновении на вращающемся валу крутящего момента поступление с выхода блока 6 синхронизации каждого очередного импульса на второй вход преобразователя 4 будет вызывать формирование на его выходе т-разрядного двоичного числа, прямо пропорционального мгновенному значению суммарного выходного сигнала (фон + + момент), соответствующего данному угловому положению вала. С выхода преобразователя 4 это число будет поступать на первь1Й вход блока 9 вычитания, на второй вход которого будет поступать число с выхода блока памяти, считанное по команде блока 7 управления из адреса, по которому записано мгновенное значение начального выходного сигнала при тако.м же угловом положении вала. Команды считывания формируются на выходе блока 7 управления при поступлении на его вход импульсов от блока 6 синхронизации таким образом, что каждому импульсу соответствует строго определенный адрес блока 8 памяти.

В результате на выходе блока 9 вычитания последовательно формируются двоичные гп-разрядные числа, прямо пропорциональные мгновенным значениям действующего на вал крутящего момента. Эти числа с выхода блока 9 вычитания поступают на вход блока 5 индикации, который выдает визуальную числовую информацию о мгновенном значении крутящего момента.

Формула изобретения

Устройство для измерения крутящего момента, содержащее магнитоупругий преобразователь в виде цилиндра из ферромагнитного материала, закрепленного на валу электромагнитный преобразователь, установленный с зазором коаксиально магнитоупругому преобразователю, источник переменного напряжения для питания электро.магнитного преобразователя, преобразователь выходного сигнала, связанный по первому входу с выходом электромагнитного преобразователя, вычислитель момента и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем

вычислитель момента включает блок синхронизации, блок памяти, блок управления памятью и блок вычитания, причем выход блока синхронизации соединен с входом блока управления памятью и вторым входом преобразователя выходного сигнала, выход которого соединен с первыми входами блока памяти и блока вычитания, второй вход блока памяти соединен с выходом блока управления памятью, а выход соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с входом блока индикации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 502252, кл. G 01 L , 1974.

2.Патент США № 3340729, кл. 73-136, опублик. 1967.

3.Заявка № 2424154/18-10, кл. G 01 L3/10; 1976 (прототип).