Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов Советский патент 1982 года по МПК G01D5/12 

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может, бытьиспользовано для измерения динамических параметров деформаций,давления, крутящего момента и т.п. вращающихся объектов с помощью бескон- . тактных токосъемников трансформаторного типа и резистивных преобразователей, расположенных на вращающемся объекте.

Известно устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов с использованием бесконтактных индуктивных токосъемников lj

Однако устройство не может одновременно обеспечить работу преобразователей в широком диапазоне частот измеряемого динамического параметра.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее питающий и передающий бесконтактные токосъемники трансформаторного типа, обмотку обрат ной связи, генератор прямоугольного

напряжения, усилитель постойнного то КЗ, тензометрический мост и регистри рующий блок.

Работа устройства основана Ьа питании цепи резистивного преобразователя квазипостоянным током за счет обнуления разностного сигнала, возникающего на дифференциальном входе усилителя постоянного тока между

to напряжением генератора и напряжением обмотки обратной связи С2.

Устройство обладает недостаточной точностью передачи прямоугольного напряжения и склонностью системы к

15 самовозбуждению из-за необходимости применения в нем усилителя постоянного TOka с большим коэффициентом усиления по напряжению К . При этом напряжение питания тензометрического

20 моста и т точно соответствует напряжению генератора прямоугольного напряжения только при KM О . Конечная величина коэффициента ( приво-i дит к погрешности передачи постоянного тока в цепь тензорезисторов в каждый из полупериодов прямоугольного напряжения, вырабатываемого генератором. Причем Погрешность возрастает пропорционально длительности полупериода питающего напряжения, От клонение величины тока, протекающего через те зорезисторы, от номинального значени приводит к погрешности измерения динамического параметра. Кроме того, реальные усилители, обладающие большими коэффициентами усиления К, склонны к возбуждению и для сохране ния устойчивости необходимо дополнительное его ограничение.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения динамических параметров вращающихся объектов, содержащем генератор прямоугольного напряжения, усилитель постоянного тока, тензометрический мост, регистрирующий блок, питающий токосъемник,включающий в себя последовательно соединенные первичную обмотку и обмотку обратной связи, а также первую подвижную обмотку, кроме того, передающий токосъемник, включающий в себя вторую подвижную и неподвижную обмотки, причей первая и вторая подвижные обмотки включены 3 соответствующие диагонали тензометрического моста, а неподвиж-; ная обмотка соединена со входом регистрирующего блока, выход обмотки обратной связи через последовательно соединенные усилитель постоянного тока и генераторпрямоугольного напряжения соединен с общей точкой соединения обмотки обратной связи и первичной обмотки питающего токосъемника . (

На чертеже приведена блок-схема

предлагаемого устройства.

Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов содержит питающий бесконтактный токосъемник 1 трансформаторного типа с первичной обмоткой 2, обмоткой 3 , обратной связи, размещенными в статорной части, и первую подвижную обмотку k, усилитель 5 постоянного тока,тензометрический мост 6, передающий бесконтактный токосъемник 7 трансформаторного типа с второй подвижной обмоткой 8 и неподвижной обмоткой 9, регистрирующий блок 10

и генератор 1 1 .прямоугольного напряжения.

Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объек

тов работает следующим образом,

. На выходе генератора 11 прямоугольного напряжения формируется двуполярное напряжение прямоугольной формы, которое прикладывается к первичной обмотке 2 питающего токосъемника 1 через низкое выходное сопротивление усилителя 5 постоянного тока. Изменение полярности осуществляется через время д1, которое должно

быть заведомо больше периода низшей частоты контролируемого параметра.

Приложенное к обмотке 2 напряжение генератора 11 вызывает протекание по ней тока i и возникновение

ЭДС взаимной индукции в обмотке 3 обратной связи, значение которой отличается от приложенного напряжения на величину падения напряжения на активном сопротивлении первичной

обмотки 2, Так как первичнай обмотка 2 и обмотка 3 обратной связи включены встречно, а коэффициент связи между ними KCB 1, то ЭДС взаимной индукции компенсирует ЭДС самоинДукции первичной обмотки 2. Благодаря применению усилителя постоянного тока с высоким входным сопротивлением ток, протекающий по обмотке 3 обратной связи, пренебрежимо мал и практически не создает падения напряжения на ее активном сопротивлении. - ,

Таким образом, на вход усилителя 5 постоянного тока воздействует только напряжение, равное по величине падению напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки 2. Это напряжение передается усилит елем 5 постоянного тока с коэффициентом усиления по напряжению К 1 в первичную цепь питающего токосъемника 1 , где оно суммируется с напряжением генератора 11 прямоугольного напряжения и, таким образом, компенсирует

падение напряжения на активном сопротивлении первичной о.бмотки 2. Компенсация падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки 2 позволяет исключить его влияние и

тем самым передать во вторичную цепь напряжение , точно соответствующее напряжению, приложенному к первичной обмотке 2 питающего токосъемника. До 59 кажем это с помощью методов теории электрических цепей. Электрическая схема устройства может быть описана уравнениями Кирх гофа , составленными соответственно для трех контуров. Первый контур включает первичную обмотку 2, генератор 11, усилитель 5 напряжения постоянного тока; второй - первичную обмотку 2, обмотку 3 обратной связи, усилитель .5 постоянного тока; третий первую вращающуюся обмотку Ц, тензометрический мост 6. Система уравнений для указанных контуров имеет вид JBK-a z+Jbx oМцГ..О активные сопротивления первичной обмотки 2 и обмотки 3 обратной связи соответственно;ток, протекающий в первичной обмотке 2 и обмотке 3 обратной связи соответственно входное напряжение усилителя 5 постоянно го тока; коэффициент передачи по напряжению усилителя 5 постоянного тока; ЭДС источника постоянного .напряжения, расположенного в генераторе прямоугольного напряжения; потокосцепления первичной обмотки 2, об мотки 3 обратной свя зи и первой подвижной обмотки соответственно;ток нагрузки, потреб ляемый тензометричес КИМ мостом 6; суммарное сопротивление тензометрического моста 6 и первой подвижной обмотки. 2 Конструктивные особенности устройства таковы, что выполняется ряр условий: 1.Питающий токосъемник 1 работает в линейном режиме, что обеспечивается воздушным зазором в магнитопроводе, необходимым для вращения первой подвижной обмотки Ц В связи с этим можно принять f си.Ч , где а - постоянный коэффициент, учитывающий потоки рассеяния, величина которого находится в пределах а О $ 1. 2.Первичная обмотка 2 и обмотка 3 обратной связи намотаны скрученными, вместе проводами с одинаковым числом витков, поэтому коэффициент связи между ними К.„ 1 и выполняется равенство .d.jH at at 3.Входное сопротивление усилителя 5 постоянного тока велико, поэтому входной ток его пренебрежимо мал и можно принять i 0. Ц. Коэффициент Ку передачи по на пряжению усилителя равен единице. Положив %--W-,(bV.a--W2 z , где ф , ф , ф - соответствующие магнитные,потоки; W , We, Wj- числе витков соответствующих обмоток, с изложенных условий уравнения системы примут вид аФ .-аГ св--Е Значение напряжения ЧЦ. питания тензометрического моста 6 определяется как ,V«w Полученное выражение доказывает, что напряжению питания тензометрического моста 6 соответствует ЭДС источика постоянного напряжения, расоложенного в генераторе 11 при выолнении условия .что легко может быть достигнуто подбором числа витков W первичной обмотки 2 И первой подвижной обмотки . 93 Это напряжение поступает на одну из диагоналей тензометрического моста 6, расположенного на вращающемся объекте. Разбаланс тензометрического моста 6 под действием контролируемого параметра x(t) приводит к возникновению тока в его измерительной диагонали, протекающего через вторую вращающуюся обмо7ку 8 передающего токосъемника 7. Индуктированный в неподвижной обмотке 9 сигнал, пропорциональный величине разбаланса тензометрического моста 6, регистрируется блоком 10. Использование усилителя постоянно-15 ная го тока с большим входным сопротивле нием и коэффициентом усиления по на пряжению, равным единице, позволяет исключить погрешность передачи постоянного тока в цепь тензорезисторов, которая возникает в известном устройстве при обнулении входного сигнала усилителем с большим коэффициентом усиления по напряжению. Одно временно исключается возможность возбуждения системы, так как усиление по петле общей обратной связи не превышает единицу. Формула изобретения Устройство для измерения динамических параметров вращающихся объектов, содержащее генератор прямоугольного напряжения,усилитель постоянного тока, тензометрический мост, регистрирующий блок, питающий тЪкосъемник, включающий в себя последовательно соединенные первичную обмотку и обмотку обратной связи, а также первичную подвижную обмотку, кроме того, передающий токосъемник, включающий в себя вторую подвижную и неподвижную обмотки, причем первая и вторая подвижные обмотки включены в соответствующие диагонали тензометрического моста, ,а неподвижобмотка соединена со входом регистрирующего блока, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, выход обмотки обратной связи через послёдовательно соединенные усилитель постоянного тока и генератор прямоугольного напряжения соединен с общей кой соединения обмотки обратной связи и первичной обмотки питающего токосъемника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Самбурский А.И., Новик В.К. Бесконтактные измерения параметров вращающихся объектов. М., Машиностроение, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 2770907/10-21, 27.-03.Во .

к